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长白山常见树种新叶与老叶的光谱特征差异分析

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光谱学与光谱分析 2024年第8期44卷 2372-2380页

作者：陈俊杰于泉洲汤庆新梁天全姜杰张宏立聊城大学地理与环境学院地理信息科学系山东聊城252059 生态系统网络观测与模拟重点实验室中国科学院地理科学与资源研究所北京100101

揭示新叶与老叶叶片的叶属性及其光谱特征的差异,不仅对于植被生理生态参数的无损监测有重要意义,而且可为林业定量遥感提供更多理论支撑。对长白山8个树种的新叶和老叶叶片进行采样和光谱测量,获取新老叶片的反射率光谱曲线,并进行一... 详细信息

揭示新叶与老叶叶片的叶属性及其光谱特征的差异,不仅对于植被生理生态参数的无损监测有重要意义,而且可为林业定量遥感提供更多理论支撑。对长白山8个树种的新叶和老叶叶片进行采样和光谱测量,获取新老叶片的反射率光谱曲线,并进行一阶微分变换和光谱指数计算,同时实验测定比叶面积(SLA)、叶含水率、叶氮含量及叶碳含量等叶属性参数。利用方差分析与相关性分析方法,研究不同树种新老叶片在理化性质、光谱特征上的差异,并分析两者的相关性在新老叶之间的差异。结果表明:(1)多个树种的叶属性在新老叶的表现出显著差异。除叶碳含量之外,其他3个叶属性均在多个树种新老叶间表现出显著的差异性,叶碳含量在新老叶间均不存在显著差异。(2)不同树种叶片光谱特征在新老叶间的差异不一致,仅枫桦、裂叶榆、三角槭和红松的新老叶具有较明显的光谱曲线特征差异,枫桦新老叶在光谱三边特征表现出显著差异,尤其是红边。(3)叶属性与光谱信号的相关性在新老叶间表现出显著差异,说明光谱对新老叶叶属性的指示能力不同。近红外光谱反射率对老叶叶氮含量的指示能力强于新叶,而多个光谱指数对新叶含水率和叶碳含量的指示能力强于老叶。研究表明新老叶间不仅叶属性和光谱特征存在差异,而且二者之间的相关性也不同,这对于森林叶属性的无损观测过程中选择代表性叶片具有指导意义。

关键词：新老叶叶属性光谱特征方差分析

CMIP6气候变化情景下青海三江源区雪灵芝潜在适宜分布预测

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草业科学 2024年第4期41卷 790-801页

作者：张秀娟王彤新杨妍希张庭康左婵王军邦长江大学园艺园林学院湖北荆州434025 中国科学院地理科学与资源研究所/生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101

青海省三江源区是我国重要的生态安全屏障,气候变化严重影响区域植被的生长与分布。雪灵芝(Arenaria kansuensis)作为三江源区典型高山植物,其分布动态变化对高山生态系统稳定具有重要指示意义。基于物种分布数据和WorldClim气候环境因... 详细信息

青海省三江源区是我国重要的生态安全屏障,气候变化严重影响区域植被的生长与分布。雪灵芝(Arenaria kansuensis)作为三江源区典型高山植物,其分布动态变化对高山生态系统稳定具有重要指示意义。基于物种分布数据和WorldClim气候环境因子,采用刀切法与相关分析确定影响雪灵芝分布的主导环境因子并构建MaxEnt模型,结合第六次国际耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,CMIP6)中的4种共享社会经济路径(SSPs)预测未来中期(2041-2060年)和远期(2061-2080年)雪灵芝潜在适宜分布区域,探求雪灵芝气候变化响应的空间格局。结果表明:1)当前气候条件下,中部地区更适合雪灵芝生存。在未来中、远期区域竞争路径(SSP370)气候情景下适宜区面积扩张,而其他情景下适宜区面积均下降,适宜区质心整体向东南迁移。2)大部分地区在中间路径(SSP245)气候情景下不适宜生存,尤其是西部治多县、格尔木市南部(唐古拉山乡)、曲麻莱县及东部的兴海县和共和县。3)影响其空间分布的主要气候因子为年降水量和最冷季降水量。最适宜生长的地区条件是年降水量500~750 mm和最冷季降水>15 mm。研究结果为预测未来气候变化情景下高寒地区指示植物物种的空间分布及其生态系统变化提供了方法参考,也为青海省濒危植物物种保护政策提供了理论依据。

关键词：雪灵芝适宜区 MaxEnt模型环境未来气候情景濒危物种保护生物学

高寒生态系统脆弱性及其对气候变化和人类活动的响应

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生态学报 2024年第1期44卷 154-170页

作者：张庭康王军邦叶辉赖文钦张秀娟长江大学园艺园林学院荆州434000 中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室生态系统大数据与模拟中心北京100101 九江学院旅游与地理学院九江332005

了解陆地生态系统的脆弱性和基本机制是适应和减轻全球气候变化影响的决策基础。生态系统的脆弱性可以通过生产力对气候变化的敏感性和适应性进行量化。采用1982—2018年青海省境内基于遥感的现实净初级生产力(NPP_(R))和气候驱动的潜... 详细信息

了解陆地生态系统的脆弱性和基本机制是适应和减轻全球气候变化影响的决策基础。生态系统的脆弱性可以通过生产力对气候变化的敏感性和适应性进行量化。采用1982—2018年青海省境内基于遥感的现实净初级生产力(NPP_(R))和气候驱动的潜在净初级生产力(NPP_(C)),量化了高寒生态系统的敏感性(Sensitivity)、适应性(Adaptability)和脆弱性(Vulnerability)。然后探讨了生态系统脆弱性的时空变化,并分别从人类活动和气候变化的影响方面分析了其基本机制。结果表明:(1)基于NPP_(R)和NPP_(C)的生态系统脆弱性在空间上呈现出中度脆弱的模式,脆弱性从东南向西北由不脆弱依次递增到极度脆弱等级。(2)耕地的脆弱性较低,基于NPP_(R)和NPP_(C)的指数分别为-1.31和-0.93,这是由于其适应水平较高而敏感性较低;森林次之,指数为-1.18(NPP_(R))和-1.06(NPP_(C));草原的指数为-0.17(NPP_(R))和-0.17(NPP_(C));而荒漠的脆弱性较高,指数为0.77(NPP_(R))和0.78(NPP_(C)),这是由于其敏感性较高,适应性较低。(3)基于NPP_(R)的高寒草地的脆弱性有两个温度阈值(-2.2±0.8)℃和(5.5±0.8)℃,一个降水阈值(387±45.6)mm,两个干旱指数阈值为(14.2±20.2)和(78.2±20.2)。而基于NPP_(C)的脆弱性也发现了同样的阈值,并且数值相似。阈值表明最佳气候条件下,生态系统将具有较高的适应性和较低的敏感性,即较低的脆弱性。但如果气温较低或较高,或者降水较低,生态系统的脆弱性将会更高。(4)人类活动对东部地区生态系统的脆弱性产生了强烈的影响,但就整个青海省的生态系统而言,这些影响在区域平均水平上较小。这项研究表明,在高寒脆弱的生态系统中,气候条件决定了脆弱性在空间上的分布情况,这应该被视为生态保护决策的理论基础。此外,本研究发现的阈值将为生态系统生态学提供一个案例研究,并应在世界各地的脆弱生态系统中广泛探索。

关键词：净初级生产力生态系统脆弱性气候变化人类活动脆弱性阈值

施肥和收获期对拉萨河谷地区白草产量和饲用品质的影响

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草业科学 2024年第6期41卷 1347-1358页

作者：肖健宇张光雨王江伟黄绍琳王志述付刚沈振西余成群中国科学院地理科学与资源研究所/生态系统网络观测与模拟重点实验室/拉萨农业生态试验站北京100101 中国科学院大学北京100049

为探究西藏地区白草(Pennisetum flaccidum)优质、高产的种植方式,本研究在拉萨河谷区设置N_(0)(0 kg·hm^(-2))、N_(300)(300 kg·hm^(-2))、N_(600)(600 kg·hm^(-2))和N_(900)(900 kg·hm^(-2))施肥处理,分别于抽穗期、乳熟期和成熟期采集试验样品,分析不同施肥梯度和收获期对白草产量、饲用品质和土壤养分的影响。结果表明:白草干草产量随施肥量增加呈上升趋势,在抽穗期和成熟期显著高于乳熟期(P0.05)。白草土壤全氮含量在抽穗期随施肥量增加呈现先增后减趋势,全磷含量随施肥量增加以及收获期的推迟而趋于下降。在抽穗期收割N_(900)处理的白草生产性能最佳,其次是同期收割N_(600)处理的白草,但后者较前者拥有更优的经济和生态效益。

关键词：白草施肥梯度收获时期干草产量营养品质土壤养分生产性能

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鄱阳湖越冬雁类时空分布特征及热点区域识别

湖泊科学 2024年第3期36卷 836-845页

作者：王晨溪夏少霞余定坤于秀波龚磊强中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 江西省鄱阳湖国家级自然保护区管理局南昌330038 中国科学院大学北京100049

鄱阳湖是东亚—澳大利西亚迁徙路线上重要的水鸟越冬栖息地,雁类是迁徙路线上的优势种群。然而,近年来迁徙路线上的雁类种群数量有所下降,识别越冬地雁类时空分布特征,确定分布热点区域是科学、精准保护的前提。本研究利用2018—2021年... 详细信息

鄱阳湖是东亚—澳大利西亚迁徙路线上重要的水鸟越冬栖息地,雁类是迁徙路线上的优势种群。然而,近年来迁徙路线上的雁类种群数量有所下降,识别越冬地雁类时空分布特征,确定分布热点区域是科学、精准保护的前提。本研究利用2018—2021年越冬期在鄱阳湖区域开展的共58次水鸟调查数据,提取了基于时间序列的白额雁(Anser albifrons)、豆雁(Anserfabalis)、鸿雁(Anser cygnoid)的分布数据,分析了3种雁类在越冬地的种群动态、时间和空间分布动态,评估了鄱阳湖各子湖的重要性,确定了雁类分布热点区域。研究结果表明,3种雁类在越冬地的种群数量表现出一定的年际波动,雁类种群总数量维持在27.9万~44.8万只;不同雁类迁徙的时间节律存在差异,本次地面调查数据显示白额雁、豆雁、鸿雁分别是在10月初至11月初、11月中旬、12月中旬到达鄱阳湖,其中鸿雁到达最晚;高峰期集中在11月底至次年2月初,持续时间约为100天;3种雁类分别在2月中旬、2月底和3月中旬开始迁离鄱阳湖。3种雁类空间分布范围有所差异,豆雁分布范围最广,白额雁分布相对集中,高峰期雁类的分布范围最大,对子湖的利用强度也最大。从空间分布特征来看,大湖池和大汊湖重要性最高,鄱阳湖保护区是雁类利用强度最高的区域,其次是都昌保护区。此外,雁类,特别是鸿雁,对保护区以外的子湖利用强度也较高。本研究对精准刻画鄱阳湖越冬雁类时空分布范围、针对性地开展栖息地保护和修复、加强子湖保护和管理具有重要意义。

关键词：鄱阳湖越冬雁类时空分布重要性评估热点区域

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微塑料对湖泊生态系统初级生产者的影响

生态学报 2024年第11期44卷 4465-4477页

作者：吴凡哈咸瑞黎佳佳高扬中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049

塑料的广泛应用导致大量微塑料进入环境,尤其是水环境,从而产生环境风险。浮游植物等自养生物是湖泊系统的主要初级生产者,是湖泊食物链的关键组成部分,为食物链的上游提供能量和物质基础。同时,浮游植物也是对微塑料响应最敏感的类群... 详细信息

塑料的广泛应用导致大量微塑料进入环境,尤其是水环境,从而产生环境风险。浮游植物等自养生物是湖泊系统的主要初级生产者,是湖泊食物链的关键组成部分,为食物链的上游提供能量和物质基础。同时,浮游植物也是对微塑料响应最敏感的类群。了解湖泊浮游植物等初级生产者对微塑料的响应是探究微塑料对湖泊生态系统功能影响的重要基础。总结了全球湖泊生态系统微塑料的丰度、类型、尺寸、来源等分布特征,系统分析了微塑料暴露对浮游植物等初级生产者细胞结构、基因表达和生长,以及对浮游植物叶绿素a含量、光合活性的影响,并总结了其中的影响机制。总体而言,微塑料会降低初级生产者的叶绿素a含量,剂量越高、尺寸越小,这种抑制作用越强烈;同时,微塑料也会作用于初级生产者,造成细胞膜损伤、DNA损伤,调控其相关功能基因表达,抑制其生长和光合活性等。然而,湖泊生态系统微塑料的实际检出浓度远低于室内暴露实验中的添加剂量,微塑料结构和组分也更为复杂,野外观测结果与室内培养实验之间还不能建立直接的对应关系。因此,未来的相关研究应集中在如何有效联系野外观测结果与室内培养实验结果,进一步聚焦建立可靠的、可应用推广的微塑料浓度与初级生产者之间的剂量-效应关系模型,探究微塑料对湖泊初级生产者的作用机制,为刻画微塑料对湖泊生态系统初级生产者及其功能的作用机制提供科学支撑。

关键词：微塑料浓度初级生产者细胞结构光合作用叶绿素a 剂量-效应关系

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黄河流域城镇化高质量发展的水资源约束效应及其空间关联网络

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世界地理研究 2024年

作者：陈立于伟张学波宋金平贾立志北京师范大学地理科学学部生态系统网络观测与模拟重点实验室拉萨高原生态系统研究站曲阜师范大学地理与旅游学院

利用基于熵技术改进的层次分析法和改进多目标模糊隶属度函数测度2011-2020年黄河流域城镇化高质量发展的水资源约束效应，进而采用修正的引力模型和社会网络分析法分析了其空间关联网络特征。研究表明：①2011-2020年，水资源约束效应... 详细信息

利用基于熵技术改进的层次分析法和改进多目标模糊隶属度函数测度2011-2020年黄河流域城镇化高质量发展的水资源约束效应，进而采用修正的引力模型和社会网络分析法分析了其空间关联网络特征。研究表明：①2011-2020年，水资源约束效应呈现“倒U”型变化趋势，空间上表现出“上游＞中游＞下游”的不均衡特征。②黄河流域水资源约束效应逐渐形成以宁夏回族自治区、黄河流域中下游交界处为双核心的复杂网络形态，网络结构稳定性逐步增强。③中原城市群处于关联网络的中心位置，山东半岛城市群接收其他板块的溢出效应，晋中、呼包鄂榆城市群、关中平原、兰西、宁夏沿黄城市群双向溢出，在网络中具有“调节”功能。研究结论对于优化水资源约束效应的空间关联网络，实现黄河流域各城市水资源的合理调配，提高城镇化发展质量具有参考价值。

关键词：水资源约束效应城镇化高质量发展空间关联网络社会网络分析黄河流域

南京梅雨降水同位素组成从事件到年际尺度的变化特征

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应用生态学报 2024年第4期35卷 951-960页

作者：张昊肖薇谢成玉胡勇博楚淏然王晶苑李旭辉南京信息工程大学中国气象局生态系统碳源汇重点开放实验室大气环境中心南京210044 生态环境部卫星环境应用中心北京100094 中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 耶鲁大学环境学院美国纽黑文06511

梅雨降水量占季风区全年降水量的40%~50%,为了厘清梅雨降水同位素从事件到年际尺度上的变化特征及其影响因素,本研究分析了2015—2022年南京梅雨期间降水同位素特征,使用具有比湿分析的混合单粒子拉格朗日综合轨迹模型(HYSPLIT)分析了... 详细信息

梅雨降水量占季风区全年降水量的40%~50%,为了厘清梅雨降水同位素从事件到年际尺度上的变化特征及其影响因素,本研究分析了2015—2022年南京梅雨期间降水同位素特征,使用具有比湿分析的混合单粒子拉格朗日综合轨迹模型(HYSPLIT)分析了南京梅雨降水同位素的水汽来源和影响因素。结果表明:1)南京大气降水同位素组成夏季贫化、冬季富集,氘盈余(d_(x))夏低冬高,梅雨降水同位素组成较全年平均水平更为贫化;2)梅雨降水δ^(2)H和δ^(18)O与局地气象条件无显著相关关系;但雨量较小的降水事件中d_(x)较低,反映出云下二次蒸发的影响;梅雨降水量较多的年份,梅雨期间平均d_(x)明显较高;3)低纬度南海源区和西太平洋源区为梅雨提供水汽,水汽源地的转换会导致连续降水过程中同位素信号的突变。本研究能为季风区降水同位素研究提供数据支持,并为深入理解梅雨降水机理和研究东亚季风区大气环流季节变化提供参考。

关键词：降水同位素梅雨水汽源地氘盈余二次蒸发

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泥炭地土壤氮排放对气候暖干化响应研究进展

应用生态学报 2024年第6期35卷 1725-1734页

作者：周易程淑兰方华军杨艳郭一帆李玉娜史方颖王慧陈龙中国科学院大学资源与环境学院北京100049 中国科学院地理科学与资源研究所生态系统观测与模拟重点实验室北京100101

气候暖干化导致高寒地区泥炭地土壤氮排放急剧增加,但是潜在的微生物调节机制尚不清楚。本文综述了高寒泥炭地土壤氮转化与排放过程对温度升高、水位变化的响应,土壤厌氧氨氧化(Anammox)与NO_(3)^(-)异化还原过程的相互作用,土壤N_(2)O... 详细信息

气候暖干化导致高寒地区泥炭地土壤氮排放急剧增加,但是潜在的微生物调节机制尚不清楚。本文综述了高寒泥炭地土壤氮转化与排放过程对温度升高、水位变化的响应,土壤厌氧氨氧化(Anammox)与NO_(3)^(-)异化还原过程的相互作用,土壤N_(2)O产生路径及其贡献。当前研究的不足体现在:1)只关注土壤N_(2)O排放,忽视了N_(2)的释放,导致高寒地区泥炭地氮的损失量被严重低估;2)Anammox过程对泥炭地N2排放的贡献未被量化;3)Anammox、细菌反硝化和真菌协同反硝化过程对N_(2)损失的相对贡献缺乏定量评估;4)气候暖干化情景下Anammox和NO_(3)^(-)还原过程的解耦机制尚不清楚。未来研究重点应着力于:构建野外增温、水位控制暖干化模拟试验平台,结合稳定性同位素、分子生物学和宏基因组学技术,围绕格局-过程-机理这条主线,系统评估高寒地区泥炭湿地氮排放(N_(2)O、N_(O)、N_(2))的量级、组成比例与主控因素,探讨土壤主要脱氮过程的相互作用规律,量化硝化、厌氧氨氧化和反硝化对N_(2)O、N_(2)产生的相对贡献,甄别对暖干化响应敏感的微生物类群,明晰土壤脱氮转变与微生物群落演替之间的耦联关系,揭示土壤脱氮过程对气候暖干化响应的微生物学机理。

关键词：土壤氮排放硝化厌氧氮转化功能微生物群落北方泥炭地