北方农牧交错带不同植被保护及恢复措施物种多样性研究

为研究不同生境类型及不同植被恢复方式植物群落结构特征及物种多样性,本文以位于我国西北农牧交错带的宁夏盐池为研究对象,根据不同植被恢复及保护措施特点,在宁夏盐池布设典型样地。样地类型分为:天然草地、退耕还草地、撂荒地、湿地、人工封育草地、流沙地等6种类型。植被调查采用样线和样方相结合的方法,内容包括:植物名称、株数、盖度、高度、生物量(鲜质量)等。运用生态统计学原理,结合BiodiversityPro、MicrocalOrigin等生态学统计软件对不同样地类型植物进行聚类、多样性指数计量等处理、分析。聚类分析表明:不同植被保护及恢复措施下,植物组成、群落结构、主要建群种等都表现出不同特点,不同样地具有各自不同的优势群落、主要建群种等;多样性指数计量结果表明:不同样地间由于生境类型、植被保护及恢复措施等不同造成样地间物种多样性的差异,湿地由于充足的土壤水分条件,无论是丰富度指数还是综合多样性指数都远高于其他样地类型,综合多样性指数D、H分别为12.783、2.915。此外,退耕还草地和天然草地多样性指数也较高,尤其是退耕还草地,D、H分别为11.514和2.696,是农牧交错带一种较为合理的植被恢复措施;多样性较低的是人工封育草地,D、H分别为2.599、1.576。造成人工封育草地物种多样性较低的主要因素一是随着封育时间的延长,优势种的优势地位不断加强、种间竞争等导致部分物种的消失等原因;二是随着封育时间的增加,土壤结皮加厚,水分入渗率和利用率降低从而导致植物群落衰退。     

Eh耦合的稻田土壤镉、砷释放机制

镉（Cd）、砷（As）是稻田土壤的主要重（类）金属污染物,稻田土壤Cd、As的释放与其氧化还原电位（E_h）密切相关,但E_h耦合的稻田土壤砷、镉释放机制仍不清楚.本实验利用高精度土壤微反应器模拟E_h梯度变化过程（-250、-50、170 mV）,研究其耦合的土壤Cd、As及相关元素（Fe、Al、Ca、S、P、DOC）的释放特征,并结合同步辐射微区X射线荧光光谱技术（μ-XRF）探讨了不同E_h（-250、-50、170 mV）条件下稻田土壤As释放机制.结果表明：随着供试体系E_h从-250 mV升高至170 mV,土水混合液中DOC和pH值逐步下降,但Cd、As及相关Al、S、P、Fe元素浓度则同时升高.其中,Cd与S、Al增长均呈先缓后快特征,而As与P、Fe增长则呈先快后缓趋势,说明在E_h升高过程中Cd与S,以及As与Fe间密切相关.同步辐射μ-XRF分析发现,在低E_h条件下,土壤颗粒上As、Fe和S的高含量点信号重合,As-S及As-Fe的可决系数分别在E_h为-250 mV和170 mV条件下最高,说明在低E_h条件下As很可能主要受硫化铁控制,但在高E_h条件下则受铁氧化物影响.综上可知,低E_h条件下,As、Cd主要受到硫化铁的控制.随着E_h的升高,土壤Cd的活性逐渐升高,As的活性则受到铁氧化物控制.本研究结果可为理解土壤Cd、As共同释放机制及调控土壤Cd、As活性提供重要理论依据.     

氮添加对油蒿群落植物叶片生态化学计量特征的影响

为了深入认识荒漠植物对氮沉降的适应和反馈能力,研究了宁夏盐池毛乌素沙地油蒿(Artemisia ordosica)群落内5种优势植物〔油蒿、披针叶黄华(Thermopsis lanceolata)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、赖草(Leymus secalinus)、刺藜(Chenopodium aristatum)〕在N₀、N₁、N₂、N₃、N₄、N₅〔氮添加水平依次为0、0.5、1.0、2.0、3.0、6.0 g/(m2·a),以N计〕6个氮添加处理下叶片w(TC)、w(TN)、w(TP)及其化学计量比——C/N〔w(TC)/w(TN)〕、N/P〔w(TN)/w(TP)〕、C/P〔w(TC)/w(TP)〕的变化. 结果表明:①氮添加对油蒿、披针叶黄华叶片w(TC)、w(TN)、w(TP)及其化学计量比无显著影响. ②高氮添加(N₅处理)显著增加了糙隐子草、赖草和刺藜叶片w(TN),相对于N₀处理时增幅分别约为26%、81%和60%. ③高氮添加显著增加了赖草、刺藜叶片N/P,但显著降低了其叶片C/N,其中,赖草和刺藜叶片N/P相对于N₀处理时的增幅分别约为86%和61%,C/N的降幅则分别约为45%和37%. 研究显示,油蒿群落中不同植物种对氮添加的响应存在差异,持续增加的氮沉降很可能会引起油蒿群落物种组成的变化,从而影响油蒿群落的演替.      

森林碳汇的估算方法及其发展趋势

森林生态系统是地球陆地生物圈的主体,也是陆地表面最大的碳库,在全球碳循环研究中扮演着重要角色,它通过同化作用吸收固定大气中的CO_2,抑制其浓度上升的功能对于应对气候变化问题具有积极的现实意义.准确地估算森林生态系统的碳汇储量,不仅有利于解释全球碳收支不平衡的问题,也有利于促进林业碳汇交易的快速发展.但是目前的估算方法在具有一定适用性的同时也都存在着各自的不足.评述了目前国内外应用最为广泛的样地清查法、涡度相关法及应用遥感技术的模型模拟法三种森林碳汇估算方法的发展历史和应用现状,并分析了各方法的优点与局限性.最后指出:应根据实际情况选择适合的单一方法或几种方法的结合来估算森林碳汇,以便提高估算精度;应加强森林生态系统内部联系及数据时空转换、插补的研究,并充分发挥各方法的优势,采取多种方法相结合的方式完善连续观测系统和区域监测网络的建设,降低估算方法中的不确定性,为大尺度估算提供合理的参数和数据分析基础.     

晋西黄土区封禁流域植被群落组成及物种多样性变化

以晋西黄土区蔡家川封禁26年的小流域为研究对象,采用样线调查技术,对其植被群落特征进行了调查.结合1996年的调查资料,对6种生境类型在不同封育年限条件下群落的物种组成变化进行了对比分析,并运用物种多样性指数、均匀度指数以及生态优势度对调查区域群落物种多样性进行了分析.结果表明:随着封育年限的增加,乔木树种的比例有所上升,灌木的比例有所下降,群落中乔灌木物种更为均衡;研究区域群落整体上物种多样性指数、均匀度指数均有显著提高,生态优势度有所下降,群落朝着更为丰富、均匀、稳定的方向发展.     

三峡库区典型常绿阔叶林冠层降雨截留模拟研究

为了验证修正的Gash模型对三峡库区内缙云山典型常绿阔叶林冠层截留模拟的适用性,基于2012年4~7月的气象和林分特征资料以及实测的穿透雨和树干茎流等资料,分析缙云山常绿阔叶林林外降雨、穿透雨和树干茎流特征,并应用修正的Gash模型对林冠截留量进行模拟,对比分析周降雨累计截留量和单次降雨截留量的模拟值和实测值,采用敏感性分析法分析模型参数对截留量的影响程度。结果表明:研究期间共34次降雨,总降雨量为522.1mm,平均降雨强度为1.3mm/h,大部分为低雨强、低雨量级、长历时的降雨;穿透雨量、茎流量和林冠截留量的实测值分别为450.9、9.6和61.6mm,模拟值分别为446.1、7.7和68.2mm,模拟的截留量约高出实测值10.8%,模型能够较好适用于缙云山常绿阔叶林场降雨截留总量的模拟。此外,对模型参数进行敏感性分析得出,以林冠郁闭度c对模拟结果影响最大,其次为平均降雨强度R、林冠持水能力S和林冠平均蒸发速率E,而以树干茎流系数pt和树干持水能力St这2个参数对林冠截留总量影响很小。     

北京地区冬春PM2.5和PM10污染水平时空分布及其与气象条件的关系

北京2012~2013年的冬春多次出现雾霾天气,可吸入颗粒物(PM10)污染严重.而PM2.5作为PM10中粒径较小的部分,在PM10中所占比重越高,污染越严重.因此,本研究选取了能够覆盖北京所有区县的30个PM2.5和PM10的质量浓度监测点,对该地区的PM2.5和PM10污染特征进行分析,确定其空间差异特征和时间性变化特征.普通克里格插值(Original Kriging)法得到的北京地区冬、春季颗粒物浓度分布图显示,颗粒物浓度从北部山区到南部地区逐渐递增,在中心城区处,西部高于东部,且局部地区存在一定的城乡差异.颗粒物浓度月变化曲线呈单峰单谷型,1月最高,4月最低;逐日变化反映了PM2.5和PM10浓度具有较好的相关性,且受气象条件影响显著;日变化呈双峰趋势.本文选取日平均气温(℃)、相对湿度(%)、风速(风级)、降水量(mm)等气象因子,利用Spearman秩相关分析研究各个气象因子对大气PM2.5和PM10浓度的影响.北京冬季PM2.5和PM10的质量浓度分别与气温、相对湿度正相关,与风速负相关,风速和相对湿度是影响污染物质量浓度分布的主要因素.     

水淹对三峡库区消落带中山杉生长的影响

基于野外实地栽植试验,对重庆市万州区消落带历经1 a、3 a、6 a水淹后的中山杉在各水淹高程的保存率及树高、胸径、地径和冠幅进行研究。结果表明:(1)1次水淹后,166~175 m高程段内中山杉的保存率为100%;3次水淹后,168~175 m高程段保存率为100%;6次水淹后,170~175 m高程段保存率为98%。(2)中山杉的树高、胸径、地径和冠幅总体上随高程的降低而变小;但在一定高程范围内,水淹胁迫程度变强反而会促进中山杉树高的生长。(3)水淹初期,水淹对中山杉生长的影响显著;随着水淹次数增多,水淹对中山杉的影响不显著。(4)中山杉在地势低洼地带的保存率明显降低,但在根系裸露的条件下仍能正常生长。(5)中山杉能够改善土壤理化性质,有利于防止消落带水土流失。     

高温纤维素降解菌群筛选及产酶特性

从园林废弃物鸡粪混合堆肥的高温期堆肥样品中,筛选出6株具有高效纤维素降解性的高温菌.通过16S rRNA基因序列比对和构建系统发育树分析,初步鉴定这6种菌株为高温紫链霉菌(Streptomyces thermoviolaceus)、嗜热淀粉酶链霉菌(S.thermodiastaticus)、嗜热一氧化碳链霉菌(S.thermocarboxydus)、黄白链霉菌(S.albidoflavus)、热普通链霉菌(S.thermovulgaris)和波茨坦短芽孢杆菌(Brevibacillus borstelensis).目前为止,国内外对纤维素降菌群的研究较少,本研究将6种菌株1∶1等体积混合制成混合菌群M-1,利用DNS法比较混合菌群M-1和单一菌株的产羧甲基纤维素酶(CMCase)能力.结果表明,混合菌群M-1比单一菌株产CMCase能力强.对混合菌群M-1产CMCase活力特性进行研究,确定混合菌群M-1的最佳产酶条件.结果表明,混合菌群M-1以体积分数1%接种量接种于初始p H为4的以麸皮+淀粉混合物为碳源,玉米粉为有机氮源,KNO_3为无机氮源的培养基中,45℃条件下培养,能够有最大的酶活,达135.9 U·m L~(-1).条件优化后,产酶能力提高1.8倍.     

北运河上游非点源污染负荷模拟与最佳管理措施评估研究

非点源污染是水污染的重要来源之一,揭示非点源污染负荷空间分布特征、筛选并布设最佳管理措施(best management practices,BMPs)对水污染的高效治理有至关重要的意义. 北运河作为北京市重要的排水通道和连接京津冀的重要生态走廊,加强北运河上游非点源污染治理对北运河流域的水质改善至关重要. 然而,当前缺乏针对非点源污染关键源区内布设不同BMPs生态效益评价的研究. 因此,为了解析北运河上游非点源污染空间分布特征,评估关键源区布设不同措施的生态效益,本文基于SWAT模型定量模拟了2019年北运河上游总氮、总磷负荷空间分布特征,并采用单位负荷指数法识别了非点源污染关键源区,同时评估了关键源区布设不同BMPs的总氮、总磷削减效果. 结果表明:①2019年北运河上游流域产生的总氮、总磷负荷分别为126 444.22和12 394.76 kg,呈东南高西北低的空间分布特征,主要来源于城镇用地、耕地和果园等地类. ②北运河上游关键源区分布在东南部17条子流域,占流域总面积的13.16%,产生的总氮、总磷负荷分别占全流域的39.16%和38.10%. ③1/5面积比植被缓冲带的总氮、总磷削减率最高,分别为38.20%和40.37%;2 km河道植草的总氮、总磷削减率最高,分别为19.47%和50.90%;由于关键源区范围内农地面积较小(9.62%),化肥减施措施下污染物削减较低. 研究显示,非点源污染关键源区主要分布在人类活动较多的流域东南部,可通过布设合适的植被缓冲带和河道植草措施,降低关键源区非点源污染负荷.