林火是北方森林更新的重要驱动因子,伴随着火烧产生的一系列产物,在促进或抑制种子萌发方面具有重要作用.而火后种子库中的种子萌发是种子植物主要的更新和恢复途径,相比于草本植物和灌木,国内对于乔木的火后更新恢复研究较少.该研究以大兴安岭地区兴安落叶松(落叶松,Larix gmelinii)种子为研究对象,对热激、火烧灰、光照三种因素进行单因素、双因素及三因素处理,探究其对兴安落叶松种子萌发率和萌发势的影响.对标准化后的数据进行方差分解,探究三种因素交互作用下的主要影响因素和驱动因子.研究结果显示:(1)90 ℃ 5 min干热激的处理下兴安落叶松种子萌发率(61.11％)最高,较对照提高21.11％,90 ℃ 5 min及以上的湿热激处理会使种子失活.火烧灰质量与兴安落叶松种子的萌发率呈正相关关系,1 g火烧灰的加入使兴安落叶松种子萌发率高达71.1％,较对照提高了30％;光照与兴安落叶松种子萌发率呈负相关关系,100％遮光状态下的种子萌发率较对照提高了 14.00％,0遮光则降低了 16.67％.在热激、火烧灰和光照的交互处理中,1 g火烧灰+100％遮光处理的兴安落叶松种子萌发率(57％)最高,比对照高17％.(2)模型评估显示,在热激、火烧灰和光照交互作用中,对兴安落叶松种子萌发率因子贡献度从大到小排序依次为:火烧灰＞干热激＞光照＞湿热激,分别解释了方差分解模型33.0％、31.8％、20.3％、14.9％的非生物多功能性变异.灰分是最主要的非生物驱动因子,在95％置信区间内,因子重要性排序为:火烧灰添加(1.00 g)＞干热激(60 ℃ 3 min)＞遮光度(0)＞湿热激(90 ℃ 3 min)＞湿热激(60 ℃ 3 min)＞遮光度(100％)＞火烧灰添加(0.25 g)＞干热激(120 ℃ 3 min).

树木径向生长是森林固碳的主要方式,明确树木生长动态及其与环境要素的响应关系对于预测气候变化背景下森林固碳能力具有重要意义.针叶树生长对气候变化非常敏感,其生长动态能够快速响应气候变化.本文收集了 1975-2023年的99篇文献,评述了外源因素(温度、水分和光周期)和内在因素(树龄、树种)对针叶树形成层活动和径向生长的影响及其机制.结果表明:气候变暖可能会导致温带和北方针叶树木质部分化的各阶段开始时间提前,生长停止时间推迟;水分条件参与调控形成层活动的开始并通过影响水势和细胞膨压进而调节树木生长;光周期除了可以参与调节生长开始、结束时间外,也对最大生长速率发生时间产生重要影响.未来气候变暖可能会使北方针叶树生长季延长、生长量增加,并使森林向更高海拔或高纬度地区迁移.同时,未来降水格局改变以及温度升高导致的蒸散发加剧可能会使干旱区树木生长季提前结束,生长速率下降.在未来研究中,还需进一步开发树木生长过程模型,量化径向生长与气候要素的关系,以便进一步明确树木生长对气候要素响应的生理机制.

目的 探讨Demirjian法结合机器学习算法在北方汉族儿童及青少年牙龄推断中的应用价值.方法 收集10 256例我国北方汉族5～24岁人群的口腔全景片,运用Demirjian法对左下颌8颗恒牙的发育进行分期,并结合支持向量回归、梯度提升回归、线性回归、随机森林回归和决策树回归等多种机器学习算法,分别基于总样本、女性样本和男性样本构建年龄推断模型,并评价不同机器学习算法在3组样本中的拟合性能.结果 对于总样本和女性样本,推断准确率最高的模型均为支持向量回归模型;对于男性样本,推断准确率最高的模型为梯度提升回归模型.最佳年龄推断模型在总样本、女性样本和男性样本的平均绝对误差分别为1.246 3、1.281 8和1.153 8岁.最佳年龄推断模型对各年龄区间的推断准确率不同,对于18岁以下人群的年龄推断相对准确.结论 本研究构建的年龄推断机器学习模型在我国北方汉族儿童及青少年中具有较好的准确率,但在成年人群中的推断效果不理想,可以考虑联合其他变量以提高年龄推断的准确性.

土壤有机碳(SOC)是陆地生态系统碳库的核心组成部分,其动态平衡受气候、土壤、植被、地形及人类活动等的影响,但在不同的空间尺度上,这些影响因素的相对重要性和差异还不明确.为阐明不同尺度和不同土层深度土壤有机碳密度(SOCd,kg/m3土壤)的环境影响因子差异,选用全球113571个土壤剖面SOCd测量数据以及38个环境协变量数据,利用数据挖掘方法,分析了全球尺度和生物群系尺度不同土层深度SOCd的控制因子,并量化了空间自相关对相关结果的影响.研究结果表明:仅空间自相关就能解释全球尺度不同土壤深度13％-20％的SOCd空间变异,但是随土壤深度的增加,空间自相关的解释率降低.在剔除空间自相关的影响后,分析结果表明:全球尺度上,气候因素对SOCd空间变异的解释率最高,但只能解释17％—20％,这种解释率在不同土层之间没有显著差异.在生物群系尺度上,除北方森林地区,气候因素能够解释SOCd空间变异的24％—37％;而在北方森林地区,地形是影响SOCd空间变异的重要因素,对SOCd的解释率为21％—43％.这些结果表明,SOCd的控制因子在不同的尺度上明显不同.无论是在全球尺度上,还是生物群系尺度上,如果不考虑空间自相关,地形的影响会被低估,其他环境因素的影响被严重高估.为了准确计算全球与生物群系尺度上各土层SOCd分布的控制因子及其分异情况,空间自相关必须被考虑.

森林生态系统在全球碳(C)储量中占据极为重要的地位.菌根真菌广泛存在于森林生态系统中,在森林生态系统C循环过程中发挥重要的作用.阐述了不同菌根类型真菌在森林生态系统C循环过程中的功能,对比了温带/北方森林与热带/亚热带森林中菌根真菌介导的C循环研究方面新近取得的研究结果.发现温带和北方森林的外生菌根(EcM)植物对地上生物量C的贡献相对较小,然而是地下C储量的主要贡献者;以丛枝菌根(AM)共生为主的热带/亚热带森林地表生物量占比较高,表明AM植被对热带/亚热带森林地上生物量C的贡献相对较大.我们还就全球变化背景下,菌根真菌及其介导的森林生态系统C汇功能,以及不同菌根类型树种影响C循环的机制等进行了总结.菌根真菌通过影响凋落物分解、土壤有机质形成及地下根系生物量,进而影响整个森林生态系统的C循环功能.菌根介导的森林C循环过程很大程度上取决于(优势)树木的菌根类型和森林土壤中菌根真菌的群落结构.最后指出了当前研究存在的主要问题以及未来研究展望.本文旨在明确菌根真菌在森林生态系统C循环转化过程中的重要生态功能,有助于准确地评估森林生态系统C汇现状,为应对全球变化等提供重要的依据.

森林土壤是最有效的大气甲烷(CH4)的陆地生物汇,大气CO2浓度升高、增温、降雨格局改变和氮沉降增加等全球变化通过影响土壤理化性质、植物生长和土壤微生物等,进而影响土壤CH4的吸收.本研究通过Meta分析综述了全球变化因子对森林土壤吸收CH4的潜在影响.基于全球不同区域的155篇公开发表文章的195组数据发现:在CO2浓度升高和N沉降增加情况下,森林生态系统吸收CH4的速率显著降低;在干旱条件下,土壤CH4吸收率显著增加.本文没有发现热带、温带和北方森林在年尺度上的CH4吸收率明显不同.在森林土壤中,温度升高对CH4吸收速率的正向作用不明显,相应的自然对数响应比表明,全球气候变暖不会直接对森林CH4吸收率产生显著影响.本研究收集的森林土壤CH4吸收季节性和干旱实验的结果证明了土壤水分对CH4吸收具有显著负相关作用,但本文拟合的土壤水平衡的CH4吸收线性模型并没有体现出土壤水分盈余对土壤CH4吸收的负相关性.该结果表明,土壤水平衡模型在应用到全球尺度上时,需要收集更多的实验数据.同时,本研究结果对未来开展全球变化对森林土壤CH4吸收影响的相关实验有一定参考意义.

背景 肠道微生物群可通过多种途径影响人类的健康并与疾病的发生有关,不同地区人群中的肠道微生物构成差异明显.目的 通过16S rRNA基因测序方法比较中国南北方地区学龄前健康儿童肠道微生物构成的差异.设计横断面调查.方法 选择3～7岁学龄前健康儿童,南方组为广东省佛山市佛山复星禅诚医院体检中心体检儿童,北方组为新疆维吾尔自治区塔城地区某幼儿园在园儿童.由经过培训的家长采集儿童的粪便样本,由杭州谷禾信息技术有限公司完成肠道菌群检测及相关数据分析.主要结局指标 菌群多样性,物种组成结构差异.结果 2023年2月1日至2023年4月1日南方组纳入45名,年龄(4.0±1.5)岁;北方组纳入43名,年龄(4.1±1.3)岁;两组的性别构成、年龄、民族构成差异均无统计学意义.北方组Shannon、Simpson、Chao、ACE指数均高于南方组,差异均有统计学意义.PCoA图显示加权后观察到两组样本显著分离.北方组厚壁菌门的丰度高于南方组(55.1％vs 39.2％)、南方组变形菌门的丰度高于北方组(18.6％vs 7.2％)、南方组大肠埃氏菌属-志贺氏菌属的丰度高于北方组(11.8％vs 2.2％)、北方组粪杆菌属的丰度高于南方组(13.9％vs 6.3％),差异均有统计学意义.通过LEfSe分析及随机森林组间预测,在南方组找到大肠埃氏菌属-志贺氏菌属和活泼瘤胃球菌属2个差异有统计学意义的生物标志物,北方组找到粪杆菌属、琼脂杆菌属、毛螺菌属、塞内加尔厌氧菌属、罕见小球菌属、挑剔真杆菌属、副萨特氏菌属、小类杆菌属、罗氏菌属9个差异有统计学意义的生物标志物.结论 中国南北方学龄前儿童肠道菌群存在显著差异,在未来进行肠道菌群与疾病的研究时,须充分考虑宿主的地域性.

全球变暖影响着树木的结构和功能,反之影响着树木生长对气候变化的响应.秦岭是我国南北方的分界线,同时也是亚热带气候和温带气候的过渡带,作为区域气候变化的敏感地带,已有许多学者在该地区开展树轮气候学研究.基于秦岭东缘伏牛山龙池曼顶部的华山松(Pinus armandii Franch.)树轮宽度建立了不同年表,分析该地区树木生长对嵩县站器测气象数据(SX)和格点气象数据(CHN)的响应.结果表明:(1)树轮差值年表(RES)的统计参数优于标准年表(STD),含有较丰富的环境信息,适于树轮气候学研究;(2)RES年表与SX器测数据和CHN格点数据的相关分析结果都表明,龙池曼顶部华山松径向生长受上一年的气候条件影响较大,且对气温的响应高于降水,与上年 7-8 月和当年 1 月的平均气温以及上年 5 月降水量呈显著负相关,与上年 8 月的降水呈显著正相关;(3)CHN格点数据能更全面地揭示月平均最高温对华山松径向生长的影响,RES年表对两个数据集当年夏季(7-9月)的降水量都呈负相关,但达到显著负相关的月份有差异;(4)多源气候数据均表明该地区存在暖干化趋势,升温不利于华山松的生长.若未来暖干化持续,秦岭东缘龙池曼地区华山松生长会进一步受限,从而影响该地区的森林植被生产力和固碳潜力.

植被通过光合作用固定大气中的CO2来减缓温室效应,同时植被也通过改变地表能量收支影响温室效应.在过去的气候-植被研究中,大多关注气候变化对植被的影响,而植被对气候反馈的研究相对较少.植被通过调节地表能量收支、水通量等重要地气过程影响局地、区域乃至全球气候,在气候变化中的作用十分重要.因此,需要厘清植被对气候的反馈效应机制及其结果,并识别其地域差异.从生物地球物理和生物地球化学过程两方面分析植被与气候之间的作用机制,对全球及关键区域内植被变化对局地、区域乃至全球的气候反馈效应进行了系统总结:(1)生物地球物理反馈的区域特征明显,生物地球化学反馈则表现在全球尺度上,二者相互作用但难以统一;(2)植被破坏带来的气候影响在气温效应方面与生态系统的类型及地理分布相关:热带森林破坏带来增温效应,北方森林破坏带来降温效应,温带森林破坏则会通过增加森林反照率抵消丢失的固碳降温效应,气温效应表现不明显;(3)当前研究对关键过程机制考虑不够完善,不同研究方法的结果差异较大,且缺乏高质量观测数据的验证;同时考虑生物地球物理和生物地球化学的净气候反馈研究尚无法支撑植树造林对气候变化单一减缓作用的常规理解.本文可为科学评估植树造林对气候变化作用的方向与强度提供理论依据.

中国北方农牧交错带是我国重要的生态安全屏障之一,面临经济发展与脆弱生态环境保护间的突出矛盾.生态系统服务的定量研究是生态可持续管理的重要科学依据,也是当前的研究热点之一.以北方农牧交错带的核心区域——内蒙古中西部地区为例,结合中高分辨率遥感数据和生物物理模型准确量化了 2000-2018年关键生态系统服务,基于Getis-Ord G*方法分析了生态系统服务的空间格局,考虑地理数据的空间自相关性选取了空间回归模型探索其影响因子.结果表明:(1)净初级生产力(NPP,Net primary productivity)、土壤水蚀控制服务(SC,Soil conservation)、产水量(WY,Water yield)及三层土壤含水量(SM1,Soil moisture of top layer;SM2,Soil moisture of middle layer;SM3,Soil moisture of bottom layer)在东部较高,防风固沙服务(SF,Sand fixation)在南部和西部较高;(2)以上生态系统服务受气候变化、景观格局、地形和土壤条件等综合影响,不同影响因素对生态系统服务的作用存在差异.NPP受森林景观格局和归一化植被指数的影响最为显著;WY、SM1、SM2、SM3及SC受降水量的影响较为显著;风速和表层土壤砂粒含量对SF影响最为显著.研究结果可以为优化景观格局和土地系统,缓解中国北方农牧交错带的社会—生态矛盾提供科学依据和案例参考.