放牧是草原生态系统最主要的人为干扰因素,也是草原群落构建的重要"外部"过滤因子.然而,关于放牧强度对草原群落构建的作用机制,尤其是在这一过程中种内性状分化和种间性状差异的相对作用目前的了解还比较有限.为此,该研究利用在内蒙古典型草原建立的长期放牧控制实验平台,采用土芯法(环刀)取样,系统分析了植物群落地上(株丛、叶片)和地下(根系)性状对放牧的响应.通过环刀-小区和小区-样地两个推绎尺度,研究了基于种内与种间性状变异的放牧强度过滤作用.研究结果表明:(1)随着放牧强度的增加,大多数地上性状的种内和种间变异呈增加趋势,而根系性状的种内和种间变异则显著降低.(2)随着放牧强度的增加,在环刀尺度上,基于地上性状的种内变异和种间差异的放牧过滤强度先增大后减小,在中度放牧时达到最大;然而基于地下性状的种内变异和种间差异的放牧过滤强度逐渐增加.在小区尺度上,基于地上性状的种内变异和种间差异的放牧过滤强度呈线性降低趋势;而基于地下性状种内变异的放牧过滤强度增加,基于种间差异的放牧过滤强度减弱.(3)随着空间尺度增大,放牧强度对草原群落构建的影响由基于种间性状差异的过滤作用逐渐转变为基于种内性状变异的过滤作用,此过程受土壤水分和养分的调控.这些研究结果为深入揭示放牧对草原群落构建的调控机制提供了科学依据,也为正确理解长期放牧导致的植被景观异质性和尺度效应评估提供了重要参考.该研究中叶片和根系性状主要考虑了结构性状,因此具有一定的局限性,未来研究可结合叶片和根系碳氮含量等化学性状指标,以全面理解放牧对植物地上、地下性状变异的调控机制.

应用无人机近地面遥感技术估算草地生物量是目前较热门的方法,但构建的反演模型类型、变量、算法差异较大.通过在内蒙古锡林郭勒获取的无人机多光谱影像提取出波段反射率、植被指数等变量,与实际获取的地面样方调查数据结合,构建并对比了 8种最常用的参数与非参数方法构建的草地地上生物量预测模型,评估不同模型的精度和建模变量,以期能够优化得到最佳预测模型.研究结果表明8种模型中参数模型精度相对较低,非参数模型具有更高精度;参数模型中多变量的广义线性模型优于线性、对数和指数这3个参数模型;非参数模型中K近邻、支持向量机、极端梯度提升和随机森林4种模型的决定系数R2都大于0.7,但随机森林模型相对更稳健,且模型变量数最少.建模变量中归一化植被指数和红波段反射率变量对生物量估算作用较大.综上,随机森林模型是较适用于内蒙古锡林郭勒地区草原无人机近地面遥感技术估算草地生物量的模型,然而在超参数调整、算法优化,以及植被多源变量筛选等方面还需要更深入的研究.

中国北方农牧交错带生态系统敏感脆弱、不稳定,其健康状况受多种因素影响,其中以放牧为代表的人类经济活动影响显著.高强度放牧是造成草地退化的重要原因,草地退化又是影响草原生态系统健康的关键因素.利用归一化植被指数和牲畜量量化放牧压力,并选取合理的模型探究放牧对于中国北方农牧交错带生态健康的影响,确定合理的放牧强度和策略,以实现草畜平衡和区域可持续发展.基于"活力-组织力-弹性-生态服务"(VORS)模型,构建起包括自然、社会等多方面的指标体系,评估了 2000-2015年北方农牧交错带的生态健康系统水平,并采用Moran's I探讨放牧压力和生态系统健康指数的空间相关性,并从普通最小二乘法、地理加权回归模型、时间加权回归模型和时空地理加权回归模型选择最优回归模型,揭示放牧压力对于生态系统健康的影响机制.结果表明:(1)2000-2015年放牧强度格局高值区域主要为内蒙古草原地区,低值区域主要为陕西高原地区.(2)2000-2015年中国北方农牧交错带的生态系统健康指数呈现上升趋势,区域整体处于亚健康状态和一般健康状态.(3)全局双变量Moran's I结果显示在2000-2015年呈现负相关影响关系,但影响力度在变小.(4)多种回归模型相比较,GTWR模型表现最优.2000-2015年,正向驱动空间集中在内蒙古、辽宁以及山西省区县;负向驱动空间集中在陕西省、甘肃等区域,同时影响强度持续增强.研究通过不同区县、不同的草原的反应状况,提出放牧政策的不同实施建议,致力于实现草原资源的可持续利用和生态系统的持续健康.

云南独特的地理和气候特点为史前人类演化与发展提供了良好的自然条件.通过对云南巍山云岭横断山脉南延部分发现的三鹤洞地点进行试掘,在地层中发现丰富的动物骨骼,且数量从早到晚有逐渐增多的趋势;AMS 14C测年结果表明,该地点文化层时代属于旧石器时代晚期;孢粉分析结果表明,研究区域MIS 3早期以针叶林为主,含有一定量铁杉,林下生长水龙骨科和凤尾蕨等蕨类植物晚期植被仍然以针叶林为主,林下草本植物增多,气候温和湿润;对探沟内出土和地表采集的共15件石制品进行分析,表明该地点为简单的石核-石片技术体系,与华南地区旧石器时代晚期的砾石石器传统较为接近.综合分析结果表明,MIS 3阶段气候温和湿润,三鹤洞古人类活动逐渐增强,动物性食物是三鹤洞地点古人类重要的食物来源;MIS 2寒冷期人类活动中断,说明末次冰期气候波动引起的生态环境变化对古人类活动有较大影响.三鹤洞地点的发现和综合研究对于探讨旧石器时代晚期西南地区古人类的环境适应策略能提供重要参考.

探究黑龙江流域植被覆盖度时空动态特征及其对气候变化的响应,可为该地区3个国家(蒙古国、中国和俄罗斯)开展流域综合治理提供理论依据和数据支撑.本研究以黑龙江流域为对象,基于Google Earth Engine(GEE)平台提供的2000-2020年的MOD13Q1遥感数据,按最大值法合成归一化植被指数(ND VI),并利用像元二分模型计算植被覆盖度(FVC),采用Sen+MK趋势法分析植被覆盖度动态变化,利用皮尔逊相关系数量化植被覆盖度对气候变化的响应.结果表明:2000-2020年间,黑龙江流域FVC整体呈轻微减少趋势,年际变化率为0.1％,其中,蒙古国FVC呈波动上升趋势(0.13％),而俄罗斯(0.15％)和中国(0.08％)则呈轻微减少趋势;区域内FVC以轻微退化和严重退化为主,面积占比分别为34％和17％,而显著改善区域仅占9％;降水对研究区FVC的影响显著大于气温,降水和气温对FVC影响显著的面积占比分别为8.2％和2.2％,其中,降水与蒙古国区FVC的相关系数最高(r=0.446,P＜0.05),而与俄罗斯区FVC的相关系数最低(r=-0.442,P＜0.05).

土壤中的无机氮是维持陆地生态系统生产力的主要限制因子,主要通过有机氮的矿化产生.土壤氮可利用性的高低取决于土壤微生物、地上植被类型以及土壤理化性质等.土壤微生物对环境变化极为敏感,尤其是温度与微生物生长繁殖密切相关.因此,在较大空间范围内研究微生物调控氮矿化速率的温度敏感性(Q10)对于预测全球气候变化对陆地生态系统生产力的影响至关重要.该研究以中国三大高原(内蒙古高原、黄土高原和青藏高原)的不同类型草原为研究对象,通过野外采集土壤样品,室内不同温度培养测定三大高原不同类型草地土壤的净氮矿化速率,计算其Q10,并分析其与土壤微生物及土壤理化性质参数的相关性.结果表明:(1)黄土高原不同类型草地土壤氮矿化速率的Q10显著高于内蒙古高原和青藏高原;(2)在黄土高原和内蒙古高原,草甸草原和典型草原土壤净氮矿化速率的Q10显著高于荒漠草原,而青藏高原高寒草甸草原土壤净氮矿化速率的Q10显著低于高寒典型草原和高寒荒漠草原;(3)三大高原草地土壤微生物生物量碳含量与土壤净氮矿化速率的Q10显著相关;(4)Q10的空间格局受微生物、土壤质地以及底物的共同调控.该研究结果为中国不同类型草原土壤氮循环对全球变化响应的研究提供了重要数据,对于陆地生态系统氮循环模型的完善具有一定的科学价值.

陆地生态系统固碳是减缓大气CO2浓度升高的重要途径,了解气候变化下潜在自然植被生态系统碳储量(ECS)有利于区域土地管理政策的制定.该研究基于遗传算法对LPJ-GUESS模型的敏感参数进行校准,使用降尺度的气候数据驱动模型,结合Mann-Kendall趋势检验、Sen's斜率估计方法和偏相关分析法,分析2001-2100年中国ECS的时空格局、趋势变化特征及气候主导因子.结果表明:1)校准后的LPJ-GUESS模型模拟ECS的纳什效率系数和皮尔逊相关系数分别为0,751、0,901,表明LPJ-GUESS模型可以较好地模拟中国ECS.2)2001-2020年,中国潜在自然植被ECS由东南向西北递减,总量为156.06 Pg,其中植被、凋落物、土壤碳储量分别占34.2％、1.9％、63.8％.相比于2001-2020年,2081-2100年ECS具有相似的空间分布,ECS总量预计增加0.51-11.16 Pg;2001-2020年和2021-2100年,中国潜在自然植被ECS的增加速率分别为8.5 g·m-2·a-1、3.7-21.0 g·m-2·a-1.3)2021-2100年中国东南部、内蒙古高原、青藏高原等地区ECS显著增加(37-44g·m-2·a-1),云贵高原南部、两广丘陵等地区ECS显著减少(45-72g·n1-2·a-1).4)不同区域的气候主导因子不同:气温在中国西北地区主导ECS变化;受区域干旱程度影响,ECS与降水量的相关性由东南向西北递增;辐射在高纬度、高海拔地区主导ECS变化;在中国47.9％-56.1％的区域CO2浓度主导ECS变化.

为了探究木本植物根际效应的季节动态及其驱动因素,以北京市东灵山地区两种主要植被类型——白桦(Betula platyphylla)林和蒙古栎(Quercus mongolica)林中的优势树种为研究对象,于2017年的春(5月)、夏(7月)、秋(9月)、冬(12月)4个季节分别测定根际土壤与非根际土壤的理化性质、微生物生物量、碳矿化速率及净氮矿化速率、胞外酶活性和矢量特征以及植物的根系、叶片功能性状,分析根际效应的季节变化动态.结果发现:(1)土壤pH及铵态氮含量、微生物生物量、碳氮矿化速率、胞外酶活性和矢量特征指标在根际土壤与非根际土壤之间存在显著差异,根际效应主要呈现为正效应,即根际土壤高于非根际土壤.(2)根际效应存在显著的季节动态,表现为秋季的根际效应最强.(3)根际效应与植物根系和叶片功能性状之间存在显著相关关系.细根生物量与可提取有机碳、土壤总碳、总氮含量的根际效应显著正相关;叶干物质含量、叶碳氮比与微生物生物量碳含量、微生物生物量氮含量、碳矿化速率、酸性磷酸酶活性的根际效应显著正相关.研究结果表明,植物功能性状对于植物的根际效应具有重要作用;在东灵山的温带落叶阔叶林,可能由于秋季植物地下碳输入量最高,导致根际微生物数量和活性增加,从而出现秋季微生物生物量及活性的根际效应高于其他季节的现象.

近年来,由于林地开发和商品林建设等原因,我国亚热带地区大量天然林和次生林经皆伐改造为林分结构简单、树种单一的人工林.氮(N)素是维持森林植被生长和系统初级生产力的重要因子,土壤微生物驱动了森林土壤N转化的关键过程.然而,目前亚热带森林转换对土壤N转化微生物群落的影响仍不清晰.以湖南芦头森林生态系统国家定位观测研究站内典型次生林(CS)及由其转换而成的油茶(YC)、黄桃(HT)、杨梅(YM)和杉木(SM)四种人工林为研究对象,采用实时荧光定量PCR和高通量测序等方法,研究了各林分土壤性质、固N菌和氨氧化微生物功能基因丰度、群落特征及相互关系,旨在探讨亚热带森林转换后土壤N转化关键过程(固N和氨氧化作用)的功能微生物群落变化及驱动因素.结果表明:森林转换显著改变了土壤碳(C)、N含量,降低了土壤nifH基因丰度、固N菌和氨氧化细菌的群落α多样性,但提高了氨氧化微生物amoA基因丰度和氨氧化古菌的群落α多样性;并且,森林转换通过改变各功能微生物优势菌群(如变形菌、蓝细菌、泉古菌和奇古菌等)的相对丰度,显著影响了土壤固N菌和氨氧化微生物的群落组成;冗余分析和结构方程模型表明,土壤有机碳、全氮、铵态氮含量和pH是驱动土壤固N菌和氨氧化微生物群落变化的关键因素.森林转换后,合理的施肥方式有利于人工林土壤固N菌和氨氧化微生物的群落恢复.研究结果为转换后单一人工林土壤养分恢复、生产力的提高和可持续经营提供了科学依据.

目的:了解目前我国唐古特大黄的适宜生境状况并预测其潜在地理分布区.方法:基于第四次全国中药资源普查实地调研数据以及中药资源空间信息网格数据库中获取的55个唐古特大黄相关生态因子(包括气候、地形、土壤等),利用MaxEnt模型和ArcGIS预测唐古特大黄在中国境内的潜在地理分布区域及生境特征.结果:唐古特大黄适宜分布区主要位于川西高原地区、甘南高原地区、青海东部地区以及西藏东部地区,其中最适宜分布区为青海东部地区、川西高原地区和甘南高原地区;海拔、植被类型、6月均温、4月平均降水量和土壤类型是影响唐古特大黄潜在分布的主导生态因子,且不同分布区域存在一定差异.结论:该研究成果为后续唐古特大黄生态敏感性研究和生产区划研究奠定了必要的基础.