蚂蚁筑巢能够通过改变土壤甲烷氧化/还原微生物及理化环境,调控森林土壤甲烷排放过程及季节动态.以西双版纳热带橡胶人工林群落为研究样地,采用静态箱-气相色谱法测定蚁巢和非巢土壤甲烷排放通量的季节变化,分析蚂蚁筑巢引起热带人工林土壤功能微生物、微生境及土壤养分改变对甲烷排放通量的影响规律.结果表明:1)与非巢地相比,蚂蚁筑巢显著降低了橡胶人工林土壤甲烷排放,年均通量减少59.9％.干季蚁巢土壤是甲烷汇(-1.770 μg·m-2·h-1),相较非巢地减少了 87.2％;湿季蚁巢土壤则为源(0.703 μg·m-2·h-1),其甲烷排放量增加了 152.7％.2)蚂蚁筑巢改变了土壤温湿度及碳氮养分含量.相较于非巢地,蚁巢土壤温度、湿度及碳氮组分含量年均增幅达4.9％～138.5％,其对甲烷排放通量的解释率分别为90.1％、97.3％、27.3％～90.0％.3)蚂蚁筑巢改变功能微生物多样性及群落结构.相较非巢地,蚁巢年均甲烷产生菌群落多样性指数(Ace、Chao1、Shannon和Simpson)变幅为-9.9％～61.2％,且高于甲烷氧化菌群落(-8.7％～31.1％),产甲烷菌和甲烷氧化菌优势属相对丰度变幅分别为46.8％和-6.3％.甲烷产生菌对排放通量的解释率(78.4％)高于氧化菌(54.5％),甲烷产生菌与甲烷氧化菌优势属对排放通量的解释率共为68.9％.4)结构方程表明,甲烷产生菌、氧化菌、土壤含水率为甲烷排放通量的主控因子,其对土壤甲烷排放的贡献率分别为95.6％、95.0％和91.2％,而土壤温度、碳氮组分的贡献(73.1％～87.7％)次之.因此,蚂蚁筑巢主要通过改变甲烷功能微生物多样性及土壤水分状况而影响甲烷排放季节动态.

植被降水利用效率(PUE)是评价植被生产力对降水量时空动态响应特征的重要指标.以年净初级生产力(NPP)数据、年降水量数据为基础,利用地理信息系统(GIS)和遥感(RS)技术,计算并研究了 2000-2020年青海湖流域植被降水利用效率时空分布格局及其地形效应,结合年均气温、年均地表温湿度、年生长季光合有效辐射吸收系数和年植被覆盖度等数据,探讨了PUE与各因子间的相关关系.结果表明:(1)青海湖流域单位像元(1 km2)PUE平均值在0.4-0.7 gC m-2 mm-1间变化,平均为0.54 gC m-2 mm-1,且在年际间无显著变化趋势(R2=0.05,P≥0.05).在空间上,青海湖流域多年PUE平均值环湖呈现不均匀分布,除青海湖东岸外,PUE值随湖面距离增大呈减小趋势;其高值区主要集中分布在青海湖西岸和南岸的半环区;年PUE变化趋势的斜率值为-0.05-0.04 gC m-2 mm-1 a-1,其中显著变化的区域占流域面积的29.63％.(2)青海湖流域多年PUE平均值在海拔效应和坡度坡向两种不同微地形效应下表现出明显的差异.海拔每升高50 m,PUE值将减少0.02 gC m-2 mm-1;随坡度增加,PUE值呈降低趋势,平坡至险坡(＞45°)的变化范围为0.3-0.61 gC m-2 mm-1;不同坡向PUE值表现为由东北坡向西南坡递减,范围为0.52-0.56 gC m-2 mm-1.(3)在空间上,青海湖流域PUE值与地表温度、光合有效辐射吸收系数、植被覆盖度和叶面积指数相关性较为明显.沿海拔梯度,空气温度和地表温度与PUE呈极显著正相关(R2=0.94,P＜0.01;R2=0.98,P＜0.01),光合有效辐射吸收系数、植被覆盖度和叶面积指数与PUE显著正相关(R2=0.89,P＜0.05;R2=0.90,P＜0.05;R2=0.86,P＜0.05),地表土壤湿度与PUE无显著相关性(R2=0.16,P≥0.05).评估了青海湖流域植被降水利用效率的特征及其与各因子间的相关关系,明确了植被对降水的利用能力及其耗水特性,可为青海湖流域植被保护和国家公园建设提供理论参考.

明确色季拉高山树线交错带的小气候特征,为深入开展高山树线维持机制研究提供基础数据.基于2018-2020年色季拉山树线交错带(急尖长苞冷杉树线交错带和方枝柏树线交错带)自动气象站及不同生境空气-土壤温湿度的连续观测,分析了两种树线交错带的总体小气候特征及3个生境(林下、灌木、林隙)温度、水分条件的变化特征.结果表明:两种树线交错带最热月均温8.71～9.32 ℃,最冷月均温-7.23～-9.08℃,年均温0.55～0.88℃,气温年较差15.95～18.40℃,年生物温度2.79～3.33℃,温暖指数与寒冷指数分别为9.15～12.94℃·月-1、-60.22～-64.98℃·月-1,以空气温度定义的生长季均温和生长季长度分别为7.45～8.31 ℃、106～136d,以10 cm 土壤温度定义的生长季均温和生长季长度则分别为6.06～7.01℃、120～141 d;两种树线交错带不同生境的地上温度和水分条件均较为相似,而地下层面温度和水分条件最优的均是林隙,但其土壤温度日振幅大,同时林下的土壤温度均小于其他生境,出现了"凉脚"效应;以土壤温度定义的生长季要比以空气温度定义的滞后约1个月,林隙的空气均温、土壤均温、土壤含水量较大,林隙与灌木的冻害事件频率多、强度大、持续时间长.色季拉山树线交错带内不同生境的小气候特征的差异主要表现在土壤温度、生长季温度以及生长季内冻害事件的发生.

为探究氮沉降增加背景下高寒草甸土壤呼吸干湿季变化及其与环境因子的耦合关系,选择纳帕海典型退化草甸疏花早熟禾群落,设置对照(0 g·m-2·a-1)、低氮(5 g·m-2·a-1)、中氮(10 g·m-2·a-1)和高氮(15 g·m-2·a-1)4个水平的氮沉降模拟试验,分析氮沉降引起的地上生物量、植物多样性及土壤理化性质变化对土壤呼吸的影响.结果表明:不同氮沉降处理均显著促进草甸土壤呼吸,干季和湿季土壤呼吸速率相较于对照分别增加了 21.9％～53.9％和27.3％～51.2％,且在中氮处理下增幅最大.氮沉降显著提升草甸地上生物量(增幅达52.2％～66.4％);植物多样性随氮添加总体呈降低趋势,湿季最大降幅(13.5％～24.2％)出现在高氮处理.氮沉降显著增加土壤铵态氮、有机质、微生物生物量碳氮、温度和含水率(增幅为14.3％～333.5％),氮沉降显著降低土壤pH(减幅达9.0％～34.6％).结构方程表明,植物生物量及Shannon多样性、微生物生物量和温湿度对土壤呼吸具有显著促进作用,土壤容重则表现为抑制效应;氮库和pH对土壤呼吸变化的解释率分别为55.7％和45.1％,是影响土壤CO2排放的主导因素.短期大气氮沉降主要通过改变土壤pH及氮库组成而促进高寒退化草甸土壤呼吸.

为探明土壤有机碳沉积对热带森林恢复的响应过程与机理,选取西双版纳处于不同恢复阶段的热带森林类型(前期的白背桐群落、中期的崖豆藤群落、后期的高檐蒲桃群落)为研究对象,探讨土壤有机碳库各组分积累与分配(微生物量碳储量/总有机碳储量、易氧化有机碳储量/总有机碳储量、惰性有机碳储量/总有机碳储量)的时空变化规律,分析乔木与林下物种的丰富度和多样性、土壤温湿度、容重、pH及氮库(全氮、水解氮、铵氮、硝氮)对土壤有机碳库组分积累与分配的影响.结果表明:(1)热带森林恢复显著促进土壤碳库各组分的蓄积(P＜0.05),相较于恢复前期,恢复中后期土壤总有机碳、微生物量碳、易氧化有机碳、惰性有机碳储量增幅达9.25％—50.84％;恢复促进了土壤微生物量碳和易氧化有机碳的分配(8.98％—25.36％)(P＜0.05),但对惰性有机碳分配无显著影响;(2)不同恢复阶段热带森林土壤碳组分积累与分配的时空变化存在一定的差异.其中上述4种碳组分积累最大值均出现在6月、垂直变化均沿土层递减;土壤易氧化有机碳和微生物量碳分配最大值出现在6月、惰性有机碳分配则在12月最大,易氧化有机碳和微生物量碳分配沿土层递减、惰性有机碳分配无显著垂直变化;(3)土壤微生物量碳、易氧化有机碳、惰性有机碳的储量在土壤碳库储量的分配占比分别维持在2.40％—5.00％、18.22％—39.34％、18.50％—26.55％,土壤有机碳组分对总有机碳储量变化的解释率表现为:微生物量碳(83.71％)＞惰性有机碳(82.17％)＞易氧化有机碳(78.54％);(4)相较于恢复初期,恢复后期乔木与林下物种丰富度和Shannon多样性提升了 42.78％—490.82％,氮库(全氮、水解氮、铵氮、硝氮)含量仅提升了 12.73％-25.51％;(5)冗余分析表明,林下物种丰富度、温湿度、水解氮是影响土壤有机碳组分积累的主要驱动因子,而乔木香农多样性、湿度、容重则是影响土壤有机碳库组分分配的主控因子.因此,西双版纳热带森林恢复进程显著促进了土壤有机碳库组分积累与分配,影响程度取决于样地林下物种丰富度、乔木香农多样性、土壤温湿度、容重与水解氮的状况.

目的:监测暗紫贝母生态因子的动态变化.方法:在川产道地药材暗紫贝母的野生生态环境与栽培生产场地,安装溯源监测设备,利用通用分组无线服务技术(GPRS)网络进行数据的远程无线传输,通过平台网站实时获得产地的生态因子动态数据(土壤温湿度、空气温湿度、光照、气压),结合暗紫贝母的生物学特性,对不同产地与栽培环境条件下,暗紫贝母生长旺盛期的动态生态因子的变化规律进行分析.结果:生态因子是影响中药材品质的关键因素之一.海拔是影响暗紫贝母生态因子的主要因素,随着海拔的降低,相关生态因子都发生了变化,如气压升高、光照减弱、空气湿度增大、土壤温度升高.大棚对贝母生态因子如气温、光照强度的影响十分显著,可能与大棚栽培的药材形态与品质的变化之间存在一定的相关性.野生环境的生态因子优于人工栽培的条件,如伴生植被好,土壤湿度大于大田与大棚,更有利于暗紫贝母的生长.建议在适宜的生态环境中栽培与野生抚育暗紫贝母.结论:溯源监测设备能够实时获得暗紫贝母准确的生态因子数据.

为探索林下栽培金线莲[Anoectochilus roxburghii(Wall.)Lindl.]的方法,以肇庆广东星湖国家湿地公园核心区为基地,对低海拔(21~23 m)栽培金线莲的生长特性进行研究.结果表明,金线莲栽培地建议选择郁闭度约为65%的常绿阔叶林下.以原土壤+泥炭土(1:1,V/V)为建畦基质,选择地上茎长≥4.16 cm,茎粗≥0.176 cm的Ⅰ级金线莲组培苗,在温度为18.3℃~24.5℃,湿度为84%~87%的3-4月份种植,成活率可达83.3%~86.7%,栽培120 d后植株地上茎长和单株鲜重分别增加了3.33 cm与0.71 g.5月份温湿度上升,金线莲栽培成活率显著下降(70.3%),且虫害高发.合理的林下栽培技术有助于开发利用和保护金线莲种质资源.

控释肥作为一种能够提高肥料利用率、保障作物产量和节约劳动力的新型肥料已经在作物生产中得到广泛应用,而控释肥对土壤N2O排放影响结果的差异使其成为当前科学评估控释肥施用环境效应的焦点问题之一.因此,旨在探讨不同种类控释肥及氮素水平施用对华北平原冬小麦/夏玉米轮作系统土壤N2O排放的影响,为科学评价控释肥施用的环境效应及其推广应用提供科学依据.本研究监测采用静态暗箱-气相色谱法对不同控释肥施用下土壤N2O排放、环境因素以及产量进行了周年监测,探讨了不同处理(对照处理(CK)、控释肥处理1(CRF1)、优化控释肥处理1(80％ CRF1)、优化控释肥处理2(80％ CRF2)和控释肥处理3(CRF3+尿素))下土壤N2O排放特征及土壤温湿度对其的影响.结果表明:控释肥施用下冬小麦/夏玉米轮作系统中土壤N2O排放峰高值主要出现在基肥施用并伴随灌溉(或降雨)后,一般持续时间约为7-10 d,小麦返青期灌溉以及玉米后期降雨会引起微弱的N2O排放峰.不同处理土壤N2O排放通量变化范围为-235.61-2625.01 μg N2O m-2h-1,平均排放通量为23.88-51.39 μg N2Om-2 h-1,与CRFI相比,80％ CRF1和80％CRF2处理能够减小施肥期的N2O排放峰值,但不改变轮作周期土壤N2O排放季节变化规律.CK处理和CRF3+尿素处理土壤N2O排放通量与5 cm深度土壤温度之间表现出显著的正相关性(r2=0.38,P＜0.01;r2 =0.30,P＜0.05);CRF1处理和80％CRF1处理在冬小麦生长季及整个轮作周期内与土壤孔隙含水率(WFPS)表现为显著的正相关关系(冬小麦生长季分别为r2=0.50,P＜0.01;r2=0.39,P＜0.05;整个轮作周期分别为r2=0.39,P＜0.05;r2=0.43,P＜0.05).80％CRF2处理N2O年排放总量最高,为(2.89±0.24) kg N/hm2.相同控释肥种类条件下,80％CRF1处理比CRF1处理减少了14.23％,但并未达到显著水平;相同施氮量水平下,CRF1处理与(CRF3+尿素)处理之间N2O年排放总量差异不显著,而80％CRF1处理比80％CRF2处理N2O年排放总量减少16.16％,并达到显著水平(P＜0.05).本研究不同处理之间N2O直接排放系数在0.29％-0.42％之间,均明显低于IPCC 1.0％的默认值.各控释肥处理产量与当地农民常规施肥量条件下产量没有显著性差异.因此在华北地区冬小麦/夏玉米轮作系统中应用控释肥技术可以在保证产量的前提下有效减少土壤N2O排放,并且仍存在一定的减排空间.

为了解长白山地不同地貌类型典型农田生态系统土壤跳虫群落结构及其分布,探讨不同地貌类型对土壤跳虫群落结构和分布及其季节动态的影响,于2015年春季(5月)、夏季(7月)、秋季(9月)分别对长白山地玄武岩台地、花岗岩低山、花岗岩丘陵三种地貌类型玉米田土壤跳虫进行了研究.研究表明,3个生境共获土壤跳虫881头,隶属10科16属22种.其中,玄武岩台地土壤跳虫个体密度是1 760头/m2,17种;花岗岩低山个体密度是2 206.67头/m2,13种;花岗岩丘陵个体密度是1 906.67头/m2,18种.地貌及取样时间的差异对土壤跳虫个体密度、物种数、多样性指数均有一定的影响.花岗岩低山与花岗岩丘陵的个体密度和物种数大小为秋季＞春季＞夏季,而玄武岩台地的个体密度和物种数表现出随季节变化呈递增的趋势(P＜0.05).不同地貌土壤跳虫多样性均在秋季达到最大,夏季玄武岩台地多样性指数显著高于花岗岩低山和花岗岩丘陵,秋季,玄武岩台地丰富度指数和均匀度指数显著高于花岗岩低山,玄武岩台地优势度指数显著低于花岗岩低山(P＜0.05).不同土壤环境因子对跳虫的影响不同,土壤温湿度、有机质、全氮、速效氮和全磷与土壤跳虫的群落结构、生态分布有明显的相关性.综上可知,长白山地农田生态系统土壤跳虫群落结构和生态分布因地貌类型不同而存在差异,季节变化也对其影响明显.

山地是高寒草甸的主要分布区,地形变化引起了土壤温湿度和物种的差异性分布,进而影响到草地生态系统生产功能.为明晰高寒草甸山地环境因子(土壤温湿度)和物种多样性(丰富度、多度、均匀度、优势度)与初级生产力的关系,本研究以青藏高原东北缘马牙雪山支脉的高寒草甸山体为研究对象,选择阶地、阴坡、山脊和阳坡与3个海拔梯度段,调查了189个样方的植物群落组成和土壤温湿度.采用线性回归法分析土壤温湿度和物种多样性与初级生产力之间的关系.结果表明:(1)以山地高寒草甸整体为研究单元,初级生产力只随物种多度的增加而显著增加(R2=0.07 P=0.01).(2)坡向影响初级生产力的因素不同,阴坡初级生产力与物种丰富度正线性相关;山脊初级生产力与土壤湿度正线性相关,也随物种丰富度增加而显著增加;阳坡初级生产力与物种多度正线性相关;阶地初级生产力随均匀度增加而显著增加,随优势度增加而显著降低.(3)只有低海拔区(2860-2910 m)初级生产力随物种多度和丰富度的增加而显著增加.综上所述,山地高寒草甸土壤温湿度和物种多样性与初级生产力关系受坡向比海拔的影响更大,且物种多样性对初级生产力的影响大于土壤温湿度.建议山地高寒草甸生态系统生产和生态管理过程中要重点考虑坡向对植物多样性和初级生产力的影响.