随着气候变化加剧和人类活动影响,生物多样性变化及其保护逐渐受到广泛关注.蝴蝶作为开花植物的传粉媒介和生态环境监测及评价的关键指示者,其多样性变化能够在一定程度上反映生境状况,因此,有必要清晰认识不同生境中的蝴蝶多样性变化.为明确松嫩平原蝴蝶资源和不同生境的群落多样性差异,采用样线法于2016年5月-2018年8月对松嫩平原的割草草地、湿地、农田、放牧利用草地及恢复草地共五种生境类型进行调查研究.结果发现,调查共记录蝴蝶5108头,隶属于6科21属26种,其中牧女珍眼蝶(Coenonympha amaryllis)和红珠灰蝶(Plebejus argyrognomon)为优势种类,分别占蝴蝶个体总数的25.61％和31.66％,且在五种生境类型中均有分布.不同生境类型中,蝴蝶群落的物种丰富度指数和均匀度指数无明显差异,而恢复草地生境的蝴蝶群落Shannon-Wiener多样性指数较高,优势度指数较低.农田生境中的蝴蝶个体数量较少,且群落组成与其他四种生境之间均具有显著差异.五种生境类型中的蝴蝶数量和多样性均呈现一定的月动态和年动态变化趋势.除湿地和农田外,其余三种生境中蝴蝶物种和个体数量从5月到8月均持续升高.四种生境的蝴蝶物种数量、个体数量(除农田外)在2018年均出现明显下降趋势.物种丰富度指数等指标的月动态和年动态在不同生境类型间存在较大差异.这些结果表明,生境类型和人类活动与蝴蝶多样性变化关系密切,表现为单一生境中蝴蝶多样性较低,复杂生境有利于保护蝴蝶多样性.本研究有助于厘清松嫩平原蝴蝶资源的基础数据,并为该地区蝴蝶多样性保护和利用及评估该区域生态环境提供一定理论支撑.

封面图片由黑龙江省科学院自然与生态研究所黄庆阳研究员于2020-2021年拍摄于黑龙江省五大连池国家级自然保护区(126°00′-126°25′ N,48°30′-48°51′ E).该区位于黑龙江省西北部,地处小兴安岭山地向松嫩平原的过渡地带,海拔248～602 m,冬季严寒漫长,夏季凉爽短促,属温带大陆性季风气候.五大连池至今历经了7次火山喷发,时间跨200万年～300年,形成了14座火山.火山喷发后的植被更新演替和生物地球化学循环都发生了改变,形成了特殊地质、地貌、土壤和水文的火山森林生态系统,拥有地衣苔藓群落、草本群落、灌木群落、森林群落,完整地保存了正在进行的代表性的火山生态系统演替过程,是研究火山生态系统生物多样性、植被演替、养分循环等诸多科学问题难得的科研基地.

在转基因大豆冲击下,我国传统大豆种植面积大幅下降,研究大豆主产区传统大豆种植结构及其动态变化对我国大豆进出口贸易和保障国家粮食安全意义重大.本研究基于19962016年Landsat TM/OLI遥感影像,以遥感、地理信息系统技术为支撑,利用随机森林方法提取大豆空间分布信息,并结合景观格局指数分析松嫩平原大豆种植结构时空演变特征.结果表明:1996-2016年,松嫩平原大豆种植面积呈波动变化;在与其他地物类型面积转换中,大豆与其他作物面积间的转换最明显;大豆斑块面积占作物总面积的比例呈先增后减特征,而斑块密度指数和分离度指数均呈先减后增趋势.松嫩平原传统大豆种植结构时空演变表现出种植面积波动变化、破碎度增加、空间分布趋于离散的特征;国内外市场及政策导向成为传统大豆种植结构变化的重要影响因素.

为探明不同氮钾配比和玉米茎秆抗倒伏性能及产量特性的内在联系,在松嫩平原西部采用田间裂区设计(主区为施氮量,副区为施钾量),研究了不同氮钾水平(N∶ 195、210、225、240 kg·hm-2;K20∶70、85、100、115 kg·hm-2)配比对灌浆期玉米茎秆形态力学特征及籽粒产量的影响.结果 表明:氮肥单因素对株高、钾肥单因素对重心高度的影响明显,而氮钾肥互作对于株高、穗位高和重心高度均未达显著水平;氮、钾肥单因素及其互作对节间长度、茎粗、截面面积、节间充实度、抗折力、穿刺强度、断面模数、秆型指数、弯曲力矩、抗断弯距、弯曲应力均表现出显著(P＜0.05)或极显著(P＜0.01)的影响,在不同组合处理中,以210 kg N·hm-2+ 85 kg K2O·hm-2处理的抗倒伏指数最大,其次为225 kg Nhm-2+ 100kg K2O·hm-2和210 kg N·hm-2+100 kg K2O·hm-2处理,显著高于其他处理组合31.59％～80.86％,同时氮、钾肥对玉米抗倒伏指数的互作效应显著(FN×K=19.577**);综合玉米茎秆形态力学特性与产量水平,松嫩平原西部玉米丰产抗倒伏的氮钾肥优化配施方案为:施210～225 kg N·hm-2+ 85～ 100 kg K20·hm-2,氮钾配比为1.75～1.88∶0.71～0.83.本研究结果可为松嫩平原玉米密植丰产提质增抗的养分高效运筹模式提供科学依据和技术途径.

以松嫩平原不同生育期的虎尾草无性系为研究对象,分别在虎尾草无性系拔节期和完熟期进行大样本取样,并对其地上、地下各构件的数量性状及生物量分配进行统计分析,研究虎尾草在不同生育期的生长特性及生长策略.结果表明:虎尾草株高、总根长、总根表面积、根体积、地上生物量、地下生物量、总生物量在两个生育期之间均存在显著差异.在两个生育期,地上、地下生物量分配与总生物量呈显著幂函数异速生长关系.在拔节期,总生物量与分株数、总根长、总根表面积和根体积呈显著线性同速生长关系;而在完熟期,均呈显著幂函数异速生长关系.虎尾草无性系在不同生育期存在着不同的生长策略,在拔节期主要采取的是无性系外部空间的优先扩展策略,而在完熟期主要采取的是无性系内、外部空间兼顾的补充和扩展策略.

重度盐碱地改良的长期效果尚存在争议,本研究在松嫩平原开展不同方式的杨树人工林栽植以实现土壤改良的目的,并对土壤内环境、杨树光合过程以及生长状别予以系统性研究.结果 表明,重度盐碱地土壤结构内部结构分布更加均匀,疏松、垒结、空隙度、通气、透水能力、比表面积均得到改善;土壤中C和Fe元素含量平均分别增加29.7％、13.9％,Na元素含量平均减少82.4％,因此土壤胶粒凝聚土壤肥力增强,土壤盐碱化减缓;杨树光合速率、呼吸速率、高度、胸径、分枝数、分枝长、冠幅直径的增长率分别为328％-381％、98％～153％、23.8％、35.3％、160％、100％、73.5％,丘式“一”字沟改良后的根系生长最佳.该研究为松嫩平原退化盐碱地生物改良提供基础数据支持.

选取了时间序列良好的MODIS影像,对松嫩平原2000-2015年逐月的温度植被干旱指数(TVDI)进行计算,并结合农业气象站点的相对土壤湿度数据进行对比验证,发现TVDI和相对土壤湿度数据具有良好的相关关系,表明TVDI可以作为表示土壤含水量的指标.重建1 km分辨率的松嫩平原作物生长季(4-10月)表层土壤湿度空间信息数据集,引入集合经验模态分解分析方法探究了松嫩平原土壤湿度的时空变化特征及变化趋势,并探讨了松嫩平原土壤湿度变化对农作物产量的影响.结果 表明,近16年来松嫩平原土壤湿度的时间变化趋势是逐渐变湿,土壤湿度的空间变化趋势是由西南向东北逐渐变湿,极端土壤缺水事件频率呈现出增高的趋势.松嫩平原粮食产量和年均土壤湿度水平显著相关说明粮食产量受到年平均土壤湿度的影响显著,不同季相的土壤湿度对粮食产量的影响程度差异较大,夏季土壤湿度对粮食产量的影响尤为明显.

选取松嫩平原长春、哈尔滨、白城、齐齐哈尔、海伦和嫩江6个气象台站1951-2017年逐日气温资料,统计各地区历年≥10℃积温,构建各气象台站的年活动积温时间序列,分析其变化特征,并利用自回归综合移动平均模型(ARIMA模型)预测各气象台站未来10年的活动积温变化,同时利用国家统计局网站提供的2012-2016年黑河市、绥化市、哈尔滨市、四平市和沈阳市的大豆、玉米和水稻的产量数据,建立活动积温与作物产量的回归关系.结果 表明:近67年松嫩平原6个气象台站的活动积温年际间波动较大,1981-2010年是积温升高的主要年份,1993年以来,活动积温增加较显著,2001-2017年的平均活动积温较1951-2000年增加243.6～420.3℃·d;松嫩平原北部活动积温上升幅度大于南部;构建ARIMA模型预测2018-2027年松嫩平原的活动积温较2001-2017年有所升高,6个气象台站间升高幅度在25.7 ～96.9℃·d;活动积温预测值均在置信区间内;活动积温与作物产量呈二次曲线变化,活动积温在3300℃·d以下时,玉米产量随活动积温增加而增加,活动积温在3800℃·d以下时,大豆和水稻产量随活动积温增加而增加.

苏打盐渍土因其交换性钠含量较高而具有极差的物理性质,而恶劣的土壤物理性质是苏打盐渍土逆境胁迫的重要因素.苏打盐渍土在所有盐渍土类型中属于改良与利用难度最大的土壤类型.目前,对于松嫩平原苏打盐渍土不同改良措施处理后的土壤水盐动态已有较清晰的认知,而苏打盐渍土经过多年改良后的土壤物理性质变化规律尚鲜见报道.因此,本研究将脱硫石膏、砂土、有机肥与大安站研制的改良剂脱碱一号等不同改良措施与种稻改良相结合,对改良多年后土壤物理性质的变化进行了研究.结果 表明,不同理化改良措施均可显著影响苏打盐渍土的物理性质(P＜0.05),如不同改良措施均可使土壤容重降低(0～40 cm)、土壤水分入渗速率显著增加(P＜0.05)、土壤砂粒含量相对增加,而黏粒含量则相对减少.综合考虑各试验处理对土壤物理性质的影响,本研究认为脱碱一号对土壤物理性质的改善效果最好,其次为有机肥,而砂土对苏打盐渍土物理性质的改善效果最差.本研究结果可为松嫩平原苏打盐渍土的改良与利用提供基础数据支持.

多年生无性系禾草主要依靠营养繁殖实现种群的持续更新,而各类芽和由芽形成的苗为其种群进行营养繁殖的潜在种群.通过单位面积挖掘取样,利用营养繁殖世代数划分分株、根茎和各类型芽和苗的龄级,对松嫩平原封育草甸、长期割草草甸、封育积沙草甸和林间草地的羊草潜在种群组成和大小进行了比较研究.结果 表明:在生长季末期,羊草的潜在种群均由根茎芽和各龄级分蘖节向上生长的芽以及根茎苗和分蘖节苗组成.在4种生境条件下,羊草分株潜在种群由3～4个龄级组成,1～4龄级根茎均可形成潜在种群,其中,根茎潜在种群占整个羊草潜在种群数量比例为68.3％,占绝对优势.1龄分株和根茎产生的潜在种群占总体的60.2％,是潜在种群组成的主要部分,是种群更新的主要来源.分株潜在种群数量以长期割草草甸最高,根茎潜在种群数量以封育积沙草甸最高.营养繁殖力均以年轻龄级分株和根茎最高,根茎的营养繁殖力是分株的10.0倍,在羊草种群营养繁殖过程中始终占据优势.羊草的潜在种群构成在不同生境条件下变异较大,但体现出对生境差异的趋异适应.