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  • 2023年, 41卷, 第01期
    刊出日期：2024-06-19
      
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  • 土壤微生物碳利用效率研究进展
    朱万泽, 马胜兰, 王文武, 李霞, 盛哲良
    2023, 41(01): 1-18. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000726
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    土壤微生物碳利用效率(CUE)指微生物生长与碳吸收的比率,反映了受微生物群落影响的土壤有机碳代谢过程,是理解和模拟全球变化下土壤碳储存和碳循环的关键生理生态参数。量化土壤微生物CUE有助于理解土壤微生物生物量、土壤潜在碳储量、呼吸碳消耗之间的分异,以及土壤长期碳储存对全球变化的响应。土壤微生物CUE及其对环境变化的响应已受到土壤碳循环、全球变化生态学、陆地生态系统模型等研究的广泛关注。我国土壤微生物CUE研究是近几年才兴起的。本文分析了碳同位素法、氧同位素法、量热呼吸法、代谢通量分析法、化学计量法五种微生物CUE测定方法的优劣及适应性,阐释了土壤微生物CUE随生态系统、植被演替、季节的动态变化特征,剖析了微生物群落组成、底物质量和营养可利用性、温度、土壤pH值、土壤水分、土壤团聚体与质地、土层深度、人为干扰等生物和非生物因子对土壤微生物CUE的影响,并指出了当前土壤微生物CUE研究存在的问题,以及今后关注的重点:(1)加强森林生态系统土壤微生物CUE研究;(2)综合探讨环境和生物多要素交互影响下土壤微生物CUE的响应过程与机制,尤其是全球变化下根系分泌物对土壤微生物CUE及长期碳固持的影响;(3)从生态系统视角探讨土壤微生物CUE;(4)采用不同测定方法估算土壤微生物CUE;(5)探讨不同土层深度微生物CUE及其温度敏感性对长期碳储存影响。
  • 疏伐抚育对大熊猫栖息地八月竹纯林土壤细菌群落多样性的影响
    蒋豪, 涂卫国, 王玉杰, 李玲, 付明霞, 张远彬
    2023, 41(01): 19-27. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000727
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    疏伐抚育可改善大熊猫栖息地土壤质量和森林生态系统功能、提升生物多样性。然而,现有研究主要以提升人工用材林木材产量为主,对以提升自然保护地栖息地功能属性为目的的森林疏伐抚育如何影响地下生态过程,特别是土壤微生物群落变化研究相对较少。本文以大熊猫国家公园大相岭片区八月竹(Chimonobambusa szechuanensis)纯林为研究对象开展疏伐抚育,分析两种处理对纯林土壤理化性质和细菌微生物组的影响,重点研究疏伐抚育一年后土壤细菌群落多样性变化。结果表明:(1)不同疏伐抚育模式对土壤细菌群落影响差异较大。以促进主食竹更新复壮为目的的疏伐抚育模式(处理A)显著提高了土壤细菌群落Sobs指数(P=0.024)和Chao指数(P=0.027),表现出更高的群落丰富度。而以促进纯竹林向大熊猫更为喜爱的竹阔混交林转变的疏伐抚育模式(处理B)对纯林保留带中地下生态系统的影响并不显著。(2) LEfSe分析(LDA score>3,P<0.05)发现,八月竹林土壤细菌群落核心菌门为酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和变形菌门(Proteobacteria)。与八月竹纯林相比,处理A显著提高了土壤pH值(pH=5.05,P<0.001),但有机碳(50.2 g/kg,P<0.001)、全氮(5.04 g/kg,P<0.05)和微生物生物量碳(700.54 mg/kg,P<0.01)含量均显著降低。(3)RDA分析表明土壤细菌群落门丰度变化主要与pH值(r~2=0.45,P<0.05)和全氮含量(r~2=0.39,P<0.05)变化有关。上述研究结果可以为进一步研究与纯竹林疏伐抚育相关的土壤微生物功能菌群提供参考。
  • 喀斯特山区不同土地利用方式对土壤微生物生物量、酶活性及其化学计量的影响
    巢林, 曾鑫, 欧梦菲, 黄忻婷, 张建兵, 刘艳艳
    2023, 41(01): 28-40. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000728
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    土地利用改变土壤理化性质,显著影响土壤微生物属性。在中国喀斯特地区,针对不同土地利用方式下土壤酶活性及其化学计量特征与土壤环境因子之间的关系,仍缺乏精确的定量认知,无法科学指导土地利用结构的优化与生态系统功能的维持。本文选取中国广西弄岗自然保护区4种土地利用方式(农田、草地、灌木林和森林)地块,采用土壤生物化学、酶学等方法,探讨不同土地利用方式对喀斯特土壤基本理化性质、微生物生物量、微生物熵、酶活性和酶化学计量的影响。结果表明:(1)土地利用方式显著影响土壤基础理化性质,土壤pH、有机碳(SOC)和全氮(N)含量表现为灌木林和森林显著高于农田和草地,而农田和草地土壤有效磷(AP)含量则显著高于森林和灌木林;(2)土壤微生物碳(MBC)和微生物氮(MBN)表现为灌木林>农田>森林>草地,且灌木林MBC和MBN显著高于其他土地利用方式,微生物磷(MBP)在农田土壤中最高;冗余分析(RDA)表明有效氮(AN)和pH是驱动土壤微生物生物量变化的主要环境因子;(3)微生物熵碳(qMBC)和微生物熵氮(qMBN)均表现为农田>灌木林>草地>森林,且农田土壤qMBC和qMBN显著高于森林,而不同土地利用方式土壤微生物熵磷(qMBP)无显著差异;(4)不同土地利用方式显著影响N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、β-葡萄糖苷酶(BG)和酚氧化酶(PHO)活性,土壤酶活性变化受土壤C:N、SOC、pH和P含量调控;(5)不同土地利用方式对土壤酶化学计量碳氮比(eC:N)、碳磷比(eC:P)、氮磷比(eN:P)和微生物资源限制程度具有显著影响,磷是喀斯特地区土壤微生物最为受限的元素,由农田、草地到灌木林,微生物碳限制逐步增加,森林土壤碳限制程度最低。喀斯特地区不同土地利用方式引起土壤理化性质的改变是土壤微生物生物量、酶活性和酶化学计量变化的主要驱动力。研究结果可为喀斯特地区土地利用的科学规划提供参考,对预测喀斯特地区土壤微生物属性如何响应全球变化背景下土地利用与覆被变化具有重要作用。
  • 黄河水源涵养区近60 a降水、气温和径流演变及其对水源涵养的影响
    岁姚炳, 牛存稳, 贾仰文, 燕翔, 王东东
    2023, 41(01): 41-55+18. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000729
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    明确水源涵养量时空演变特征及其主要影响因素,是提升区域水源涵养功能的重要前提。目前相关研究多关注影响因素和水源涵养量的相关关系,缺少对影响因素时空变化特征的分析,而且因地区不同,驱动要素的影响也存在差异。本文以黄河水源涵养区为研究对象,基于气象、水文、土壤、地形等数据,运用Pettitt、M-K趋势检验、小波分析和InVEST模型对降水、气温和径流的演变特征及其对水源涵养的影响进行分析。结果表明:(1)兰州以上地区(兰州站上游的黄河干支流地区)降水以8.06 mm/10a的趋势增加,渭河南山支流和伊洛河分别以0.15 mm/10a和2.62 mm/10a的速率波动减少。三区气温都呈上升趋势。三区径流分别以5.87×10~7、5.68×10~7和2.82×10~7 m~3/a的趋势减少;(2)降水、气温和径流存在多种尺度的周期变化特征,在大尺度能量波动较大;(3)兰州以上地区多年平均水源涵养量为8.77×10~9 m~3,渭河南山支流为1.73×10~9 m~3,伊洛河为7.91×10~8 m~3。兰州以上地区水源涵养总量最大,伊洛河单位面积水源涵养量最大;(4) 1960—2019年,三区水源涵养量都呈下降趋势;(5)水源涵养量同降水和径流呈显著正相关关系,同气温呈负相关关系。本研究可为黄河水源涵养区水资源管理和生态保护提供依据。
  • 四川峨眉山不同年龄冷杉径向生长对气候变化的响应差异
    管增艳, 石松林, 金亚宁, 陈圣宾, 夏中林
    2023, 41(01): 56-67. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000730
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    准确评估森林对极端气候事件的生态弹性有助于预测森林对未来气候变化的适应能力。林龄是影响树木生长对气候响应敏感性的重要因素,目前关于不同林龄树木对极端干旱事件的生态弹性研究有限。本研究以四川峨眉山冷杉(Abies fabri)林为对象,采用树轮生态学方法获取冷杉幼龄林(<60 a)、近熟林(60～80 a)和成熟林(>80 a)的年轮宽度、年轮宽度指数和断面积增量,分析不同树龄冷杉径向生长对气候变化响应的敏感性及其对3次干旱事件(2007年、2010年和2012年)的生态弹性差异。结果表明:(1)不同年龄冷杉径向生长对气候变化的响应特征存在明显差异,幼树径向生长与温度、水分和光照因子的相关性最强,温度升高会抑制幼龄林和近熟林冷杉径向生长,而对成熟林的生长影响较小。(2)不同年龄冷杉对干旱事件的响应不一致,抵抗力由大到小依次为幼龄林、近熟林、成熟林,干旱事件后恢复力由大到小为成熟林、近熟林、幼龄林。(3)各年龄组冷杉的生态弹性均有所增加,其中成熟林最大。未来气候变化背景下,峨眉山幼龄冷杉更容易受气候变暖和频发的极端干旱事件的影响而发生生长衰退,将潜在改变森林动态。本研究可为预测冷杉对未来气候变化的生态适应性及区域森林保护与管理提供科学依据。
  • 自然保护区及周边的景观格局变化与驱动力分析——以贵州省兴义坡岗自然保护区为例
    叶鑫, 顾羊羊, 林乃峰, 黄贤峰, 邹长新
    2023, 41(01): 68-81. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000731
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    自然保护区及周边区域生境丧失会造成保护区生境斑块隔离、生态功能削弱、景观破碎化加剧。以往多数研究主要集中在保护区边界范围以内,对保护区周边区域关注不够,对重要生境斑块和廊道识别的研究不足。本研究基于长时间尺度土地利用数据,以贵州兴义坡岗自然保护区及周边区域构建的梯度缓冲区为研究对象,利用基于移动窗口的景观格局指数和基于图论的景观功能连接度方法,分析了区域1990—2015年景观格局的时空变化特征和梯度效应。结果表明:(1)25年间,坡岗保护区及周边区域耕地面积减少,人工表面面积增加,林地面积出现先减少、后增加、再减少的趋势。研究范围从自然保护区向其周边区域过渡过程中,林地在景观中面积占比的主导地位逐渐降低。(2)保护区周边区域景观格局变化强度大于保护区边界内,最大斑块指数相比保护区内下降,且主要集中在保护区周边5～10 km范围。研究区西北方向受城镇化扩张和交通发展影响,景观破碎化程度加剧。保护区周边景观格局变化存在梯度效应,随保护区周边梯度缓冲区外延,人工表面面积占比逐渐增加,香农多样性指数随梯度缓冲区的外延呈极显著正相关。(3)结合物种迁移距离情景分析,揭示了功能连接度指数下降明显的区域,识别了对物种及景观网络连接具有重要作用的廊道。(4)农业类活动、城镇化及城市开发建设是研究区景观格局变化的主要驱动因素。研究结果对坡岗自然保护区及周边景观格局变化规律和生境连接关键区域的识别提供支撑,为生态系统整体性保护及格局优化提供了科学参考和依据。
  • 塔什库尔干谷地古滑坡堰塞湖事件重建及其地貌响应
    邓丽, 常宏, 沈俊杰
    2023, 41(01): 82-92. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000732
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    塔什库尔干谷地构造活动频繁,滑坡、泥石流等自然灾害频发,滑坡体堵塞河流形成堰塞湖,堰塞体溃决后引发特大洪水。开展塔什库尔干谷地古堰塞湖的形成演化研究,可以提高对堰塞湖灾害的认知,预防地质灾害发生和降低灾害损失。目前已有对塔什库尔干曲曼村古堰塞湖湖相沉积形成年代和所记录的古环境信息研究,然而针对该湖泊的形成演化及形成后的地貌响应却鲜有开展。本研究以野外调查为基础,结合室内分析,对曲曼古滑坡堰塞湖的区域地貌和残留湖相沉积物特征进行了详细的分析。研究结果表明:(1)曲曼古滑坡堰塞湖形成可能是由于古地震诱发滑坡导致的,残留滑坡坝的表面积约为4.30×10~5 m~2,其体积约为2.30×10~7 m~3,所形成的堰塞湖最大湖面积约为2.01×10~7 m~2,最大库容量约为1.12×10~9 m~3,溃决时的洪峰流量约为49 507 m~3/s;(2)滑坡坝上游陡峭指数大于滑坡坝下游陡峭指数,说明残留滑坡坝仍对现代河道的地貌形态有一定影响,下游方向仍在进行较为强烈的地貌调整。本研究深入研究塔什库尔干古堰塞湖,可以为区域地貌演化及地质灾害发育过程研究提供一定参考。
  • 芦山M_S 6.1级地震石棉县城谷坡动力响应特征
    冯卓, 王运生, 吴昊宸, 唐涛, 刘世成
    2023, 41(01): 93-102. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000733
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    在揭示山体不同部位和不同场地条件对斜坡地震动响应程度的研究中,学者们多采用振动台和建模等方法,较少使用天然地震下记录到的地震波数据进行研究分析。本研究以2022年芦山M_S 6.1级地震为对象,分析了布置于石棉县的强震监测仪所记录到的主震数据,采用小波变换方法分析了山体部位、高程、场地条件等因素对斜坡地震动力响应峰值加速度和Arisa强度的影响,明确了地震时频演变规律。研究结果表明:(1)坡折处水平向放大效应更加明显;(2)南桠河左岸坡体卓越频率为6～10 Hz,右岸为5～12 Hz;(3)深厚风化层场地相较于基岩场地具有更显著的放大效应;(4)S波到达地面时会分异成不同频值,其主频值分别为8.50 Hz和4.20 Hz附近。研究结果可为地震区类似斜坡变形破坏模式和稳定性研究提供参考。
  • 喀斯特山区生态系统服务权衡/协同时空分异研究——以云南广南县为例
    苗培培, 赵筱青, 普军伟, 李思楠, 王茜, 谭琨
    2023, 41(01): 103-114. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000734
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    人类活动影响喀斯特山区生态系统服务功能。喀斯特山区生态系统服务权衡/协同作用及时空差异特征分析,是指导山区生态恢复及保护的重要依据。当前针对中国喀斯特山区的相关研究多以生态系统服务权衡/协同关系的时间变化为主,较少对权衡/协同关系变化的空间异质性及空间可视化进行研究,难以全面揭示各类服务间的复杂关系。本研究以云南喀斯特山区广南县为例,采用模型评估及相关分析等方法对六种生态系统服务进行评估,分析其时空变化、空间异质性和权衡/协同变化关系。结果表明:(1)2000—2018年,年均食物供给量和文化价值量呈逐年增加趋势,年均产水量、土壤保持量和固碳价值量呈先减少后增加趋势,年均生境质量呈逐年下降趋势。(2)空间上,食物供给量、文化价值量和产水量呈中部和中南部增加较多的特征,而土壤保持量与其呈大致相反的趋势,固碳价值量和生境质量空间上呈东部增加较多的趋势。(3)自相关关系上,各生态系统服务全局Moran's I指数大小为:固碳>食物供给>土壤保持>产水>文化>生境支持服务,生境支持服务在空间上呈离散化状态,而其他服务均呈集聚分布特征,且空间分异以不显著区和低-低区集群分布为主。(4)权衡/协同关系的时间变化格局上,生境支持服务-固碳释氧相关性为高度正相关,协同性系数最高,而产水-土壤保持相关性为中度负相关,权衡性系数最低;空间变化格局上,食物供给-产水、文化-固碳间空间分布均为协同关系,产水-土壤保持、固碳-产水均为权衡关系。空间格局整体以协同关系为主,权衡区与协同区空间分布有所差异。生态系统服务相关性及权衡/协同分析,有助于对研究区自然资源进行宏观调控,缓解经济发展与生态保护的矛盾。研究结果丰富了喀斯特山区生态系统恢复这一领域研究内容,有利于促进广南县资源环境的协调发展。
  • 山地城市大排水系统级联失效机制研究——以重庆市渝中区为例
    黄勇, 孙傲, 朱芝铮, 向姮玲
    2023, 41(01): 115-128. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000735
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    城市大排水系统是由道路、自然通道、明渠、滞水地与调蓄设施等构成的过量地表径流排蓄系统。大排水系统因其排蓄过程的开放性特点,极易引发溢流失控、交通中断或城市用地滞水等级联效应,是城市内涝问题的关键诱因之一。现有研究对大排水系统的定量分析不足,更缺乏对其在山地城市中的级联失效机制研究。本文以重庆市渝中区为靶区,采用复杂网络分析方法,构建大排水系统级联失效模型,刻画地表溢流传播过程,挖掘山地城市大排水系统级联失效原理及其基本规律。研究表明:(1)模拟大排水系统级联失效的区域与往年靶区内涝区域基本一致;(2)当其他不确定性因素稳定时,开敞的地表环境会降低靶区大排水系统的过载程度,减缓内涝持续时间及发生程度,而地表环境的开敞程度与内涝发生区域并不相关;(3)地表溢流在山地地形下更易集聚在构成大排水系统的部分物质要素当中,暴雨增大会加剧这种集聚趋势,而开敞的地表环境则会加大地表溢流的空间分流程度,以此减小这种集聚趋势;(4)靶区内小范围的低洼、平坦地形,会使地表溢流易集聚或蔓延,而大范围的山地起伏地形在加快地表溢流排蓄的同时,能控制靶区内地表溢流蔓延。本研究可为山地城市大排水系统规划建设提供科学依据,提升排涝防涝能力水平。
  • 徽州传统村落地域系统高质量协同发展研究
    张强, 储金龙, 何金廖, 许艳, 胡森林, 余浩然
    2023, 41(01): 129-143. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000736
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    促进传统村落地域系统高质量协同发展,是乡村振兴的应有之义。既有研究主要集中于自然生态和经济产业的耦合协同关系分析,忽略了社会系统的重要作用,缺少交叉学科的视野以及系统性的思维,难以凝练出操作性强的经验方法和指导意见。本研究以徽州地区五批次325个国家级传统村落为研究对象,深入剖析传统村落地域系统的综合发展水平、协同发展情况和形成机制,构建了文化资源-旅游经济-生态环境传统村落地域系统协同发展评价指标体系与评价模型。研究发现:(1)徽州传统村落的协同发展水平与综合发展水平大多处于中低水平,呈现出一带多点的空间分布态势。(2)象限矢量动力特征表明:徽州传统村落趋向于文化资源保存丰富和旅游经济发展良好的状态;系统服务功能中物质文化资源与非物质文化资源、生态系统敏感性与生态系统服务功能均为显著的协同关系,旅游经济支撑条件与生态系统敏感性、生态系统服务功能为显著的权衡关系。(3)将综合发展水平与协同水平的两两交叉划分出9类协同发展类型,其中中等水平协同类型(156个)和低水平协同类型(130个)远多于其他类型。(4)在结构效应、规模效应和复合效应的影响下,传统村落地域系统不断实现低水平到高水平以及失调到协同的渐进式演化,最终实现系统的高质量协同发展。本研究可以为有效解决徽州传统村落现实困境、促进区域高质量协同发展提供理论支撑。
  • SWAT模型时变和不变参数法模拟的土地利用变化径流效应比较
    闫聪聪, 陈兴伟, 郭伟, 陈莹, 刘梅冰
    2023, 41(01): 144-154. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000737
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    基于SWAT模型的时变参数和不变参数法可以用来模拟土地利用变化引起的径流效应。这两种方法评估环境水文效应的差异性仍缺乏定量分析。本文以东南沿海山美水库流域为例,在参数敏感性分析基础上,采用自动率定方法,分别构建1995年、2015年土地利用的SWAT模型,并运用时变参数和不变参数法对土地利用变化径流效应进行模拟。结果表明:(1)两期土地利用模型率定的参数集都能很好地模拟流域年、月和日尺度径流过程;纳什效率系数分别大于0.83、0.90和0.66。(2)土地利用变化基本不影响径流模拟参数的敏感性,但对参数取值影响较大;参数取值变化与土地利用变化方式密切相关。(3)与时变参数法相比,不变参数法低估了土地利用变化对年、丰水径流的影响,高估了对枯水径流的影响,时变参数法模拟结果更为合理。如时变参数法模拟的年径流平均增加1.22%,不变参数法为0.23%;时变参数法年最小1 d径流平均减小2.72%,不变参数法为5.07%。研究成果改进了SWAT模型的时变参数法,进一步完善了应用SWAT模型评估土地利用变化对径流影响的模拟方法,可为流域水资源管理提供依据。