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不同退水时间对鄱阳湖洲滩优势植物灰化薹草(Carex cinerascens)生长和繁殖的影响

湖泊科学 2025年第2期37卷 590-599,I0019页

作者：杨雯娟夏少霞于秀波中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

在气候变化和人类活动的影响下,鄱阳湖水文节律发生变化,表现为枯水位降低、枯水期的延长,此外,相继出现了2020年的洪水和2022、2023年的持续干旱等事件。这种变化对洲滩植物的生长和繁殖产生了深刻的影响。本研究以鄱阳湖洲滩优势植物... 详细信息

在气候变化和人类活动的影响下,鄱阳湖水文节律发生变化,表现为枯水位降低、枯水期的延长,此外,相继出现了2020年的洪水和2022、2023年的持续干旱等事件。这种变化对洲滩植物的生长和繁殖产生了深刻的影响。本研究以鄱阳湖洲滩优势植物灰化薹草(Carex cinerascens)为研究对象,设置提前退水30 d、提前退水15 d、正常退水、推迟退水15 d、推迟退水30 d共5个退水时间梯度,观测灰化薹草生长和繁殖过程的变化。结果表明:(1)不同退水时间灰化薹草株高存在显著差异。相对正常退水,提前退水灰化薹草株高显著增加,而推迟退水则显著降低;此外,退水时间改变对地上生物量的影响因季节而异,秋季地上生物量随退水时间推迟显著降低,而春季则无显著性影响;随着退水时间推迟,春季和秋季的地下生物量均降低,从而导致春、秋季生物量分配的差异。(2)不同退水时间对薹草秋草生长阶段的无性繁殖存在显著影响,提前退水显著增加了灰化薹草的分蘖数、间隔子的数量和长度,推迟退水则抑制了植物分蘖,此外,随着退水时间推迟,间隔子的数量和长度显著降低;提前退水和推迟退水均影响春季开花株数和花穗数量,然而相对于推迟退水,提前退水对其影响相对较小。研究结果为变化水情下湿地优势植物的保护和管理提供了理论基础。

关键词：退水时间灰化薹草生长繁殖鄱阳湖湿地

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青藏高原高寒草甸不同退化阶段植物氮利用速率变化

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草业学报 2025年第2期34卷 16-26页

作者：霍佳娟宋明华中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

氮(N)是植物生长繁殖的必需元素,以多种形式存在于生态系统中。高寒草甸位置特殊,气候严酷,土壤有效氮匮乏。过度放牧引起草甸发生退化演替,土壤速效养分流失严重,导致植物的氮素利用模式发生改变。以青海省黄南州泽库县高寒草甸为研究... 详细信息

氮(N)是植物生长繁殖的必需元素,以多种形式存在于生态系统中。高寒草甸位置特殊,气候严酷,土壤有效氮匮乏。过度放牧引起草甸发生退化演替,土壤速效养分流失严重,导致植物的氮素利用模式发生改变。以青海省黄南州泽库县高寒草甸为研究对象,选取轻度、中度、重度退化、侵蚀、严重侵蚀以及黑土滩6个退化阶段,利用稳定性同位素15N示踪的方法量化小嵩草对铵态氮(NH_(4)^(+)-N)和硝态氮(NO_(3)^(-)-N)吸收速率沿不同退化阶段的变化,以及草甸退化后期多度较高物种:小嵩草、橐吾、香薷对无机氮利用的差异。结果表明:沿退化序列,小嵩草对总无机氮的吸收速率呈波动下降趋势,其中对NH_(4)^(+)-N的吸收速率同总无机氮的吸收速率变化趋势一致,对NO_(3)^(-)-N的吸收速率呈波动上升趋势。除侵蚀和黑土滩阶段外,小嵩草对NH_(4)^(+)-N的吸收速率均为地下器官显著高于地上器官;除重度退化和黑土滩阶段外,其他阶段小嵩草对NO_(3)^(-)-N的吸收速率均为地下器官显著高于地上器官。退化后期,小嵩草在嵩草占优势斑块和杂草占优势斑块中对NO_(3)^(-)-N吸收方式无显著差异,而其在杂草占优势的斑块中对NH_(4)^(+)-N的吸收速率显著高于嵩草占优势的斑块。杂草斑块中的优势植物橐吾和香薷对NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N吸收方式差异显著,橐吾对NH_(4)^(+)-N的吸收速率显著高于NO_(3)^(-)-N,而香薷对二者的吸收速率无显著差异。综上,在高寒草甸不同退化阶段,植物物种采用不同的无机氮获取策略适应土壤养分状况,维持自身生存。深入认识草地不同退化阶段植物对土壤无机氮素的吸收利用能够深入理解物种共存机制,进而指导退化草地的合理恢复。

关键词：高寒草甸退化序列无机氮的不同化学形态氮吸收速率 15N示踪技术

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围栏封育对藏北高寒草地植物多样性与生态系统多功能性的影响

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草地学报 2025年第2期33卷 596-608页

作者：李振威缪雨珏宗宁中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

本研究选择藏北高原降雨梯度带四种类型高寒草地(高寒草甸、高寒草甸草原、高寒草原、高寒荒漠草原),通过测定围栏封育与自由放牧样地中与养分循环和牧草供给等功能密切相关的指标,利用平均值法和多阈值法来探讨围栏封育工程对生态系统... 详细信息

本研究选择藏北高原降雨梯度带四种类型高寒草地(高寒草甸、高寒草甸草原、高寒草原、高寒荒漠草原),通过测定围栏封育与自由放牧样地中与养分循环和牧草供给等功能密切相关的指标,利用平均值法和多阈值法来探讨围栏封育工程对生态系统多功能性的影响。结果表明:高寒草地植物多样性、物种丰富度和生态系统多功能性都会随降水量减少而降低(P<0.05)。围栏封育显著提高植物多样性、物种丰富度以及地上生物量。进一步分析发现,生态系统多功能性与Margalef指数、Simpson指数和Shannon-Weiner指数、物种丰富度均呈显著正相关(P<0.05),而与Pielou指数不相关。多阈值法显示围栏封育和自由放牧样地物种丰富度对生态系统多功能性的有效驱动分别在1%~84%和5%~82%阈值区间内,最大效应值分别是0.69和0.70。综上,围栏封育会使植物多样性发生变化,进而影响生态系统多功能性,保护物种多样性对于维持生态系统多功能性具有重要意义。

关键词：生态系统多功能性植物多样性藏北高寒草地围栏封育与自由放牧平均值法多阈值法

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长白山常见树种新叶与老叶的光谱特征差异分析

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光谱学与光谱分析 2024年第8期44卷 2372-2380页

作者：陈俊杰于泉洲汤庆新梁天全姜杰张宏立聊城大学地理与环境学院地理信息科学系山东聊城252059 生态系统网络观测与模拟重点实验室中国科学院地理科学与资源研究所北京100101

揭示新叶与老叶叶片的叶属性及其光谱特征的差异,不仅对于植被生理生态参数的无损监测有重要意义,而且可为林业定量遥感提供更多理论支撑。对长白山8个树种的新叶和老叶叶片进行采样和光谱测量,获取新老叶片的反射率光谱曲线,并进行一... 详细信息

揭示新叶与老叶叶片的叶属性及其光谱特征的差异,不仅对于植被生理生态参数的无损监测有重要意义,而且可为林业定量遥感提供更多理论支撑。对长白山8个树种的新叶和老叶叶片进行采样和光谱测量,获取新老叶片的反射率光谱曲线,并进行一阶微分变换和光谱指数计算,同时实验测定比叶面积(SLA)、叶含水率、叶氮含量及叶碳含量等叶属性参数。利用方差分析与相关性分析方法,研究不同树种新老叶片在理化性质、光谱特征上的差异,并分析两者的相关性在新老叶之间的差异。结果表明:(1)多个树种的叶属性在新老叶的表现出显著差异。除叶碳含量之外,其他3个叶属性均在多个树种新老叶间表现出显著的差异性,叶碳含量在新老叶间均不存在显著差异。(2)不同树种叶片光谱特征在新老叶间的差异不一致,仅枫桦、裂叶榆、三角槭和红松的新老叶具有较明显的光谱曲线特征差异,枫桦新老叶在光谱三边特征表现出显著差异,尤其是红边。(3)叶属性与光谱信号的相关性在新老叶间表现出显著差异,说明光谱对新老叶叶属性的指示能力不同。近红外光谱反射率对老叶叶氮含量的指示能力强于新叶,而多个光谱指数对新叶含水率和叶碳含量的指示能力强于老叶。研究表明新老叶间不仅叶属性和光谱特征存在差异,而且二者之间的相关性也不同,这对于森林叶属性的无损观测过程中选择代表性叶片具有指导意义。

关键词：新老叶叶属性光谱特征方差分析

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高寒草地沙化过程土壤碳氮储量变化及其驱动机制

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生态学报 2024年第15期44卷 6642-6651页

作者：宗宁缪雨珏中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

沙化问题是影响草原地区生产与牧民生活的重要环境问题。草原作为重要碳库和养分库,沙化过程可能会对其土壤碳、氮库产生重要影响。为探讨沙化过程对高寒草地土壤碳、氮储量的影响,采用空间序列代替时间演替的方法研究了藏北高原高寒草... 详细信息

沙化问题是影响草原地区生产与牧民生活的重要环境问题。草原作为重要碳库和养分库,沙化过程可能会对其土壤碳、氮库产生重要影响。为探讨沙化过程对高寒草地土壤碳、氮储量的影响,采用空间序列代替时间演替的方法研究了藏北高原高寒草地沙化过程中驱动土壤碳、氮储量变化的因素。研究发现:(1)轻度、中度和重度沙化阶段土壤总碳、全氮储量无变化,而极重度沙化阶段碳氮流失严重(分别下降69%和55%,P<0.05)。(2)群落地上生物量随沙化程度加重逐渐降低,重度和极重度沙化草地根系生物量显著下降(分别下降47%和99%,P<0.05)。土壤容重、砾石含量随沙化程度加重呈逐渐增加趋势,而总碳、全氮含量和含水量逐渐下降,说明沙化过程导致土壤粗粒化和贫瘠化。(3)进一步分析发现,影响土壤总碳储量的因子中排前三位依次是土壤砾石含量、土壤含水量和植物地上生物量,影响土壤氮储量的因子依次是土壤砾石含量、含水量和土壤微生物丰度。综合这些研究结果,沙化过程植物群落生产力的改变对土壤碳、氮影响较小,主要受土壤砾石含量与含水量等因子驱动。沙化过程中土壤碳、氮储量存在转化阈值(重度到极重度沙化阶段),故潜在沙化高寒草地的早期防护有利于土壤碳汇的维持。

关键词：沙化草地西藏高原理化性质驱动因子

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宏观生态系统科学研究的思维维度和认知尺度及多学科坐标体系

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应用生态学报 2025年第2期36卷 327-340页

作者：于贵瑞于福波于宗绪朱剑兴郝天象中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049

经过百余年的发展,生态学从经典生态学或者基础生态学研究扩展到了生态系统生态学或者生态系统科学的新阶段,奠定了大尺度及全球生态环境科学研究的理论基础,促进了生物学、地理学及环境科学研究的大融合,推动了自然科学、人文科学和社... 详细信息

经过百余年的发展,生态学从经典生态学或者基础生态学研究扩展到了生态系统生态学或者生态系统科学的新阶段,奠定了大尺度及全球生态环境科学研究的理论基础,促进了生物学、地理学及环境科学研究的大融合,推动了自然科学、人文科学和社会经济学的学科交叉。在这一学科大融合的历史进程中,生态学不断地吸收其他学科的知识和技术,创造了本学科特有的科学知识及概念体系。然而,在多时空尺度的生态学研究中,如何准确应用这些源自其他学科的科学术语,并在扩展应用过程中赋予新质而严格的科学涵义,还缺乏深度考究及明确的生态学定义。我们系统地梳理了“维度”“尺度”“坐标”等自然科学术语的起源及原始定义,讨论了它们在宏观生态系统科学研究中的生态学涵义,进而基于多学科维度的生态系统功能与过程认知,探讨了宏观生态系统科学的认知尺度和测度尺度问题,提出了一个可以应用于宏观生态系统科学研究的多维坐标系体系,期望能够为生态系统科学的理论体系构建提供多维度概念框架。

关键词：生态学生态系统科学宏生态系统维度尺度坐标多维坐标系体系

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植物光合与呼吸过程CO_(2)及其δ^(13)C的变异特征与影响因素研究进展

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生态学报 2023年第10期43卷 4319-4331页

作者：魏杰王晶苑温学发中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101

植物光合与呼吸作用是生态系统碳循环的关键过程,其CO_(2)δ^(13)C的变异特征与影响因素分析是解析植物碳分配模式、代谢关键过程以及生态系统光合与呼吸组分拆分的理论基础。然而,关于不同时间尺度上光合与呼吸CO_(2)及其δ^(13)C的变... 详细信息

植物光合与呼吸作用是生态系统碳循环的关键过程,其CO_(2)δ^(13)C的变异特征与影响因素分析是解析植物碳分配模式、代谢关键过程以及生态系统光合与呼吸组分拆分的理论基础。然而,关于不同时间尺度上光合与呼吸CO_(2)及其δ^(13)C的变异特征及其影响因素仍然缺少清晰认识。从植物碳过程及其同位素效应、观测技术与方法、变异特征与影响因素以及应用实践与研究进展等方面论述了植物光合与呼吸碳过程及其δ^(13)C的时间变化特征,揭示了气孔、叶肉和羧化限制等生物因素以及温度、湿度和光照等非生物因素对碳过程及其同位素效应的影响。总结了存在的问题,并展望了未来的研究方向,以期为今后该领域的研究提供理论依据和有效支撑。

关键词：光合过程呼吸过程同位素效应变异特征驱动机制

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微塑料对湖泊生态系统初级生产者的影响

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生态学报 2024年第11期44卷 4465-4477页

作者：吴凡哈咸瑞黎佳佳高扬中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049

塑料的广泛应用导致大量微塑料进入环境,尤其是水环境,从而产生环境风险。浮游植物等自养生物是湖泊系统的主要初级生产者,是湖泊食物链的关键组成部分,为食物链的上游提供能量和物质基础。同时,浮游植物也是对微塑料响应最敏感的类群... 详细信息

塑料的广泛应用导致大量微塑料进入环境,尤其是水环境,从而产生环境风险。浮游植物等自养生物是湖泊系统的主要初级生产者,是湖泊食物链的关键组成部分,为食物链的上游提供能量和物质基础。同时,浮游植物也是对微塑料响应最敏感的类群。了解湖泊浮游植物等初级生产者对微塑料的响应是探究微塑料对湖泊生态系统功能影响的重要基础。总结了全球湖泊生态系统微塑料的丰度、类型、尺寸、来源等分布特征,系统分析了微塑料暴露对浮游植物等初级生产者细胞结构、基因表达和生长,以及对浮游植物叶绿素a含量、光合活性的影响,并总结了其中的影响机制。总体而言,微塑料会降低初级生产者的叶绿素a含量,剂量越高、尺寸越小,这种抑制作用越强烈;同时,微塑料也会作用于初级生产者,造成细胞膜损伤、DNA损伤,调控其相关功能基因表达,抑制其生长和光合活性等。然而,湖泊生态系统微塑料的实际检出浓度远低于室内暴露实验中的添加剂量,微塑料结构和组分也更为复杂,野外观测结果与室内培养实验之间还不能建立直接的对应关系。因此,未来的相关研究应集中在如何有效联系野外观测结果与室内培养实验结果,进一步聚焦建立可靠的、可应用推广的微塑料浓度与初级生产者之间的剂量-效应关系模型,探究微塑料对湖泊初级生产者的作用机制,为刻画微塑料对湖泊生态系统初级生产者及其功能的作用机制提供科学支撑。

关键词：微塑料浓度初级生产者细胞结构光合作用叶绿素a 剂量-效应关系

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宏观生态系统科学理论研究和实践应用知识体系的构建

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应用生态学报 2025年

作者：于贵瑞于宗绪王秋凤郝天象杨萌陈智中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室中国科学院大学资源与环境学院

21世纪的生态学研究迈入了生态系统科学新阶段，宏观生态系统科学作为生态系统科学的引擎及前沿方向，正在围绕“环境变化-生态系统-人类福祉-社会发展”互馈机制问题，基于“多要素-多过程-多功能-多尺度-多维度”的系统认知框架，致... 详细信息

21世纪的生态学研究迈入了生态系统科学新阶段，宏观生态系统科学作为生态系统科学的引擎及前沿方向，正在围绕“环境变化-生态系统-人类福祉-社会发展”互馈机制问题，基于“多要素-多过程-多功能-多尺度-多维度”的系统认知框架，致力于发展“跨介质-跨界面-跨时空-跨层级-跨学科”的整合研究，聚焦“资源环境-系统结构-生态过程-功能服务”和“系统构建-状态演变-资环效应-调控监管”的级联关系及过程机理，认知宏观生态系统演变规律及人为调控科学原理。本文系统梳理了宏观生态系统科学的生态学基础理论架构，采用“科学公理-原理体系-基础理论-应用技术”的逻辑框架，以“生物集聚和协同演化、组件铆链和结构嵌套、过程耦合和机制互馈、功能涌现和服务外溢、动态演替谱系和空间谱系、自然变化和人为调控”等宏观生态系统科学的公理性认知为指导，尝试性地构建了宏观生态系统科学理论研究和实践应用的知识体系与逻辑框架，期望能够推动传统生态学研究范畴及范式向多维度生态系统科学的升级转型，进而向大尺度、长周期的宏观生态系统科学的应用拓展，促进生态系统科学知识创新及实践应用，为区域及全球自然资源管理、生态安全格局构建以及社会可持续发展提供科技支撑。

关键词：宏观生态系统科学整合生态学生态学基础理论、科学原理、科学知识、工程技术

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高寒植物功能性状权衡策略研究进展

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应用与环境生物学报 2024年

作者：缪雨珏宗宁李振威中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室中国科学院大学

作为高寒地区特有的地带性植物，高寒植物具备独特的功能性状和资源获取权衡策略。这种功能性状多样性格局和资源权衡策略，在群落结构和生态系统功能的优化中扮演着重要角色。该综述主要从组织、器官等尺度梳理了高寒植物功能性状多样... 详细信息

作为高寒地区特有的地带性植物，高寒植物具备独特的功能性状和资源获取权衡策略。这种功能性状多样性格局和资源权衡策略，在群落结构和生态系统功能的优化中扮演着重要角色。该综述主要从组织、器官等尺度梳理了高寒植物功能性状多样性和权衡策略研究的发展脉络：1)在温度、降雨和海拔自然环境梯度下高寒植物都持“保守型”资源获取策略，但不同环境梯度的响应和适应机制各异：温度和降雨梯度变化会显著影响地上和地下生物量分配，而海拔梯度变化下没有一致定论；三种环境梯度变化下高寒植物叶片功能性状之间均存在一定共变趋势，但尚缺乏根系功能性状之间权衡的研究；2)不同程度的人类活动干扰都对高寒植物功能性状产生重要影响，其中试验增温会显著改变叶片功能性状之间的权衡，而降水增加会让高寒植物从“保守型”向“获取型”转变；围栏封育和刈割对高寒植物的影响与活动频率和年限密切相关，不仅影响地上与地下生物量之间的分配策略，还影响植物功能性状的权衡；3)目前高寒植物资源获取存在根系功能性状与菌根真菌共生的权衡策略，但成本投入与资源获取之间的关系尚不明确。最后，结合高寒植物功能性状权衡策略的研究现状，提出了菌根、微生物代谢与高寒植物根系功能性状的权衡维度，以及整株植物对全资源获取权衡等方面的研究方向，期望为未来高寒植物功能性状关系研究的选题和发展提供一些参考。

关键词：功能性状权衡策略经济谱环境梯度干扰适应

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