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基于ANUSPLIN模型的柴达木盆地2000-2019年降水时空格局

高原气象 2024年第3期43卷 737-748页

作者：张文奇赵媛媛赖宗锐超宝韩乐北京林业大学水土保持学院水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083 北京林业大学水土保持学院宁夏盐池毛乌素沙地生态系统国家定位观测研究站宁夏盐池751500

柴达木盆地既是响应青藏高原气候暖湿化的敏感区,又是生态环境脆弱带,评估该区域降水时空格局对水资源合理利用以及生态环境治理至关重要,然而盆地内部气象台站稀少且分布不均,为区域降水插值带来挑战。本文使用专业气象插值软件ANUSPLI... 详细信息

柴达木盆地既是响应青藏高原气候暖湿化的敏感区,又是生态环境脆弱带,评估该区域降水时空格局对水资源合理利用以及生态环境治理至关重要,然而盆地内部气象台站稀少且分布不均,为区域降水插值带来挑战。本文使用专业气象插值软件ANUSPLIN(Australian National University Spline)模型进行插值,以柴达木盆地及其周边气象台站2019年降水数据为基础,参与插值的气象台站数和9种薄盘光滑样条函数(独立变量、协变量和样条次数多种组合)为第三变量,筛选最优插值台站数和最优模型,并分析该区域2000-2019年降水时空格局。结果表明:(1)选择盆地内部及其周边共120个气象台站,三变量局部薄盘光滑样条函数(TVPTPS4)进行区域尺度降水插值精度最高,均方根误差(RTGCV)、期望真实均方误差(RTMSE)和信噪比(SNR)均达到最小值,分别小于0.6 mm、0.3 mm和0.25。(2)柴达木盆地降水量具有地域分布差异和季节性特征。年、季降水量东丰西少,具有明显的经向地带性特征;四季中夏季降水量最大,占全年总量的62.13%。(3)2000-2019年,柴达木盆地年均、季节平均降水量均呈上升趋势,其中夏季降水量显著增加,最大增速达5.85 mm·a^(-1)(p<0.05),显著增加区域约占盆地总面积的42.36%。本研究结果证明AUNSPLIN模型结果能更清晰地表达出柴达木盆地降水的分布状况,对于该区域水资源优化配置和管理等具有重要的理论和现实意义。

关键词：柴达木盆地 ANUSPLIN模型降水空间格局时间变化

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固沙灌木林地土壤微生物群落特征对土壤多功能性的影响

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生物多样性 2023年第4期31卷 124-137页

作者：肖媛媛冯薇乔艳桂张宇清秦树高北京林业大学水土保持学院宁夏盐池毛乌素沙地生态系统国家定位观测研究站北京100083 北京林业大学水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083

过去30年,毛乌素沙地采取飞播、禁牧等一系列生态恢复措施进行荒漠化治理,在改善区域生态环境方面取得了显著成效;然而,植被恢复后,土壤多功能性的变化情况仍不明晰,尤其是土壤微生物对土壤多功能性的影响缺乏深入认识。本文以毛乌素沙... 详细信息

过去30年,毛乌素沙地采取飞播、禁牧等一系列生态恢复措施进行荒漠化治理,在改善区域生态环境方面取得了显著成效;然而,植被恢复后,土壤多功能性的变化情况仍不明晰,尤其是土壤微生物对土壤多功能性的影响缺乏深入认识。本文以毛乌素沙地同期建植的黑沙蒿(Artemisia ordosica)、北沙柳(Salix psammophila)和柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)3种固沙灌木林地土壤为研究对象,使用高通量测序技术测定了土壤微生物群落结构,采用平均值法量化了林地土壤多功能性并分析二者关系。研究结果显示:(1)3种固沙灌木林地土壤有机碳、全氮、全磷、微生物量碳、微生物量氮存在显著差异(黑沙蒿林地>北沙柳林地>柠条锦鸡儿林地),黑沙蒿和北沙柳林地土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶、土壤多功能性无显著差异,但高于柠条锦鸡儿林地;(2)黑沙蒿林地土壤微生物Chao 1指数、物种数、Shannon指数显著高于柠条锦鸡儿林地,柠条锦鸡儿林地土壤净种间亲缘关系指数显著低于其他两类林地,3种林地土壤微生物Shannon指数、系统发育多样性、网络拓扑性质(节点、边、边密度)及柠条锦鸡儿林地土壤净种间亲缘关系指数均与土壤多功能性呈正相关;(3)微生物参数对土壤多功能性的解释度从高到低依次为网络拓扑性质(24.46%)、物种多样性(19.72%)、谱系多样性(5.92%),土壤微生物多样性通过促进网络结构间接地对土壤多功能性产生正向影响。研究结果表明,不同灌木林地对土壤微生物参数和土壤多功能性影响不同,土壤微生物多样性通过正向调控微生物种间关系影响土壤生态系统功能。结果有助于从土壤微生物视角,理解以不同固沙灌木为优势种组成的植被群落对土壤功能的影响,并可为荒漠化防治植物种的选择提供理论依据。

关键词：固沙灌木共现网络毛乌素沙地土壤多功能性微生物谱系多样性微生物物种多样性

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呼伦贝尔沙地风沙土有机质和碳酸钙含量特征

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中国水土保持科学 2019年第4期17卷 104-111页

作者：陈宇轩丁国栋高广磊张英赵洋王陇北京林业大学水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083 北京林业大学水土保持学院宁夏盐池毛乌素沙地生态系统国家定位观测研究站北京100083

土壤有机质和碳酸钙是影响土壤风蚀可蚀性的重要因子,研究揭示其含量特征有助于深入理解土壤风蚀过程。以呼伦贝尔沙地流动、半固定、固定沙丘地表风沙土为研究对象,采用重铬酸钾稀释热法和钙离子浓度计分别测定土壤有机质和碳酸钙含量... 详细信息

土壤有机质和碳酸钙是影响土壤风蚀可蚀性的重要因子,研究揭示其含量特征有助于深入理解土壤风蚀过程。以呼伦贝尔沙地流动、半固定、固定沙丘地表风沙土为研究对象,采用重铬酸钾稀释热法和钙离子浓度计分别测定土壤有机质和碳酸钙含量,计算分析不同类型沙丘土壤有机质和碳酸钙含量的相关性与空间异质性。研究结果显示:1)呼伦贝尔沙地表层风沙土有机质与碳酸钙平均质量分数分别为31.05和2.73 g/kg,且均随沙丘的固定显著增加(P<0.05)。2)碳酸钙与有机质含量呈极显著幂函数正相关关系(R 2=0.539,P<0.01)。随风沙土碳酸钙含量的不断增加,固定沙丘有机质含量的增加速率低于流动沙丘与半固定沙丘。3)随沙丘的固定,呼伦贝尔沙地表层风沙土有机质和碳酸钙含量的空间异质性不断增强,同质范围呈整体增大趋势,随机性因素对有机质含量空间变异的影响愈加重要。土壤的结构性因素是引起呼伦贝尔沙地风沙土有机质和碳酸钙含量空间变异的主要原因。

关键词：土壤有机质土壤碳酸钙相关性空间变异呼伦贝尔沙地

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2012–2016年宁夏盐池毛乌素沙地黑沙蒿灌丛生态系统通量观测数据集

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植物生态学报 2023年第9期47卷 1322-1332页

作者：韩聪母艳梅查天山秦树高刘鹏田赟贾昕北京林业大学水土保持学院宁夏盐池毛乌素沙地生态系统国家定位观测研究站北京100083 北京林业大学水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083

干旱、半干旱区分布广泛,是陆地生态系统的重要组成部分,半干旱生态系统对全球碳水循环的长期趋势和年际变异具有重要的调控作用。已有关于陆地生态系统碳水循环的机理研究和数据产品研制大多关注森林、草原和农田等生态系统类型,针对... 详细信息

干旱、半干旱区分布广泛,是陆地生态系统的重要组成部分,半干旱生态系统对全球碳水循环的长期趋势和年际变异具有重要的调控作用。已有关于陆地生态系统碳水循环的机理研究和数据产品研制大多关注森林、草原和农田等生态系统类型,针对沙地灌丛的研究仍相对较少,数据可利用性较低,制约着区域生态功能的准确评估和预测。自2011年起,采用涡度协方差法对黑沙蒿(Artemisia ordosica)灌丛生态系统碳水热通量开展了长期连续观测。该研究通过对2012–2016年原始数据进行通量计算、质量控制、缺失值插补和碳通量拆分等处理步骤,生成各时间尺度(半小时、日、月、年)生态系统碳水热通量观测数据集,同时整理并生成相对应的微气象数据集。数据集包括生态系统净CO_(2)交换(NEE)、总初级生产力(GPP)、生态系统呼吸(Re)、潜热通量(LE)和显热通量(Hs)以及相关微气象观测指标。数据集的有效数据占比和能量闭合程度分析表明:(1)质量控制后的有效NEE、LE和Hs半小时数据全年占比分别为56.23%–62.19%、79.40%–94.12%和77.56%–91.27%;(2)在年尺度和月尺度的能量平衡比率变化范围分别为0.78–0.83和0.59–1.19;(3)基于逐日数据,采用最小二乘回归(LE+Hs ***–G;Rn为净辐射,G为土壤热通量)分析能量闭合程度,不同年份间和不同季节间的回归斜率变化范围分别为0.73–0.79和0.73–0.92。上述结果表明,本数据集有效数据占比高,能量闭合程度处于合理范围,能够为不同时空尺度生态系统过程与功能研究提供较好的数据支撑。

关键词：碳水通量能量平衡涡度协方差毛乌素沙地半干旱灌丛

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荒漠土壤产脲酶菌诱导碳酸钙沉淀固沙优化与效果分析

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农业工程学报 2023年第3期39卷 84-91页

作者：曹红雨高广磊饶良懿丁国栋张英阿拉萨李嘉珞北京林业大学水土保持学院林业生态工程教育部工程研究中心北京100083 宁夏盐池毛乌素沙地生态系统国家定位观测研究站盐池751500 北京林业大学水土保持学院、水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083

产脲酶菌诱导碳酸钙已广泛应用于土壤固化,但存在环境适应性差的缺陷。该研究使用荒漠土壤产脲酶菌,结合室内试验和响应面法优化反应条件,通过野外试验分析固沙效果,以期解决荒漠地区产脲酶菌诱导碳酸钙固沙的技术问题。结果表明:(1)影... 详细信息

产脲酶菌诱导碳酸钙已广泛应用于土壤固化,但存在环境适应性差的缺陷。该研究使用荒漠土壤产脲酶菌,结合室内试验和响应面法优化反应条件,通过野外试验分析固沙效果,以期解决荒漠地区产脲酶菌诱导碳酸钙固沙的技术问题。结果表明:(1)影响碳酸钙沉积的主要因子是温度、时间、pH值、菌液和胶结液配比,优化条件为34.47℃、71.68 h、pH值7.73、配比74.94%,此时钙沉积率最高,为42.33%。(2)最优条件下诱导形成的碳酸钙呈立方体形、菱形、球形和无定形等多晶态,分布在沙粒表面或镶嵌在沙粒中。(3)优化后固沙效果明显增强,风沙土颗粒显著增大(P<0.05),固结层硬度和厚度分别提升5倍和10倍,所有时间段内风蚀可蚀性因子均降低,24 h降幅最大,由0.91降至0.66。该技术是防沙治沙的新方法,野外应用需确定施用时间,采用洒水、覆盖、适当破碎等措施,营造适宜条件提升固沙效果的同时避免土壤板结问题。

关键词：响应面法荒漠风沙土产脲酶菌诱导碳酸钙固沙

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生物土壤结皮对毛乌素沙地油蒿群落土壤水分的影响

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北京林业大学学报 2017年第3期39卷 48-56页

作者：王莉秦树高张宇清吴斌冯薇刘军白宇轩佘维维北京林业大学水土保持学院北京林业大学水土保持国家林业局重点实验室宁夏盐池毛乌素沙地生态系统国家定位观测研究站

为进一步探究毛乌素沙地油蒿群落内结皮对土壤水分的影响,研究了结皮(地衣结皮和苔藓结皮)未受干扰和移除处理下的土壤水分入渗、蒸发及含水量状况。结果显示:1)两种结皮均对土壤水分入渗具有抑制作用,移除两种结皮后,土壤水分初渗速率... 详细信息

为进一步探究毛乌素沙地油蒿群落内结皮对土壤水分的影响,研究了结皮(地衣结皮和苔藓结皮)未受干扰和移除处理下的土壤水分入渗、蒸发及含水量状况。结果显示:1)两种结皮均对土壤水分入渗具有抑制作用,移除两种结皮后,土壤水分初渗速率、稳渗速率以及累积入渗量均显著增大(P<0.05);2)结皮对土壤蒸发的影响与结皮类型及蒸发阶段有关,地衣结皮对整个蒸发过程中日蒸发量及蒸发总量无显著影响(P>0.05),而苔藓结皮对土壤日蒸发量的影响在模拟蒸发前期表现为抑制(第1~5天),后期表现为促进(第6~15天),但对总蒸发量的影响不显著(P>0.05);3)总体来看,地衣结皮覆盖区0~40 cm土层含水量高于地衣结皮移除区,而苔藓样地规律则相反。从不同土层来看,相比于移除结皮,地衣结皮覆盖区40 cm深度以上各层土壤含水量均较高,苔藓结皮覆盖区土壤含水量在5和10 cm深度较高,20和40 cm较低。研究结果表明,地衣结皮提高了油蒿群落土壤水分有效性,应对其进行保护;苔藓结皮降低了油蒿种群土壤水分有效性,却提高了浅根系草本土壤水分有效性,这是驱动油蒿群落演替的重要因素之一。研究在为毛乌素沙地油蒿群落提供水分管理依据的同时,也从土壤水分方面为该群落的演替提供一定解释。

关键词：油蒿群落地衣结皮苔藓结皮水分入渗土壤蒸发土壤含水量

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毛乌素沙地4种典型植物叶片凝结水吸收能力及其水分生理响应

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北京林业大学学报 2021年第2期43卷 72-80页

作者：李鹭辰桂子洋秦树高张宇清刘靓杨凯捷北京林业大学水土保持学院宁夏盐池毛乌素沙地生态系统国家定位观测研究站北京100083 北京林业大学水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083

【目的】明确毛乌素沙地4种典型植物沙蓬、软毛虫实、刺藜和苦豆子的叶片凝结水吸收能力,阐明植物叶片对凝结水浸润的水分生理响应。【方法】将受试植物置于用高丰度氘水配置的人工标记凝结水环境中,进行凝结水浸润处理,通过比较处理组... 详细信息

【目的】明确毛乌素沙地4种典型植物沙蓬、软毛虫实、刺藜和苦豆子的叶片凝结水吸收能力,阐明植物叶片对凝结水浸润的水分生理响应。【方法】将受试植物置于用高丰度氘水配置的人工标记凝结水环境中,进行凝结水浸润处理,通过比较处理组和对照组植物叶水、根水及根际土壤水的稳定氢同位素丰度变化,确定受试植物叶片是否具有吸水能力,示踪叶片吸收凝结水后,是否将水分转移到植物根系及根际土壤之中;使用露点水势仪、电子天平及气孔计,测定受试植物处理前后的叶水势、叶片含水量和气孔导度变化,了解受试植物对凝结水浸润的水分生理响应。【结果】(1)高丰度氘标记凝结水浸润后,处理组4种受试植物的叶水δ2H(20‰~100‰)均显著高于对照组(−25‰~−15‰),而根水(−45‰~−30‰)及根际土壤水(−50‰~−40‰)则与对照组无显著差异;(2)经过凝结水浸润试验处理,沙蓬的叶水势升高23.81%,叶含水量升高2.94%,气孔导度降低57.40%;软毛虫实的叶含水量升高了2.45%,叶水势和气孔导度无显著变化;刺藜的叶水势升高了21.95%,气孔导度和叶含水量无显著变化;苦豆子的叶水势、叶含水量和气孔导度均无显著变化。【结论】毛乌素沙地4种典型植物叶片均具有凝结水吸收能力,叶片吸收的水分未被发现转移至根部或根际土壤。沙蓬、软毛虫实、刺藜通过叶片吸水显著改善了自身水分生理状态,这可能是其适应沙地严酷水分条件的重要水分利用机制,有助于植物存活,而苦豆子叶片对凝结水浸润无明显响应,不能有效利用叶片吸水改变其水分生理状态。

关键词：凝结水叶片吸水生理响应水分利用策略沙生植物

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氮和水分添加对黑沙蒿群落优势植物叶片氮磷化学计量特征的影响

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植物生态学报 2024年第5期48卷 590-600页

作者：张文瑾佘维维秦树高乔艳桂张宇清北京林业大学水土保持学院宁夏盐池毛乌素沙地生态系统国家定位观测研究站北京100083 北京林业大学水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083

为了解典型沙生半灌木群落植物在氮(N)沉降和降水增加下的响应机制和适应策略,以毛乌素沙地黑沙蒿(别名油蒿,Artemisia ordosica)群落为对象,研究了N、水分添加及其交互作用下土壤与优势植物黑沙蒿和赖草(Leymus secalinus)叶片N含量、... 详细信息

为了解典型沙生半灌木群落植物在氮(N)沉降和降水增加下的响应机制和适应策略,以毛乌素沙地黑沙蒿(别名油蒿,Artemisia ordosica)群落为对象,研究了N、水分添加及其交互作用下土壤与优势植物黑沙蒿和赖草(Leymus secalinus)叶片N含量、磷(P)含量、N:P及相应的内稳性指数。结果显示:(1)土壤速效N、P养分供应状况和植物养分吸收的内在属性共同影响黑沙蒿和赖草叶片N含量、P含量、N:P对N和水分添加的响应,黑沙蒿和赖草叶片N含量对N和水分添加的响应存在种间差异;(2)黑沙蒿和赖草叶片P内稳性均强于叶片N内稳性,与黑沙蒿和赖草生长均受N限制密切关联;(3)黑沙蒿叶片N、P化学计量内稳性相对较高且养分利用策略较为保守,赖草叶片N、P化学计量内稳性相对较低且养分利用策略较为灵活。结果表明,黑沙蒿在干旱贫瘠的环境中更具竞争力和生长优势。在N沉降和降水持续增加的情景下,黑沙蒿群落物种组成可能因优势植物黑沙蒿和赖草竞争力和养分利用策略的不同而发生变化。

关键词：毛乌素沙地氮沉降降水变化生态化学计量学养分限制内稳性

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油蒿光系统Ⅱ光化学参数在生长季早期对降雪事件的响应

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北京林业大学学报 2019年第12期41卷 119-127页

作者：任才贾昕吴雅娟马景永田赟查天山北京林业大学水土保持学院宁夏盐池毛乌素沙地生态系统国家定位观测研究站北京100083 北京林业大学水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083

【目的】研究生长季早期降雪事件对于典型沙生灌木光合生理状态的影响,以及胁迫发生后植物适应胁迫的光合生理机制。【方法】在降雪前后,使用多通道连续监测荧光仪,通过原位连续监测当地建群种油蒿的叶绿素荧光参数和能量分配参数的变化... 详细信息

【目的】研究生长季早期降雪事件对于典型沙生灌木光合生理状态的影响,以及胁迫发生后植物适应胁迫的光合生理机制。【方法】在降雪前后,使用多通道连续监测荧光仪,通过原位连续监测当地建群种油蒿的叶绿素荧光参数和能量分配参数的变化,确定胁迫恢复期,并分析恢复期各参数与环境因子的关系。【结果】实际光化学量子效率(ΦPSⅡ)在降雪当天达到最低值,且ΦPSⅡ的日间均值比降雪前后分别下降了约40%和33%。调节性能量耗散(ΦNPQ)和非光化学淬灭(NPQ)均在降雪当天达到最高值,其中降雪当天ΦNPQ的日间均值比降雪前后分别升高了95%和48%,NPQ分别升高了94%和76%。降雪当天的最大光化学量子效率(Fv/Fm)降到了最低(0.69),比降雪前降低了约12%,并且低于了0.73的胁迫线。Fv/Fm经过3 d恢复到了降雪前的水平。在恢复过程中油蒿伴随着光照900μmol/(m2·s)和温度10℃的阈值拥有不同的响应关系,可能是在阈值前后拥有不同的环境主导因子。土壤水分始终是油蒿恢复过程中的限制性因素。【结论】本次降雪对于油蒿产生了胁迫,胁迫的原因主要是由于融雪产生的低温和高光强的协同作用导致的。油蒿通过动态调节自身光系统Ⅱ反应中心的能量分配机制,增大调节性热能耗散比重来适应低温胁迫。油蒿从一次胁迫中恢复约需3~4 d,低光照、较高温度和较高水分有利于植物恢复过程。

关键词：叶绿素荧光降雪生长季早期光能分配

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陕西榆林沙区樟子松根内真菌群落结构和功能群特征

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菌物学报 2020年第10期39卷 1854-1865页

作者：李佳文赵珮杉高广磊任悦丁国栋张英郭米山魏晓帅北京林业大学水土保持学院水土保持国家林业与草原局重点实验室北京100083 宁夏盐池毛乌素沙地生态系统国家定位观测研究站宁夏盐池751500

樟子松Pinus sylvestris ***是我国北方沙区生态环境建设的重要树种之一,但衰退问题严重。根内真菌与樟子松生长密切相关,可能是影响樟子松衰退的重要因素。为揭示根内真菌群落结构和功能群特征,以陕西榆林沙区中龄(27a)、近熟(33a)、成... 详细信息

樟子松Pinus sylvestris ***是我国北方沙区生态环境建设的重要树种之一,但衰退问题严重。根内真菌与樟子松生长密切相关,可能是影响樟子松衰退的重要因素。为揭示根内真菌群落结构和功能群特征,以陕西榆林沙区中龄(27a)、近熟(33a)、成熟(44a)3个龄组樟子松人工林为研究对象,采用野外调查与分子生物学相结合的研究方法,鉴定分析樟子松根内真菌群落结构和功能群。结果表明:(1)樟子松根尖样品共获得855个OTUs,不同林龄樟子松根内真菌多样性不存在显著差异(P>0.05)。(2)根内真菌隶属于6门18纲48目87科197属,子囊菌门Ascomycota和担子菌门Basidiomycota比例高达97.31%,优势属为青霉属Penicillium和Archaeorhizomyces。(3)随林龄增加,樟子松根系中病理营养型和腐生营养型真菌比例先增加后下降,而共生营养型真菌比例先下降后上升。榆林沙区樟子松根内真菌物种组成丰富,功能群类型多样,外生菌根真菌为主要功能群,近熟林腐生营养型真菌相对丰度高于共生营养型真菌,可能是樟子松退化的潜在原因。

关键词：固沙植被林龄真菌多样性外生菌根真菌樟子松人工林退化

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