为明确沙棘人工林对冀北坝上沙化土地的改善效果,以坝上沙化土地的沙棘林为研究对象,通过设置样地,测定其风速并计算防风效能和地表粗糙度,研究沙棘林的防风固沙效应;通过设置样方,利用丰富度指数(R0)、Simpson指数(D)、Shannon-Wiener多样性指数(H)、Pielou均匀度指数(E)分析沙棘林地和荒坡地植物物种丰富度和结构特点;通过做土壤剖面,测定沙棘林地和荒坡土壤的理化性质。结果表明,沙棘林地和荒坡的粗糙度均随着季节呈逐渐升高的趋势,且沙棘林地的粗糙度大于荒坡,防风效果显著;沙棘林地的草本植物种比荒坡多8种,物种更丰富,且群落结构更为稳定;沙棘林地各土层土壤的自然含水率、持水量、孔隙度和全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效钾含量均显著高于荒坡,沙棘林地土壤pH值范围为6.24~7.08,土壤有机质含量在14.75~16.71 g/kg之间,均显著优于荒坡。由此可见,在冀北坝上沙化地区种植沙棘,可促进防风固沙,提高植物物种丰富度和改善土壤理化性质。
为了解林龄和立地条件对冀北山地油松单木生长的影响,以该地区油松林为研究对象,选取不同立地条件下的油松优势木进行树干解析,分析单木胸径、材积生长量和生长率随林龄的变化及其对立地条件的响应。主要结果为,随着林龄增长油松单木材积生长量呈幂指数上升趋势,但是不同立地条件下其生长量差异逐渐变大,而直径生长率和材积生长率呈现幂指数函数下降,并在林龄达到20年时逐渐收敛,分别趋于稳定在5%和6%,表现出生长率与立地条件无关。然而,不同立地条件下油松材积生长率也存在较大变异,显示材积生长率也受到立地条件影响。通过建立该地区油松林立地指数,进一步发现立地质量对直径、材积生长量和生长率均有影响,其中,海拔是影响材积生长率最重要的立地因子。本研究认为探讨油松单木生长率及建立模型时,应当同时考虑林龄和立地条件的影响。
为了探究枝条颜色变异的原因,以金枝黄花柳回交子代及其亲本为材料,分析子代枝条性状遗传变异规律及性状与基因表达的关系。结果显示,金枝型回交子代枝条表现为黄色到橙色,普通型回交子代枝条表现为墨绿色至棕色,不同单株个体之间存在颜色差异。枝条转录组共检测到差异表达基因2 499个,其中上调基因984个,下调基因1 515个。功能注释和富集分析发现,卟啉与叶绿素代谢通路(KEGG&ko00860)中与色素合成有关的基因表达量存在差异,其中叶绿素/细菌叶绿素a合成酶(2.5.1.133;2.5.1.62)与叶绿素/细菌叶绿素a还原酶(1.3.1.111)基因表达上调,叶绿素酶(3.1.1.14)基因表达下调。基因差异表达会影响代谢通路,进而影响枝条中叶绿素的含量,导致枝条颜色存在差异。
以河北省9个主栽核桃品种为试材,通过对坚果表型特性及营养品质测定,进行相关性分析及主成分分析,明确了坚果品质的综合评价指标,并筛选出适栽品种。研究结果表明,“早硕”的单果重与侧径、“赞美”的核壳厚度、“辽宁1号”的出仁率及“西岭”的缝合线紧密度均显著高于其他品种;“清香”的蛋白质和黄酮含量、“辽宁8号”的油脂和多酚含量及“上宋6号”的可溶性糖含量显著高于其他品种。经相关性分析发现,单果重与缝合线紧密度呈显著负相关;多酚含量与可溶性糖含量呈显著正相关,与黄酮含量呈极显著正相关;坚果纵径与黄酮、多酚及可溶性糖呈显著正相关,坚果出仁率与多酚呈显著负相关。根据主成分分析法筛选出坚果的纵径、横径、单果重、缝合线紧密度、多酚、蛋白质和油脂含量作为品种评价的关键指标。采用筛选出的评价指标对9个核桃品种进行排序,“早硕”“辽宁1号”“清香”皆具有较好的坚果表现。
PEG是高分子渗透调节物质,可通过调节植物细胞内的水势变化影响种子萌发。本研究以文冠果种子为试验材料,利用不同质量浓度(15%、20%、25%、30%、35%)聚乙二醇(PEG)对文冠果种子预处理,研究不同浓度PEG种子预处理对文冠果种子萌发及幼苗生长的影响。结果表明:(1)PEG浓度为15%~25%时,可以提高种子的发芽率、发芽势及发芽指数,当浓度超过25%,发芽受到抑制。(2)幼苗的苗高和地径生长量随PEG浓度升高呈现先增加后降低的趋势,在20%PEG预处理时达到最高值。(3)幼苗叶片可溶性糖含量、脯氨酸含量、SOD和POD活性均随PEG浓度升高而增加;可溶性蛋白、CAT活性、叶绿素呈先增加后降低的趋势,在25%PEG预处理时达到峰值。(4)随PEG浓度升高,相对电导率和丙二醛(MDA)呈现先降低后升高趋势,2项指标分别在20%、25%PEG浓度时达到最低值。综合研究表明:低浓度PEG预处理(15%~25%)可促进文冠果种子萌发和幼苗生长,而高浓度PEG预处理(>25%)对其产生抑制作用。
以基砧为八棱海棠,中间砧为SH40、冀砧1号和冀砧2号的“信浓红”苹果树为试材,研究了“信浓红”嫁接在3种矮化中间砧上的生长结果表现。结果表明,3种砧穗组合的树高、行间枝展均无显著差异,SH40中间砧干径增长较慢;冀砧2号中心干主枝数增长较快,3种砧穗组合的枝类组成无显著差异;短枝比例均在50.0%~55.0%之间,中枝比例在8.0%~10.0%之间,长枝比例在35.0%~40.0%之间。SH40和冀砧2号短枝比例最高,为54.0%;冀砧1号中枝比例最高为10.0%;半成品苗栽植第5年单株产量达11.45 kg,显著高于SH40和冀砧1号。3个砧穗组合单果质量、硬度无显著差异,冀砧1号可溶性固形物和苹果酸含量最低。综合分析认为,以SH40、冀砧1号和冀砧2号为中间砧时,“信浓红”树体生长结果表现均较好。以冀砧2号做中间砧,初期产量高,结果表现更优。
为明确不同苗龄臭柏异形叶(鳞叶和刺叶)空间分异影响因素及其对环境的适应性,通过田间盆栽试验,研究100%和10%光照环境下1年生和3年生臭柏异形叶空间分异特征和光合生理特性。结果表明:(1)苗龄、透光率、叶片位置对臭柏鳞刺比有显著影响和交互效应,光照环境是影响1年生臭柏鳞刺比的主要因素,叶片位置是影响3年生臭柏鳞刺比的主要因素。(2)遮光处理是影响1年生臭柏叶片光合生理的主要因素,叶形是影响3年生臭柏叶片光合生理的主要因素。(3)遮光处理是影响1年生和3年生臭柏异形叶叶绿素荧光参数的主要因素。因此,1年生臭柏是异形叶分异的关键时期。3年生臭柏异形叶已完成分异,其鳞叶为优势叶片,刺叶具有耐阴性。
以华北落叶松人工林木材作为研究对象,采用热空气进行热处理,分析不同温度(140℃、160℃、180℃、200℃)对华北落叶松木材的力学性能和表面颜色的影响。研究结果表明,在力学性能方面,随着热处理温度的升高,华北落叶松人工林木材的抗弯弹性模量(MOE)和抗弯强度(MOR)均降低,热处理温度越高降幅越大;而顺纹抗压强度(CS)先升高后降低,且热处理温度对抗弯强度影响比抗弯弹性模量大。在表面颜色方面,热处理材的明度值L*、红绿轴色品指数a*和黄蓝轴色品指数b*均小于未处理材,且随着温度的升高呈逐渐降低趋势,热处理后木材表面颜色进一步变暗,随着热处理温度升高,色相差ΔH*和总体色差ΔE*增加且增幅逐渐增大,但饱和度差ΔC*降低。
在京津冀协同发展和生态文明建设的背景下,构建生态安全格局并预警国土空间生态薄弱区对区域解决生态安全问题和制定国土空间规划具有十分重要的意义。研究通过InVEST模型、MCR模型、电路理论等构建京津冀地区生态安全格局,并以此为约束,利用PLUS模型模拟该地区2030年的土地利用空间格局,分析土地利用变化情况,以建设用地扩张对生态空间的胁迫区域作为生态保护预警点。结果表明,京津冀地区有46个生态源地,关键生态廊道和潜在生态廊道共136条。其中,生态源地基本位于生态环境优良的燕山、太行山山脉,生态廊道依托源地呈交错分布,冀中南平原地区无生态源地和生态廊道。2030年京津冀地区建设用地面积增加明显,向四周呈环状扩张,不断迫近生态空间,威胁到生态源地和生态廊道的健康发展,应做出预警。
耕地在人类的生存发展过程中提供着重要的物质基础,然而由于对耕地功能认识的不充分,过度强调对耕地资源的经济产出,而忽视了耕地的其他功能,造成了耕地资源的严重浪费和质量退化。正确、全面的认识耕地功能,转变耕地功能单一利用模式,开展耕地多功能利用,才能充分发挥耕地资源潜力,使耕地资源创造最大效益。鉴于此,本研究以阜平县北流河流域耕地为研究对象,从构成耕地本质属性气候、水文、土壤、立地条件等方面对耕地的生产功能、生态功能、景观功能和文化功能进行综合评价,评价结果表明:(1)研究区内整体耕地生产功能与生态功能为中等水平;景观功能和文化功能相对偏低。(2)在空间分布上,耕地生产功能主要分布在低海拔区域,面积较大;耕地生态功能主要分布在海拔相对较高区域;耕地景观功能和文化功能主要分布在研究区中西部,分布较为零散。(3)根据单一功能评价内容,通过空间聚类分组划分耕地功能主导区,分别为农业生产主导区、生态农业主导区、景观农业主导区和文化教育主导区,并针对主导区提供相应的利用对策。
生境质量是评价生物多样性的重要指标,研究不同地形梯度生境质量分布特征并对其影响因素进行探究,能为保护区域生物多样性及生态安全提供科学依据。基于2018年阜平县土地利用数据,应用InVEST模型、ArcGIS空间分析模块、地理探测器对阜平县生境质量水平进行测度,从空间分异和梯度效应2个角度对生境质量分布规律进行分析,并对生境质量的空间分布进行驱动因子探测以及交互作用探测分析。结果表明:(1)阜平县生境质量空间分异显著。阜平县生境质量整体偏低,生境质量高值区主要分布在西部及西北部高中山地区,生境质量低值区主要分布在东南部低山丘陵地区。(2)阜平县生境质量等级分布梯度效应显著。地形梯度Ⅰ~Ⅲ级内,阜平县生境质量呈现出递减趋势;地形梯度Ⅲ~Ⅴ级内,生境质量呈现出递增趋势。(3)高程与坡度为阜平县生境质量空间分异的主导影响因素。高程与坡度对生境质量的影响明显大于人为因素,高程与其他因子的交互作用对生境质量空间分异的影响大于单个驱动因子的交互作用。研究结果可为提高阜平县生态环境质量以及实现生态—经济协调发展提供科学依据。
以唐山市为例,将生态安全格局与修复分区相结合,实现点线面共同指导分区。首先基于“压力—状态—潜力”框架,利用z-score标准化,在乡镇尺度上进行国土空间生态修复分区;其次构建生态安全格局,采用形态学空间格局分析与景观连通性提取生态源地,利用最小累积阻力模型识别生态廊道;最终通过生态安全格局对生态修复分区进行修正。结果表明:(1)研究区高退化压力区主要位于城市中部及各县区中心,并向四周递减;生态系统服务状态分布为北高中低,且高值区向低值区存在明显过渡;恢复潜力为由北向南先减少后增多。(2)修正后生态修复分区划分为生态保育区、生态潜在恢复区、生态优先修复区、生态修复治理区、生态修复利用区5大类型区,其中生态保育区依据生态源地与廊道所在位置划为一级保育区、二级保育区。
以河北省为研究区域,以新型城镇化与土地生态安全耦合协调度为研究对象,运用耦合协调发展模型和空间自相关等分析方法测算了2005-2015年间河北省新型城镇化与土地生态安全耦合协调度,探究其空间集聚特征。研究结果表明:(1)河北各城市新型城镇化与土地生态安全耦合协调水平不存在耦合失调的情况,区域间耦合协调发展水平存在较大差异,大部分主要处于初级协调发展类型,仅有唐山、石家庄在2015年达到了良好协调发展类型。河北省新型城镇化与土地生态安全耦合协调度存在显著的空间正相关。(2)空间集聚类型上,绝大多数城市属于不显著类型区,高-高类型区、低-低类型区涉及的城市数量少。2005年仅有廊坊市处于高-高类型区、张家口市处于低-低类型区;2010年无城市处于高-高类型区,承德市、邢台市处于低-低类型区;2015年仅有秦皇岛市处于高-高类型区、无城市处于低-低类型区。研究可为其他地区推进城市化进程与提高土地生态安全水平,促进二者协调发展提供一定理论依据。
基于湖北省利川苏马荡和英山桃花冲2个风景区的森林资源特点与实地调查数据,依据《森林生态系统服务功能评估规范》(GB/T 38582-2020)定量评估2019年湖北省森林风景区生态系统服务价值。结果表明,苏马荡风景区的森林生态服务总价值为3.94亿元/年,以涵养水源价值和固碳释氧价值主(共占79.56%);生态服务贡献最大的是针阔混交林,其次为马尾松林、柳杉林、日本落叶松林和杉木林。桃花冲风景区森林生态服务总价值为5.47亿元/年,涵养水源价值在森林生态系统服务价值所占比例最大,其次为森林游憩价值、固碳释氧价值、生物多样性保育价值、保育土壤价值、林木积累营养物质价值和净化大气环境价值;森林生态服务价值中针叶林贡献最高,其次是针阔混交林、阔叶林。研究结果客观反映这2个典型区域森林生态体系建设取得的成果和对经济社会发展的贡献,同时可为湖北省相关部门“两山”转化和“双碳战略”实施提供依据,对区域森林经营管理水平的进一步提升、实现森林可持续发展具有重要意义。
以翠云草叶片为试材,通过物理干燥和化学保色相结合的方法研究其保色工艺。物理干燥法采用自然干燥法、压花板干燥法、烘箱干燥法、熨斗干燥法和微波干燥法等5种不同方法;化学保色法采用浓度为1%、5%、10%、15%、20%蔗糖、葡萄糖、麦芽糖、硫酸铜溶液和浓度为2%、4%、6%、8%、10%氯化钙溶液,浸泡翠云草叶片(4 h、8 h、12 h、16 h、20 h),结合连续强光照射,研究不同种类保色剂对翠云草叶片的保色效果。结果表明,翠云草叶片最适合的干燥方法为熨斗干燥法;15%葡萄糖溶液浸泡翠云草叶片12 h保色效果最佳,其次为10%硫酸铜溶液处理12 h。