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2024年, 第30卷, 第03期 
刊出日期:2024-06-25
  

  • 全选
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  • 徐静, 彭羽, 李金宁, 鲍倩如
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 431-438. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.08007
    景观格局是生物多样性的重要驱动因素.全球尺度下,由于植被类型、采样方法、多样性指数、空间尺度和分析层次不同,关于景观格局对生物多样性的影响仍然存在广泛争议.利用全球标准化的植物群落数据库和30 m分辨率的土地利用/土地覆盖地图,对1990-2015年期间的植物α多样性以及斑块和景观水平的景观指数进行计算,解析景观格局对植物物种α多样性的贡献.研究发现,景观格局指数与植物多样性的Spearman相关系数显著(P <0.05),随植被类型和观察尺度而不同.随机森林模型和变异分解分析显示斑块数量、边缘密度和景观多样性指数是植物α多样性的重要影响因子,但是其单因子影响效应均低于景观联合效应.景观破碎化和斑块尺度格局的联合效应是灌丛(5.6%)和草地(8.8%)植物多样性变异的主要驱动力.靠近斑块中心,植物α多样性呈现增加趋势.景观格局-植物多样性呈现出尺度依赖性.综上,斑块数量、边缘密度、景观多样性和景观破碎化是植物α多样性的重要影响因子,不同植被类型存在差异.建议平衡斑块和景观水平格局的空间结构,增强景观格局的正效应,以维持全球的植物多样性.(图3参79附表1)
  • 刘冰, 向亮, 谭璐, 向晓媚, 王璐, 王志成, 陈功锡
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 439-448. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.07014
    为进一步认识湖南省德夯峡谷自然景观特征,探索峡谷景观分类方法,为峡谷景观生态学研究打下基础,选取地质地貌、土壤和植被等能体现峡谷景观特征的14个因子作为分类指标,采用系统聚类方法划分其景观类型,并测定各景观组土壤理化性质.结果表明:(1)德夯峡谷自然景观可分为1个景观类、4个景观组和13个景观型,各景观外貌特征明显;(2)各景观组土壤理化性质存在差异,崖顶景观组土壤pH值(6.65)、速效氮(0.26 g/kg)、速效钾(0.03g/kg)、Ca(0.93g/kg)、Mn(0.09g/kg)含量显著低于其他景观组(P<0.05),崖壁景观组(不含干旱岩壁)含水量(37.22%)、有机质(86.02 g/kg)、全氮(9.88 g/kg)和速效氮(0.92 g/kg)含量显著高于其他景观组(P <0.05);(3)在演化模式上,德夯峡谷符合自上而下的常态型峡谷演化模式,各景观类型之间也存在一定演化关系,并在特定条件下可以相互转化.本研究表明系统聚类所得的德夯峡谷景观分类体系体现了峡谷景观生态系统的空间形态、空间异质组合、发生过程和生态功能,分类结果科学可靠,可作为小微尺度景观及峡谷等特殊地貌景观分类的参考.此外,峡谷内各景观外貌特征、物种组成、土壤理化性质等差异明显,峡谷景观生态学研究需从景观型尺度展开.(图3表4参33)
  • 费璇, 朱莎, 彭幼红, 向双, 孙书存
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 449-457. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.08025
    季节性放牧是青藏高原东部高寒草甸的普遍放牧方式,为适应长期不同季节的放牧干扰,植物群落结构、物种组成及功能性状可能也随之调整,且群落结构与多样性性状之间可能存在重要的联系.因此选取青藏高原东部高寒草甸(连续10年以上季节性放牧历史)的冷季(11月至翌年5月)、暖季牧场(6-10月)分别进行植物群落特征调查,并测定其优势物种的功能性状(株高、生物量和叶性状等),研究植物功能性状多样性与群落结构特征之间的联系.结果表明冷季牧场的植物群落高度(25.03 cm)显著高于暖季牧场(21.28 cm;P <0.05),物种均匀度指数(0.90)显著低于暖季牧场(0.91;P <0.05);群落盖度、物种多样性指数无显著差异;冷、暖季牧场样方中植物物种分别为43种和37种,分属15科和13科,皆以双子叶杂草重要值为最大,禾草类物种重要值无显著差异,但暖季牧场的莎草类和豆科植物的重要值均高于冷季牧场.暖季牧场植物的比叶面积、叶片干物质含量及叶生物量分配均高于冷季牧场(P <0.05);暖季牧场的植物个体高度、生物量、叶片性状种间差异值以及功能丰富度值均呈现高于冷季牧场趋势(P <0.05).因此,相较于冷季放牧,长期暖季放牧植物群落特征趋于矮小化与集中化,功能多样性更为丰富,种间竞争更为激烈,同时长期暖季放牧提高了植物对空间资源和光资源的利用效率;本文阐释了不同放牧情景下植物的功能性状及其在群落和个体尺度上的功能链接,可为青藏高原东部高寒草甸设置合理季节性放牧促进草地生态系统可持续发展提供理论基础.(图7表3参45)
  • 吕雪丽, 余万鹏, 王岳, 董逵才, 胡明娟, 杨凯, 唐川川, 杨燕
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 458-469. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.06025
    全球变暖背景下多年冻土融化导致的土壤水分状况的改变影响着植物的根系觅食行为.选取对气候变化十分敏感的青藏高原为研究区域,以多年冻土广泛分布的风火山地区高寒小嵩草(Kobresia pygmaea)草甸和藏嵩草(Kobresia tibetica)沼泽化草甸为研究对象,采用开顶式增温小室(open top chambers,OTCs)模拟气候变暖,开展增温试验(2012-2019年).监测和收集2019年生长季(5-9月)地上20 cm高度处的空气温度(AT)和地下5 cm深度处的土壤湿度(SM)数据,测定并计算得到2019年枯黄期两种草甸表层(0-10 cm)土壤根系形态塑性指标:衡量觅食尺度的总根长(TRL)、根直径(RD)、根表面积(RSA)、根体积(RV)、比根长(SRL)、比根面积(SRA)、根组织密度(RTD)和表征觅食精度的根系生物量(RB),根系生理塑性指标:碳含量(RCC)、氮含量(RNC)、非结构性碳水化合物含量(RNSCs)、可溶性糖含量(RSSC)、淀粉含量(RSC)和可溶性糖比淀粉(RSSC/RSC),以了解多年冻土存在时,青藏高原两种典型高寒草甸根系觅食策略对增温的响应特征.结果表明:(1)增温后小嵩草草甸和藏嵩草沼泽化草甸生长季月平均SM分别下降和上升;(2)增温显著增大了小嵩草草甸RB、SRA和藏嵩草沼泽化草甸RV、SRL,并显著减小了小嵩草草甸SRL和藏嵩草沼泽化草甸RTD;(3)增温显著升高两种草甸RCC、RNSCs、RSSC、RSC和小嵩草草甸RSSC/RSC;(4)增温对小嵩草草甸根系形态塑性指标(RB、SRL、SRA)和根系生理塑性指标(RCC、RNSCs、RSSC、RSC、RSSC/RSC)的影响效应均值分别为0.29和0.91,对藏嵩草沼泽化草甸根系形态塑性指标(RV、SRL、RTD)和根系生理塑性指标(RCC、RNSCs、RSSC、RSC)的影响效应均值分别为0.27和0.87;(5)增温对小嵩草草甸根系觅食精度(RB)和觅食尺度(SRL、SRA)的影响效应均值分别为0.66和0.10.研究结果表明了根系生理塑性在增温对多年冻土区两种高寒草甸表层土壤根系影响中的重要性,小嵩草草甸表层土壤根系对增温的响应在根系形态塑性上更依赖于觅食精度的改变.(图4表2参62)
  • 刘子晗, 钟淑芳, 杨培蓉, 吕宁宁, 叶义全, 黄金华, 郑雪燕, 唐银, 许珊珊
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 467-476. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.07004
    为揭示光强、氮素及其互作对杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗生长和光合生理的影响,以1年生杉木‘洋061’为材料,设置4种光强(L0:100%自然光;L1:75%自然光;L2:45%自然光;L3:20%自然光)和3种氮素水平处理(N0:0 g/株;N1:4 g/株;N2:6 g/株),研究不同光氮条件下杉木幼苗生长、光合生理和碳代谢关键酶的变化特征.结果表明:(1)遮阴和施氮均能显著促进杉木苗高和地径的生长,与L0N0(CK)相比,二者的增幅分别介于7.92%-62.07%和7.38%-71.23%之间;同一光强水平下,施氮不同程度提高杉木叶片光合色素含量、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、反应中心电子传递能量(ET_o/RC)、光合性能指数(PIabs)、可溶性糖含量、二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)(L3N2除外)和乙醇酸氧化酶活性,尤其在中等(L2)和低光强(L3)下施氮(N1)能显著提高上述值,这有利于提高植株对光能的利用,增强光合作用,但在低光强下高氮(N2)处理则显著降低叶片Rubisco活性、果糖-1,6-二磷酸酶活性、可溶性糖、淀粉以及非结构碳水化合物含量,严重影响氮肥的改善效果.(2)同一氮素水平下,随光强减弱,除反应中心耗散能量值和淀粉含量呈下降趋势外,其余指标大体呈先升后降或先降后升再降趋势,其中Fv/Fm、PIabs、反应中心捕获能量、可溶性糖含量和Rubisco酶活性均在L2N1处理达到峰值,分别较CK增加66.11%、992.67%、11.57%、275.96%和233.33%,同时光合色素含量、叶绿素a/b值、最大荧光、可变荧光和ET_o/RC也显著增加,这有利于维持适度遮阴下杉木叶片较强的光合能力,但过度遮阴会显著降低叶片光合速率和非结构碳含量,导致生长受抑.(3)除苗高、初始荧光和反应中心捕获能量外,其余指标均受光强和施氮互作的显著影响,隶属函数结果表明,L2N1光氮处理即45%自然光、4 g/株氮肥处理下杉木生长效果最优.综上所述,适宜的光强和氮素水平有利于提高杉木叶片对光能的吸收、转化和利用效率,增强叶片光合能力,促进碳同化产物合成,改善幼苗生长,进而提高苗木质量.(图5表1参64)
  • 蒋璐, 张辟芳, 王军, 秦晓鹏, 汪海伦, 周世兴, 黄从德
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 477-484. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.06021
    林下植物多样性是反映森林群落结构和功能的重要指标.然而,混交林对林下灌草物种多样性的影响还存在不确定性.在四川省乐山市沙湾区巨桉纯林可持续经营改造示范区,选择巨桉(Eucalyptus grandis)人工纯林皆伐后营建的红叶碧桃(Prunus persica ‘Atropurpurea’)+西府海棠(Malus×micromalus)混交林、杉木(Cunninghamia lanceolata)+桢楠(Phoebezhennan)+红叶碧桃混交林和香樟(Cinnamomumcamphora)+水杉(Metasequoia glyptostroboides)混交林为对象,并以巨桉纯林为对照,研究相同种植年限的混交林对林下灌草多样性的影响.研究发现:与巨桉纯林相比,混交林林下植被物种数量明显增加,以杉木+桢楠+红叶碧桃混交林林下植物群落组成最为丰富;3种混交林灌木层的物种丰富度(R)、Simpson优势度指数(D)、Shannon-Wiener多样性指数(H)及Pielou均匀度指数(Jsw)均显著高于巨桉纯林,而草本层则无显著差异;在3种混交林中,灌木层和草本层植物多样性分别以香樟+水杉混交林和杉木+桢楠+红叶碧桃混交林最高;营建混交林在一定程度上提高了土壤pH值、含水量、全氮、全磷、全钾和有机质含量,降低了土壤容重和孔隙度;冗余分析(RDA)表明,土壤有机质含量是影响灌草层植物多样性的主要因素.综上可见,巨桉纯林转换成混交林后在初期提高了林下植物多样性,土壤有机质含量是影响混交林林下植物多样性的主要因子.(图3表5参38)
  • 王剑颖, 邵明勤, 胡启武
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 485-495. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2024.02001
    为了解未来气候和土地利用变化综合作用下白鹤(Leucogeranus leucogeranus)越冬适宜生境的分布格局变化特征,基于72个白鹤分布位点和10个环境变量构建白鹤越冬分布与环境因子的关系,识别其潜在适宜生境分布,预测未来气候及土地利用变化情景下白鹤潜在适宜生境分布的时空变异和发展趋势.结果表明:(1)距水源距离、海拔、最干季降水量、坡度、最冷季平均温度以及距城镇距离是影响白鹤越冬分布的主导环境因子.(2)当前(2020)气候及土地利用情景下,白鹤高适生区面积为1.26×10~4 km2,主要分布于江西鄱阳湖、湖南洞庭湖、湖北龙感湖、安徽升金湖、江苏盐城、山东黄河三角洲等气候温和湿润、地势平缓且人为干扰强度相对低的低海拔湿地.(3)SSP126(低排放)、SSP245(中排放)和SSP585(高排放)情景下,白鹤适生区面积均大幅度缩减,未来(2050-2090)平均面积的缩减比例依次为28.69%、34.02%和43.22%.(4)未来气候及土地利用变化情景下,白鹤适宜生境表现为大幅度收缩和小幅度扩张.收缩区域主要集中于长江中下游湿地,扩张区域则分布于莱州湾、渤海湾和辽东湾地区.(5)气候和土地利用共同导致了白鹤适宜生境面积的缩减.气候特别是最干季平均温度的升高,是导致白鹤分布质心向东北高纬度地区迁移的主要因素.总体而言,气候和土地利用变化将对白鹤分布产生负面影响,导致其越冬适宜生境的收缩和破碎化,加剧其灭绝风险,应采取措施加强白鹤种群及其生境的保护和管理.(图9表3参38)
  • 郭慧婷, 高静, 张强, 李建华, 靳东升, 徐明岗
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 496-503. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.06003
    施用有机肥对改善土壤pH及提高作物产量稳定性具有重要作用;研究全国不同气候类型、土壤性质和农田管理措施下,施用有机肥对酸性和碱性土壤pH影响的差异及原因,可为有效提升土壤肥力、优化农田管理措施提供科学依据.共收集2002-2022年间发表的103篇文献(308组相对独立的涉及pH的数据),采用整合分析(Meta-analysis)方法从气候、土壤pH水平、有机肥类型、施肥量、施肥年限等多个方面定量分析施用有机肥对我国农田土壤pH的影响.结果表明,酸性(pH <7)土壤条件下,年均温≤8℃、降雨量400-600 mm时,施用有机肥对土壤pH提升幅度最大;在有机肥施用下,低有机质土壤pH增幅为8.07%,高量有机肥增幅为6.42%,粪肥增幅最显著,为7.14%,中、长期施肥对土壤pH的提升幅度显著高于短期施肥.碱性(pH> 7)土壤条件下,年均温≤8℃、降雨量400-600 mm时,施用有机肥对土壤pH降幅最大;有机肥施用显著降低了低有机质土壤pH(4.07%);粪肥与商品有机肥对土壤pH降幅比生物有机肥高约3.60倍;随着有机肥施用量的增加,土壤pH下降幅度增加;中、长期施肥对土壤pH降低幅度最为显著(11.41%和7.82%).在酸性土壤中有机肥施用年限是影响pH的主控因素,而碱性土壤则是年均温.总之,有机肥施用对不同酸碱度土壤pH的影响不同,低温且降雨量适中区在有机质含量较低的酸性土壤中长期施用高量粪肥可显著提高土壤pH,有效缓解土壤酸化效应,而碱性土壤中长期施用高量粪肥和商品有机肥均可有效降低土壤pH.上述结果可为有机肥的合理施用和土壤肥力提升提供科学依据.(图5参55)
  • 付双嘉, 高浩英, 宋世钰, Samra Batool, 邓若愚, 王丽霞
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 504-513. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.08027
    川西亚高山地区天然林向人工林的转换造成了土壤生态功能的退化,而细菌群落对土壤生态功能维持和提升有重要的调节作用;然而,关于天然林向人工林转换对土壤细菌群落及功能群影响的研究目前还比较缺乏.以川西亚高山云杉天然林和人工林为研究对象,采用高通量测序和Faprotax功能预测相结合的研究方法测定土壤细菌群落组成、多样性和功能群,分析森林转换对它们的影响,阐明驱动变化的关键因子.结果表明:云杉天然林土壤细菌群落的Shannon指数显著高于云杉人工林土壤,而Simpson指数显著低于人工林.主坐标分析(PCoA)显示天然林和人工林土壤细菌群落组成存在明显差异.两个林分共同拥有81.61%的OTUs数量,属水平上相对丰度大于1%的土壤细菌群落组成基本一致,共有23个属.其中慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)、Vicinamibacterales和KD4-96是两个森林类型中具有显著差异的优势属.通过功能预测分析发现,云杉人工林中化能异养作用、有氧化能异养作用和固氮作用优势细菌功能群的相对丰度显著高于天然林.冗余分析(RDA)结果表明土壤pH、含水率、全氮、铵态氮、微生物生物量氮是影响土壤细菌群落组成和功能群的主要因子.综上,川西亚高山云杉天然林向人工林转换显著影响土壤细菌群落多样性和组成,并提高了与碳氮循环相关的细菌功能群的相对丰度;上述研究结果可为深入理解森林转换对土壤生态功能的影响提供科学依据.(图6表3参58)
  • 郭丹丹, 贺颂兵, 郭雪, 刘学端
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 513-520. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.08022
    再生水(RW)是缓解全球水资源供需矛盾的可持续替代水源.为探究城市绿地土壤微生物响应再生水浇灌的群落演变特征,基于Illumina MiSeq高通量测序技术,分析自来水、再生水及污水浇灌对城市绿地土壤细菌和真菌群落多样性和组成的影响.结果显示,3种浇灌土壤中的优势细菌(相对丰度大于5%)均为放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、拟杆菌门(Bacteroidota)和酸杆菌门(Acidobacteriota),优势真菌均为子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota).方差分析表明,再生水浇灌未引起土壤细菌和真菌群落α多样性及整体群落结构的显著变化,但其促进了放线菌门、变形菌门、酸杆菌门和担子菌门的增长(相对丰度分别提高6.58%、5.85%、3.95%和21.70%),抑制了厚壁菌门、拟杆菌门和子囊菌门的增长(相对丰度分别降低12.38%、3.24%和3.86%),这可能与土壤pH值、可溶性有机碳及铵态氮含量的变化有关.差异zOTU(zero-radius operational taxonomic unit)聚类分析表明,再生水浇灌引起的土壤细菌和真菌群落组成变化与污水浇灌更相似.本研究表明与自来水浇灌相比,再生水浇灌对土壤微生物群落组成的影响更接近污水浇灌,在利用再生水进行城市绿地浇灌时应严格控制其水质,减少其潜在积累效应.(图6表4参31)
  • 季文惠, 谢东青, 钟非, 朱蓉, 胡颖, 陈艳红, 刘国元, 张健
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 521-531. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.07011
    滩涂盐碱地是重要的后备土地资源,其改良与开发利用具有重要意义;生物改良法是改善盐碱地土壤质量的有效手段之一,其核心是如何提高植物对盐渍环境的适应性.将一株从海岸带植物根系分离的拟青霉属内生真菌(Paecilomyces sp.)接种到适应轻度盐渍环境的杞柳(Salix integra)幼苗根系,探讨该菌株提高杞柳耐盐性的潜力及相关机制.通过比较接种拟青霉属菌株对杞柳生长、生理与光合指标的影响,发现在盐胁迫条件下,处理组(接种内生真菌)杞柳根长、根系表面积与体积显著高于对照组(分别增加了163.4%、72.4%和96.4%);叶片过氧化氢酶(CAT)活性、生长素(IAA)含量和主要叶绿素荧光参数(光系统Ⅱ实际光化学量子效率ΦPSⅡ、光化学淬灭系数qP与光合电子传递效率ETR)均显著增加(P<0.05).在盐胁迫条件下,从接种与未接种拟青霉属菌株的杞柳叶片中共鉴定出701个差异表达基因(DEGs),主要富集于苯丙烷类生物合成、植物?病原体互作、植物激素信号转导以及淀粉与蔗糖代谢等通路其中,上调表达的基因显著富集于植物激素信号转导通路.基因功能分析表明,注释到茉莉酸、乙烯、生长素与细胞分裂素信号转导和油菜素甾醇生物合成通路的基因在拟青霉属菌株调控杞柳耐盐性中发挥重要作用.综上,该株拟青霉属内生真菌可有效缓解盐胁迫对杞柳幼苗的不利影响.(图6参73)
  • 林莹, 廖姝, 吴福忠, 张欣影, 倪祥银
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 530-536. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.07003
    磷是植物生长必需元素之一,是森林生态系统初级生产力的重要限制元素.磷极容易通过降水而淋溶损失,特别是在降水丰沛的亚热带森林,因此研究凋落叶和土壤磷淋溶损失对认识亚热带森林土壤肥力和可持续经营具有重要意义.以亚热带米槠(Castanopsis carlesii)人工林和杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林为对象,通过原位微宇宙淋溶试验,连续监测森林凋落叶和土壤淋溶液中磷淋溶损失特征.结果表明:(1)米槠和杉木人工林凋落叶淋溶液磷酸根浓度表现为米槠人工林(0.038 3 mg/L)>杉木人工林(0.035 0 mg/L).(2)不同林型之间凋落叶淋溶液磷酸根月通量差异显著,主要趋势是杉木人工林(0.035 9 g m-2 mo-1)>米槠人工林(0.029 8 g m-2 mo-1).(3)米槠、杉木人工林凋落叶淋溶液磷酸根年通量分别为0.238、0.287 g m-2 a-1,土壤淋溶液磷酸根年通量分别为8.80、7.02 g m-2 a-1.凋落叶磷淋溶在土壤磷淋溶中占比较少:米槠人工林、杉木人工林凋落叶淋溶出的磷酸根年通量仅占土壤淋溶液磷酸根年通量的2.70%、4.12%.上述结果说明,人工种植米槠的磷淋溶损失量会高于杉木人工林;凋落叶输入不是上述两种类型森林磷淋溶通量的主要来源,对土壤磷淋溶无显著影响.(图4表2参49)
  • 王云, 毛超, 林伟盛, 杨智杰, 熊德成, 胥超, 刘小飞, 陈仕东
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 537-543. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.06026
    氮素是森林生产力的重要限制因子.气候变暖会改变森林生态系统氮循环过程,进而影响森林生态系统生产力.然而,目前关于森林土壤氮循环如何响应气候变暖的认识仍存在不足,尤其缺乏来自亚热带森林生态系统的证据.为此,依托亚热带杉木林野外增温试验平台,原位监测杉木幼林和成熟林0-20 cm土层土壤净氮矿化速率、净硝化速率、土壤氧化亚氮(N2O)排放速率以及无机氮淋溶量,探究增温对亚热带杉木林土壤氮转化过程的影响.结果表明:林分类型未显著影响土壤原位土壤N2O排放速率和铵态氮淋溶量,但杉木成熟林的土壤净氮矿化速率、净硝化速率显著高于杉木幼林的.与对照相比,增温4℃未显著改变原位土壤净氮矿化速率和净硝化速率,也未显著影响原位土壤N2O排放速率.同时,增温使幼林土壤硝态氮淋溶量显著降低了38.7%,但未显著影响杉木幼林和成熟林土壤铵态氮淋溶量以及成熟林土壤硝态氮淋溶量.总的来说,增温处理未改变原位土壤净氮转化速率、N2O排放速率以及杉木成熟林无机氮淋溶量,说明土壤增温并未增加亚热带森林土壤无机氮净输入量和土壤氮损失量.这一研究促进了我们对气候变暖条件下亚热带森林土壤氮循环的理解.(图3表3参35)
  • 刘浩志, 邓焕广, 鲁长娟, 张菊, 吴金甲
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 544-549. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.06009
    东平湖是南水北调东线工程的调蓄湖库和山东省西水东输的重要水源地,其优势沉水植物菹草(Potamogeton crispus Linn)对水体生态系统具有重要影响.为揭示菹草腐烂分解过程及营养元素(C、N和P)、重金属(Hg、As、Cd、Cu、Cr和Zn)含量的动态变化,采用分解网袋法开展了为期170 d的现场分解试验,并采用元素积累指数(accumulation index,AI)分析其动态释放或积累并评估其环境效应.结果表明,菹草腐烂分解过程中干物质残留率(dry mass residue rate,DRR)符合二次指数模型W_t/W0=0.474e-0.081t+0.526e-0.001t(R2=0.889),0-32 d为其快速分解阶段.分解残留物中C含量在0-32 d略有增加后下降,N含量在0-4 d略有降低后显著升高,P含量在0-4 d显著下降,随后呈缓慢增加趋势,各重金属元素含量均有显著增加.菹草腐烂分解过程中C、N和P均表现为释放,各重金属除Zn外则主要表现为富集.C、N和P的积累指数与残留率呈显著正相关(P<0.01),而各重金属元素的积累指数与残留率无显著相关关系(P>0.05),吸附作用和微生物活动可能是残留物富集重金属的主要原因.综上所述,东平湖菹草腐烂分解将增加水体富营养化和重金属内源性污染的风险.(图4表3参27)
  • 唐鹤溪, 周芙蓉, 鲜杨, 董浩, 尤青
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 550-558. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.06022
    为了解微生物—黑麦草联合修复放射性污染土壤的效果并揭示机理,采用盆栽试验,研究土壤中枯草芽孢杆菌、黑曲霉、高山被孢霉添加量(0、5、10、20、40 mL,菌浓度分别为0、2×10~5、4×10~5、8×10~5、1.6×10~6 CFU/g)对黑麦草生长特性,黑麦草富集、转移铀、钍能力,根际土理化性质及铀、钍形态,铀、钍在黑麦草体内的分布情况等的影响.结果显示,添加少量枯草芽孢杆菌(5 mL)显著促进黑麦草生长,明显增强黑麦草对铀、钍的富集、转移能力,显著提升土壤中可交换态铀、钍的占比.傅里叶变换红外吸收光谱仪(FTIR)结果表明,添加少量枯草芽孢杆菌(5 mL)能促进植物中氨基、羧基、甲基的合成以及植物体内羧基与铀、钍等金属离子结合,进而促进植物生长以及对铀、钍的吸收富集作用,这与黑麦草生长及对铀、钍的吸收、转移规律一致.透射电镜(TEM)和能谱仪(EDS)结果表明,添加少量枯草芽孢杆菌(5 mL)和一定量的黑曲霉(10 mL)时能观测到铀、钍元素且分布均匀.综上,在土壤中添加浓度为2×10~5 CFU/g的枯草芽孢杆菌,大幅提升了黑麦草对铀、钍核素的富集能力,显著增强了土壤修复效果;本研究不添加除菌株外的其他试剂,为放射性污染土壤修复提供了一种绿色低碳、成本低廉、易于大面积推广的可靠技术.(图8表1参44)
  • 陈思宇, 蒋礼玲, 李益, 何晶晶, 刘洋, 孙珂嵘, 刘凯旋, 杨宇若, 王明雪, 贾举庆, 黄胜雄
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 559-568. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.06011
    类受体蛋白RLP(receptor-like protein)属于植物细胞表面受体.大量RLP被证明参与了植物的非生物胁迫耐受和生物胁迫的防御应答反应.基于基因组和转录组数据,利用生物信息学方法对藜麦RLP基因进行全基因组范围的挖掘、序列特征阐述、进化动力解析、不同组织器官和多个非生物逆境胁迫下表达模式分析和编码蛋白互作网络构建.在藜麦基因组中鉴定得到106个RLP基因;其中40个RLP基因涉及串联倍增事件.系统进化树中RLP基因聚成4个大组;RLP基因编码蛋白序列的保守结构域组成具有明显的组别特异性.串联倍增与全基因组倍增被证明是藜麦RLP基因数目扩张的主要动力.转录组数据表明12个RLP基因在藜麦花簇、叶片和茎中呈现出组织特异性的表达模式.干旱、高温、盐、低磷胁迫下,CqRLP003、CqRLP010、CqRLP12、CqRLP052和CqRLP061的表达水平在多个胁迫条件下显著地降低.胁迫转录组中差异表达基因编码蛋白的互作网络显示CqRLP001、CqRLP070、CqRLP082和AUR62007584是网络中重要的调控因子.本研究结果表明藜麦RLP基因家族成员进化特征差异明显,且广泛参与了调控藜麦的多种非生物胁迫耐受能力.(图12参36)
  • 贺丽媛, 赖恭梯, 李思雨, 许恒, 林俊璇, 郭奥琳, 赖钟雄, 赖呈纯
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 569-578. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.06027
    5-羟色胺-N-乙酰基转移酶(serotonin N-acetyltransferase,SNAT)和咖啡酸-O-甲基转移酶(caffeic acid O-methyltransferase,COMT)是植物褪黑素合成途径的关键酶,对褪黑素的生物合成有重要的调控作用.以刺葡萄愈伤组织为材料,分别克隆获得了VdSNAT2和VdCOMT3,对其生物信息学及启动子顺式作用元件进行预测,结合实时荧光定量PCR技术,分析不同光质处理下刺葡萄愈伤组织中褪黑素含量与VdSNAT2和VdCOMT3基因表达的相关性.结果表明,VdSNAT2和VdCOMT3基因ORF分别为549 bp和1 158 bp,分别编码182和385个氨基酸,其编码蛋白前者为亲水蛋白,后者为疏水蛋白,亚细胞均定位于叶绿体;蛋白保守基序和进化树分析表明,刺葡萄VdSNAT2和VdCOMT3蛋白与葡萄的SNAT2和COMT3具有相同的保守基序,且两者进化相似、亲缘关系近.启动子顺式作用元件预测发现,VdSNAT2和VdCOMT3启动子序列中均有大量光响应等多种生物/非生物响应元件.qRT-PCR分析表明,光质显著影响VdSNAT2和VdCOMT3基因的表达,其中红光对刺葡萄愈伤组织中VdSNAT2和VdCOMT3基因表达的促进作用最为显著,与褪黑素含量具有正相关性,同时VdSNAT2和VdCOMT3基因对褪黑素的生物合成调控具有协同作用.本研究表明光质可以影响VdSNAT2和VdCOMT3基因的表达,从而定向调控刺葡萄愈伤组织褪黑素的生物合成.(图9表1参41)
  • 李玉洁, 张佳鑫, 王彩红, 马桥
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 579-585. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.06004
    粪臭素是一种具有强烈粪臭味的氮杂环芳烃污染物,广泛存在于动物肠道、粪便、垃圾填埋场和海洋等环境介质中,较为稳定且难以降解.以Burkholderia sp. IDO3为研究对象,系统研究菌株在粪臭素压力下的生理生化响应,并利用RT-qPCR和异源表达技术探究下游降解功能基因.结果显示,粪臭素对Burkholderia sp. IDO3最小抑制浓度为1.5mmol/L;粪臭素促进菌膜形成和提高菌株表面疏水性,且呈剂量依赖性.氧化应激实验表明粪臭素提高Burkholderia sp. IDO3的超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性,抑制菌株脂质过氧化(丙二醛)以及还原型谷胱甘肽含量.结合前期组学分析推测邻苯二酚1,2-双加氧酶基因(DCN14_04105)可能为下游代谢关键基因,RT-qPCR实验表明该基因在粪臭素压力下上调3.70倍.将该基因在大肠杆菌中表达并获得纯酶,结果表明该酶最适pH为8.5,最适温度为30℃,Zn2+、Co2+、Cd2+、Se4+、Sn2+、Ca2+对其具有抑制作用,Km值为25.98μmol/L,kcat值为10.70 s-1.本研究表明粪臭素影响了Burkholderia sp. IDO3菌株的生理生化性能,菌株代谢粪臭素中心代谢途径为邻苯二酚1,2-双加氧酶途径.该结果可为粪臭素的高效降解提供新的微生物资源,也为粪臭素的功能研究提供参考.(图7表1参30)
  • 王芯雨, 杨白雪, 谢采芸, 张全, 缪晡, 汤岳琴
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 586-592. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2024.01015
    构建性能优良的发酵葡萄糖和木糖同步生产乙醇和木糖醇的工业酿酒酵母菌株是实现秸秆等木质纤维素原料燃料乙醇和木糖醇同步生产的基础.以前期工作构建的一株具有良好木糖醇积累能力的工程菌株CK17为基础,利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,研究菌株内源己糖转运蛋白定点突变、水甘油通道蛋白编码基因FPS1高表达、木糖还原基因拷贝数增加等对菌株在批次发酵条件下代谢木糖积累木糖醇的影响.结果表明,定点突变己糖转运蛋白Hxt3p和Hxt7p获得了工程菌株CM3和CM7,其木糖利用速率分别提升了92.1%和69.0%.将CM3的FPS1基因的启动子替换成TDH3基因启动子获得了工程菌株CM3FTD,其木糖利用速率比CM3提升了32.6%.增加CM3FTD菌株的木糖还原酶基因的拷贝数获得了菌株TX,其木糖利用速率比CM3FTD提升了17.2%.利用秸秆预处理物料进行同步糖化发酵,菌株TX发酵性能较出发菌株CK17得到显著提升,木糖代谢速率提升56.4%,木糖醇浓度和乙醇浓度分别达到57.6 g/kg和48.5g/kg,木糖醇收率接近理论收率,乙醇收率达到0.43g/g.本研究构建的工程菌株为利用秸秆原料同步生产乙醇和木糖醇提供了优良的菌株来源.(图4表6参23)
  • 姚韧辉, 王维龙, 李会
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 593-599. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2024.02002
    皮质激素在临床上应用广泛,其中11α,17α-二羟基黄体酮对皮质激素生产至关重要,其生物制备方法主要以17α-羟基黄体酮为底物通过微生物转化生成.而以黄体酮为底物,实现11α,17α-二羟基黄体酮的高效生产更具有经济效应.通过筛选实验室菌种库中能够转化黄体酮的菌株,发现赤霉菌CA3-1对黄体酮有转化能力,其转化产物经HPLC、MS和NMR鉴定为11α,17α-二羟基黄体酮.进一步通过单因素实验和正交实验对菌株发酵培养基组分进行优化,确定最适发酵培养基:25 g/L乳糖、15 g/L酵母粉、0.4 g/L硫酸铁、15 g/L玉米浆.当底物投料量为0.5 g/L,转化72 h时,底物转化率为82.2%,11α,17α-二羟基黄体酮的浓度为43.5 mg/L,较优化前产物浓度30.2 mg/L提高44.0%.本研究成功筛选获得可以双羟基化黄体酮的菌株,并通过单因素实验和正交实验优化发酵培养基提高了11α,17α-二羟基黄体酮的浓度,为11α,17α-二羟基黄体酮的工业生产提供了新的思路.(图10表3参30)
  • 何跃, 田雪平, 马艳丽, 姬高升, 刘杨, 许力山, 康宇, 王新惠, 吴红, 雷珂, 田彬, 刘元兴, 闫志英
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 600-606. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.08008
    粗糙脉孢菌(Neurospora crassa)能够利用农产品副产物为原料经固态发酵产生β-胡萝卜素并应用于动物饲料中,然而目前缺乏其发酵产物的动物饲喂评价研究.通过单因素和正交试验对粗糙脉孢菌发酵豆渣过程的参数进行优化,并根据最优发酵条件进行浅盘放大试验,最后直接利用发酵物替代日粮中的豆粕成分进行蛋鸡饲喂试验.结果表明:粗糙脉孢菌发酵生产β-胡萝卜素的最佳条件为发酵温度为30℃,基质含水率为60%,pH为6,发酵时间72 h,此条件下β-胡萝卜素产量为202.20μg/g(发酵物),浅盘放大试验获得β-胡萝卜素的产量为210μg/g(发酵物).饲喂试验表明发酵物替代豆粕可使蛋鸡的产蛋率从75.25%提升至85.75%,显著降低料蛋比,提高日采食量和日增重,提升鸡蛋的色泽,显著提高鸡蛋中β-胡萝卜素的含量.因此,粗糙脉孢菌的发酵产物直接替代豆粕进行蛋鸡饲喂能够简化发酵饲料制备工艺,显著改善蛋鸡的生长和生产性能,促使β-胡萝卜素在鸡蛋中积累.本研究对于利用粗糙脉孢菌生产富含β-胡萝卜素的动物饲料具有重要参考价值.(图3表6参43)
  • 史鸿飞, 于强, 贺智曼, 代学凯, 黄小红, 林昭妍
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 607-614. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.07021
    阐明日粮中添加不同水平姜黄粉对黄羽肉鸡抗氧化功能、脂质代谢等方面的影响,可为姜黄粉在黄羽肉鸡生产养殖中的应用提供理论基础.选取1日龄健康雄性快速型黄羽肉鸡320羽,随机分为4组,每组8个重复,每个重复10羽.对照组:饲喂基础饲粮;姜黄素组:基础饲粮中添加150 mg/kg姜黄素;0.5%姜黄粉组:在基础饲粮中添加5 g/kg姜黄粉;1%姜黄粉组:在基础饲粮中添加10 g/kg姜黄粉(姜黄粉中的姜黄素含量约3%).试验期70 d,分别于第28天、第70天测定肉鸡血清和肝的抗氧化、脂质代谢等相关指标,并通过RT-qPCR检测肝抗氧化和脂质代谢相关基因表达水平.结果显示:姜黄粉和姜黄素均显著性提高了黄羽肉鸡血清和肝的SOD、GSH-Px等抗氧化酶活性(P <0.05),并且一定程度上改善了肉鸡血脂和肝脂代谢水平.同时,姜黄粉和姜黄素均调节了黄羽肉鸡肝Keap1、Nrf2、HO-1等抗氧化相关基因以及FAS、ACC、HSL、PPARα等脂质代谢相关基因的表达.本研究表明姜黄粉可以有效调节黄羽肉鸡肝抗氧化和脂质代谢相关基因表达,提高黄羽肉鸡血清和肝抗氧化能力,调节黄羽肉鸡脂质代谢水平;且整体上姜黄粉添加剂量为1%时效果更显著.(图2表8参35)
  • 赵慧英, 王海燕
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 615-622. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.09012
    土壤多功能性是生态系统多功能性的重要组成部分,研究土壤多功能性及其驱动因素可以更好地理解土壤的综合能力,为土壤生态系统的管理和评估提供参考.对土壤多功能性研究进行文献计量分析,阐述土壤多功能性的量化指标和计算方法,并对影响土壤多功能性的生物以及非生物因素进行分析,基于土壤多功能性的研究现状与存在的问题对未来研究提出展望.土壤多功能性研究数量呈现逐渐上升的趋势,主要关注于农田和草地生态系统,研究内容集中在土壤微生物多样性、全球变化、多因子交互这3个方面.选取的量化指标主要与生态系统碳、氮、磷循环等相关,常用的计算方法是平均值法.土壤多功能性受植物多样性、土壤微生物多样性、全球变化等影响而表现出一定的差异.未来土壤多功能性研究应关注:(1)明确土壤多功能性指标类型和数量;(2)优化土壤多功能性指数的计算方法;(3)深入探讨土壤多功能性的驱动机制;(4)纳入土壤的多功能性以完善生态系统服务模型;(5)加强森林土壤多功能性的相关研究.(图4表1参62)
  • 陈晓霞, 于红豆, 李梦玮, 李婧怡, 徐彬弘, 张楠楠, 石福孙
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 623-632. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.08026
    根腐病是一种危害作物根部和严重制约农业经济发展的世界性病害.基于VOSviewer软件,以Web of Science收录的1982-2022年间相关文献为数据源,综述根腐病的发生、防治和研究态势,总结根腐病的宿主、病原微生物、致病因素、生防菌研究情况以及研究力量分布、研究热点和趋势.相关研究发文量总体呈上升趋势,美国、中国、澳大利亚、印度是最为活跃和最具影响力的国家;重点关注的是大豆、小麦、番茄等重要粮食和蔬菜作物,其中豆科植物最易被侵染,镰孢菌(Fusarium)、丝核菌(Rhizoctonia)、疫霉菌(Phytophthora)、腐霉菌(Pythium)最具破坏性和最普遍存在;根腐病的发生受土壤环境条件、宿主植物、农业管理措施、气候等多种因素影响,各因素之间存在的协同作用是危害严重、防治困难的重要因素;报道的生防菌主要以芽孢杆菌(Bacillus)、木霉菌(Trichoderma)、假单胞杆菌(Pseudomonas)为主.病原微生物的分离鉴定、生防菌的定殖、植物病害胁迫的抗性反应以及根腐病的田间管理一直是根腐病研究领域的热点内容;利用表型组学、基因组学、转录组学、高通量基因型分型和新一代测序技术在分子层面探究根腐病的致病机制、识别与病原体抗性或易感性有关的基因、培育抗性品种、开发并提高生物防治效果,是目前和未来该研究领域重点关注的内容.(图7参99)
  • 唐婧, 李威潭, 杨佳豪
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 633-641. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.10011
    污水处理厂是温室气体排放的重要来源之一,生命周期评价(LCA)对制定污水处理厂碳减排策略和指导新技术向环境友好型方向发展具有重要作用.为揭示近23年来LCA在污水处理厂碳排放领域的发展历程和研究热点,采用CiteSpace和Origin软件对WebofScience核心合集数据库中该领域相关文献的研究前沿、研究方向、研究热点及热点演变趋势进行定量分析. 2001-2023年间,污水处理厂生命周期碳排放领域年发文量整体呈现增长趋势;研究的中坚力量集中在中国和美国;明确污水处理厂生命周期碳排放研究的目标和范围定义、功能单元和系统边界、数据清单中变量及其来源、影响评估方法和结果解释方法,是应用LCA法设计和优化污水处理厂碳排放的知识基础;该领域目前的研究方向主要集中在评估不同污水处理、污泥处理技术和资源/能源回收技术的碳排放、能源消耗以及全球变暖潜力等环境影响;“资源回收”和“模型”以及两者的结合是未来的研究热点和发展趋势.由此可见,未来的研究应在提高模型评估结果准确性的基础上,深入探究不同处理技术和资源/能源回收技术的碳减排潜力,从LCA的角度优化碳减排方案.(图3表2参77)
  • 常博然, 邓琳, 陈茹岚, 薛会英
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 642-652. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.08006
    环境污染和资源短缺是人类当下面临的重大难题.为了实现经济效益和环境友好策略、开发清洁可再生的化学品,推动绿色生态理念下可持续的能源供应显得尤为重要.微生物碳链延长(CE)技术以微生物作为接种物生产中链脂肪酸(MCFAs),是一种新兴转化技术.首先综述微生物CE技术的原理和过程,着重介绍电子供体氧化过程、逆β氧化(RBO)及脂肪酸生物合成(FAB)途径.进一步分析影响CE反应的关键因素,包括电子供体和受体、pH值、温度、接种物来源、反应器设计以及运行参数(SRT/HRT).最后详细总结CE性能强化技术的最新研究进展.以微生物作为CE的接种物,能够生成具有高附加值的MCFAs,且在导体材料、特异性药剂和加电的性能强化以及数学模型、多组学分析等技术的加持下,MCFAs的产率明显提高.CE技术在资源化领域已展现出巨大潜力,未来需要针对性地研究微生物群落结构及其功能与环境间的相互作用关系,着力开发新的分离提纯技术和工程策略,同时寻找具有可持续性的低廉原料作为电子供体,以实现降低成本的同时提高MCFAs的产率和特异性.微生物转化生产MCFAs能够补充碳源,减缓全球气候变暖,为资源化处理提供新的指导思路.(图3表2参106)
  • 彭萱, 张小梅, 龙雨欣, 龙中儿
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 653-663. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.08003
    研究细菌的转录调控有利于揭示细菌生命活动的规律,控制细菌的代谢途径,从而挖掘其在生命科学基础与应用各领域中的应用潜能.细菌转录因子(TFs)是调控细菌转录过程的关键因子之一,其研究技术正朝着高灵敏度、高通量的方向迅速发展.详述细菌TFs的研究内容、方法及其进展,具体包括用于细菌转录因子筛选与验证的DNA pulldown技术、细菌单杂交系统和凝胶电泳迁移率实验等,用于细菌转录因子结合位点研究的染色质免疫共沉淀技术、DNaseⅠ足迹法、DNA亲和纯化测序和指数富集的配基系统进化等,用于细菌TFs互作蛋白筛选研究的酵母双杂交系统、GST pull-down技术、双分子荧光互补、荧光共振能量转移及表面等离子共振技术等,用于细菌TFs功能验证的基因突变和基因过表达技术,以及细菌TFs在生命科学基础研究、合成生物学和生物监测等领域的应用.讨论了各种细菌TFs研究方法的优缺点,最后在对比分析各研究方法特点的基础上,总结出制约细菌TFs研究的技术瓶颈,在细菌TFs的筛选和验证中缺少普遍适用于各类细菌的通用技术,单细胞转录组学、空间转录组学以及多模态结构化嵌入方法等新技术的发展及其拓展应用于细菌细胞,必将促使细菌TFs的研究取得新的突破.(图12表1参72)
  • 周玥橦, 王娇, 陈洪, 乔江, 郑笑傲, 黄燕, 王杰
    应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 664-665. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2024.04016
    中华小熊猫(Ailurus styani),国家Ⅱ级重点保护野生动物,濒危(EN)物种,为食性高度特化的植食性食肉目动物(竹叶是其食谱的主要组成部分),主要在2 000-3 800 m海拔活动. 2022年10月31日15时29分,在四川省甘孜藏族自治州康定市贡嘎山镇贡嘎寺附近(101°46′53″E,29°35′58″N,海拔4 939 m),红外相机拍摄到一只中华小熊猫.此次拍摄发现刷新了中华小熊猫海拔分布的上限,为其就地保护补充了关键数据.(图1参20)
  • 应用与环境生物学报. 2024, 30(03): 666-666.
    <正>植物在维持生态系统平衡中发挥着重要作用,当前世界景观格局深刻变化,景观破碎化加剧,植物多样性受到极大威胁。封面为郁郁葱葱的植被环绕明亮、澄澈的地球示意图。封面论文揭示了1990-2015年期间景观格局对植物α多样性的影响,即斑块数量、边缘密度、景观多样性和景观破碎化是植物α多样性的重要影响因子,靠近斑块中心,植物α多样性呈现增加趋势。