全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 33 卷 第 7 期摇 摇 2013 年 4 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
线虫转型发育和寄主识别的化学通讯研究进展 张摇 宾,胡春祥,石摇 进,等 (2003)……………………………
生物物种资源监测原则与指标及抽样设计方法 徐海根,丁摇 晖,吴摇 军,等 (2013)……………………………
个体与基础生态
呼伦贝尔草原人为火空间分布格局 张正祥,张洪岩,李冬雪,等 (2023)…………………………………………
青藏高原草地地下生物量与环境因子的关系 杨秀静,黄摇 玫,王军邦,等 (2032)………………………………
1961—2010 年桂林气温和地温的变化特征 陈摇 超,周广胜 (2043)……………………………………………
黄泥河自然保护区狍冬季卧息地选择 朱洪强,葛志勇,刘摇 庚,等 (2054)………………………………………
青藏高原草地植物叶解剖特征 李全发,王宝娟,安丽华,等 (2062)………………………………………………
青藏高原高寒草甸夏季植被特征及对模拟增温的短期响应 徐满厚,薛摇 娴 (2071)……………………………
高温影响番茄小孢子发育的细胞学研究 彭摇 真,程摇 琳,何艳军,等 (2084)……………………………………
黄土丘陵半干旱区柠条林株高生长过程新模型 赵摇 龙,王振凤,郭忠升,等 (2093)……………………………
栎属 7 种植物种子的发芽抑制物质研究 李庆梅,刘摇 艳,刘广全,等 (2104)……………………………………
水分胁迫和杀真菌剂对黄顶菊生长和抗旱性的影响 陈冬青,皇甫超河,刘红梅,等 (2113)……………………
铜尾矿废弃地与相邻生境土壤种子库特征的比较 沈章军,欧祖兰,田胜尼,等 (2121)…………………………
云雾山典型草原火烧不同恢复年限土壤化学性质变化 李摇 媛,程积民,魏摇 琳,等 (2131)……………………
根系分区交替灌溉条件下水肥供应对番茄果实硝酸盐含量的影响 周振江,牛晓丽,李摇 瑞,等 (2139)………
喀斯特山区土地利用对土壤团聚体有机碳和活性有机碳特征的影响 李摇 娟,廖洪凯,龙摇 健,等 (2147)……
自生固氮菌活化土壤无机磷研究 张摇 亮,杨宇虹,李摇 倩,等 (2157)……………………………………………
德国鸢尾对 Cd胁迫的生理生态响应及积累特性 张呈祥,陈为峰 (2165)………………………………………
施污土壤重金属有效态分布及生物有效性 铁摇 梅,宋琳琳,惠秀娟,等 (2173)…………………………………
基于叶面积指数改进的直角双曲线模型在玉米农田生态系统中的应用 孙敬松,周广胜 (2182)………………
中稻田三种飞虱的捕食性天敌优势种及农药对天敌的影响 林摇 源,周夏芝,毕守东,等 (2189)………………
种群、群落和生态系统
珠江口超微型浮游植物时空分布及其与环境因子的关系 张摇 霞,黄小平,施摇 震,等 (2200)…………………
输水前后塔里木河下游物种多样性与水因子的关系 陈永金,刘加珍,陈亚宁,等 (2212)………………………
南海西北部陆架区鱼类的种类组成与群落格局 王雪辉,林昭进,杜飞雁,等 (2225)……………………………
滇西北高原碧塔湖滨沼泽植物群落分布与演替 韩大勇,杨永兴,杨摇 杨 (2236)………………………………
石羊河下游白刺灌丛演替过程中群落结构及数量特征 靳虎甲,马全林,何明珠,等 (2248)……………………
资源与产业生态
土壤深松和补灌对小麦干物质生产及水分利用率的影响 郑成岩,于振文,张永丽,等 (2260)…………………
豆科绿肥及施氮量对旱地麦田土壤主要肥力性状的影响 张达斌,姚鹏伟,李摇 婧,等 (2272)…………………
沟垄全覆盖种植方式对旱地玉米生长及水分利用效率的影响 李摇 荣,侯贤清,贾志宽,等 (2282)……………
城乡与社会生态
北京北护城河河岸带的温湿度调节效应 吴芳芳,张摇 娜,陈晓燕 (2292)………………………………………
西安太阳总辐射时空变化特征及对城市发展的响应 张宏利,张纳伟锐,刘敏茹,等 (2304)……………………
研究简报
安徽琅琊山大型真菌区系多样性 柴新义,许雪峰,汪美英,等 (2314)……………………………………………
中国生态学学会 2013 年学术年会征稿通知 (2320)………………………………………………………………
第七届现代生态学讲座、第四届国际青年生态学者论坛通知 (玉)………………………………………………
中、美生态学会联合招聘国际期刊主编 (印)………………………………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*318*zh*P* ￥ 90郾 00*1510*32*
室室室室室室室室室室室室室室
2013鄄04
封面图说: 金灿灿的小麦熟了———小麦是世界上最早栽培的农作物之一,是一种在世界各地广泛种植的禾本科植物,起源于中
东地区。 全世界大概有 43 个国家,近 35%—40%的人口以小麦为主要粮食。 小麦是禾谷类作物中抗寒能力较强的
越冬作物,具有一定的耐旱和耐盐碱能力。 中国的小麦分布于全国各地,主要集中于东北平原、华北平原和长江中
下游一带。 小麦秋季播种、冬季生长、春季开花、夏季结实。 子粒含有丰富的淀粉、较多的蛋白质、少量的脂肪,还有
多种矿物质元素和维生素 B,是一种营养丰富、经济价值较高的粮食。
彩图及图说提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 33 卷第 7 期
2013 年 4 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 33,No. 7
Apr. ,2013
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家重点基础研究发展计划项目(2010CB951303);中国气象局经常性专项业务经费
收稿日期:2011鄄12鄄31; 摇 摇 修订日期:2012鄄07鄄10
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: gszhou@ cams. cma. gov. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201112312022
陈超,周广胜. 1961—2010 年桂林气温和地温的变化特征.生态学报,2013,33(7):2043鄄2053.
Chen C, Zhou G S. Analysis on variation characteristics of air temperature and ground temperature in Guilin from 1961 to 2010. Acta Ecologica Sinica,
2013,33(7):2043鄄2053.
1961—2010 年桂林气温和地温的变化特征
陈摇 超1,周广胜1,2,*
(1.中国气象科学研究院,北京摇 100081;2.中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室,北京摇 100093)
摘要:关于气温变化特征已有大量研究,但是关于地温变化及其与气温的关系研究还较少。 以亚热带湿润地区的广西桂林气象
站为研究对象,分析了 1961—2010 年桂林气温和 0—80 cm各层地温的年代和季节变化趋势、地气温差变化、气候突变和异常
年份以及气温和地温关系。 结果表明:气温与各层地温有很好的相关性。 各年、季平均气温和各层平均地温大部分呈显著的升
高趋势,但气温和地温的增温速率不一致, 即升温存在非对称性;年均气温低于各层地温 1. 3—2. 1益,气温的增温速率和增温
幅度分别为 0. 184 益 / 10 a和 0. 8 益,高于除 0 cm外其它各层地温的变化;气温、5—40 cm地温在冬季的增温最多,0 cm和 80
cm地温分别在秋季和夏季的增温最多;春、夏季,随着土壤深度的增加,地温呈减小趋势,春季气温小于 0—15 cm而大于 20—
80 cm地温,夏季气温小于 0—40 cm而大于 80 cm地温;秋、冬季,随着土壤深度的增加,地温呈增加趋势,秋、冬季气温小于各
层地温;气候变暖背景下,年平均、四季气温比除 0 cm外其它各层地温的响应更快。 近 50 年来,各层地温和气温的温差减小了
0. 1—0. 4 益(0 cm地温和气温温差除外),这主要是因为气温的增加幅度要大于地温,且随着土壤深度的增加,地气温差的减
小幅度加大。 桂林年均地温和四季气温、地温大多无气候突变现象,仅有年均气温和夏季 80 cm地温分别在 1997 和 1977 年出
现气候突变。 春季气温和 5—80 cm各层地温的异常偏低年较一致;秋季气温和 40、80 cm 地温的异常偏低年相同;夏、冬季气
温和地温的异常年份对应性较差;而年均气温和各层地温的异常偏高年较一致。
关键词:桂林;气温;地温;变化
Analysis on variation characteristics of air temperature and ground temperature
in Guilin from 1961 to 2010
CHEN Chao1, ZHOU Guangsheng1,2,*
1 Chinese Academy of Meteorological Sciences, Beijing 100081, China
2 State Key Laboratory of Vegetation and Environmental Change, Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093, China
Abstract: Lots of studies on characteristics of air temperature have been done, however, few studies on characteristics of
ground temperature and its relationship with air temperature have been done yet. Based on the data of monthly mean air
temperature and monthly mean ground temperature at 0—80cm soil depths in Guilin weather station from 1961 to 2010,
variation trend, abrupt change, anomalous years of annual and seasonal mean air and ground temperatures were investigated
in this paper. The difference and relationship between annual mean ground and air temperatures were also analyzed. The
results showed that there were close correlations between ground temperature at different depths and air temperature. Annual
and seasonal mean air and ground temperatures mainly displayed significant increasing trends in past 50 years, but the rise
of mean air temperature and mean ground temperature was asymmetric. The annual mean air temperature was lower than
annual mean ground temperature at different layers by 1. 3—2. 1益 . The ascending rate and range of annual mean air
temperature were 0. 184益 / 10a and 0. 8益 respectively, which were higher than changes of annual mean ground temperature
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at 5—80cm depths. The ascending rates of air temperature and ground temperature at 5—40cm were the most obvious in
winter, and the most significant increase of 0cm and 80cm ground temperature happened in autumn and summer
respectively. The mean ground temperature had a decreasing trend with the increase of the soil depth in both spring and
summer. The air temperature was lower than 0—15cm ground temperature and higher than 20—80cm ground temperature in
spring, and air temperature was lower than 0—40cm ground temperature and higher than 80cm ground temperature in
summer. The mean ground temperature had a rising trend with the increase of soil depth in autumn and winter. The air
temperature was lower than ground temperature at different depths in autumn and winter. Under global warming, the
response of annual and seasonal air temperature to climate change was more significant than ground temperature at 5—80cm
depths. The difference between annual ground temperature at 5—80cm depths and annual air temperature was reduced by
0. 1—0. 4益 in past 50 years, since the ascending rate of air temperature was larger than ground temperature, and the
reducing amplitude of difference between annual mean ground temperature at 5—80cm depths and annual mean air
temperature was increased with the increase of soil depth. The abrupt changes of annual mean air temperature and ground
temperature at 80cm depth in summer occurred in 1997 and 1977 respectively. The anomalous lower years of air temperature
and ground temperature at 5—80cm depths were relatively consistent in spring. There were the same anomalous lower years
between air temperature and ground temperature at 40—80cm depths. The anomalous years of air and ground temperatures
were less consistent in summer and winter. There were good consistent of anomalous warm years between annual air and
ground temperatures.
Key Words: Guilin;air temperature;ground temperature;variation
第四次“政府间气候变化专门委员会冶的评估报告(简称 IPCC)指出[1]:近 100 年(1906—2005 年)全球
平均地表温度上升了 0. 74 益,过去 50a的升温速率几乎是过去 100a 的 2 倍,其中以北半球中高纬度大陆增
温最为明显。 近百年来,中国的气候变化和全球基本一致,平均气温升高了 0. 5—0. 8 益 [2]。
气温变化不可避免地引起地表温度的变化[3]。 研究表明,近百年来前苏联大多数气象台站 0. 4—3. 2 m
深度的年均地温呈升高趋势[4];20 世纪 80 年代以来瑞士阿尔卑斯山地表 10 m 内的多年冻土层温度的增温
速率达(0. 5—1. 0 益) / 10a[5];20 世纪 80 年代后期至 1996 年间阿拉斯加南北方向的多年冻土上限处温度升
高了 0. 5—1. 5 益 [6];20 世纪 60—90 年代青藏高原风火山一带多年冻土 15m 深处的温度升高了 0. 2—0. 3
益 [7];1961—2001 年青藏铁路南部和北部的地面温度增加显著,特别是铁路南部地面温度升高速率平均达
0郾 56 益 / 10a,中部较小,为 0. 34 益 / 10a[8];1970—1990 年大兴安岭阿木尔地区 0. 2 m 层的地温上升了 0郾 8
益 [9];1961—1996 年雅鲁藏布江中游大部地区浅层地温呈上升趋势,而且冬春较汛期升幅要高[10];1961—
2005 年云南西双版纳各年、季 0—20 cm平均地温均呈现极显著的升高趋势[11];1958—1990 年黑龙江上游河
谷地区 10 m深处的地温上升了 0. 3—0. 6 益 [12]。 这些研究表明,气候变化背景下地温具有升高的趋势。 但
是,不同气候区(如干旱、湿润、青藏高原等气候区)的地温变化规律及其与气温的关系如何仍缺乏系统的
研究。
目前,模拟试验方法成为研究全球变化与陆地生态系统关系的重要手段之一[13],其中,红外辐射器增温
法已被广泛用于生态系统控制实验,该装置通过悬挂在样地上方、可散发红外辐射的灯管来实现增温[14],较
开顶式气室和温室更真实地反映了野外条件,特别是非对称性增温对植物的影响[15鄄20]。 然而,红外辐射器增
温方法更多地改变了近地面气温,其对土壤温度变化的影响及能否合理地模拟作为植物整体的地表与地下温
度环境仍缺乏相关的研究,从而制约着模拟试验结果的机理解释与推广应用。 为此,迫切需要弄清不同气候
区(如干旱、湿润、青藏高原等气候区)的地温变化规律及其与气温的关系,以为生态系统模拟试验的设计及
其结果解释提供依据。
本研究试图以亚热带湿润地区的广西桂林气象站为研究对象,利用 1961—2010 年的气温和 0—80 cm各
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层平均地温的逐月资料,研究分析近 50 年桂林气温和各层地温的年代和季节变化趋势、地气温差变化、气候
突变和异常年份以及气温和地温关系,以为正确认识和评估气候变化对陆地生态系统的影响及设计模拟试验
等提供依据。
1摇 材料与方法
1. 1摇 研究地区及数据来源
广西桂林地处南岭山系的西南部,属中亚热带季风气候,境内气候温和,雨量充沛,无霜期长,光照充足,
热量丰富,夏长冬短,四季分明且雨热基本同季,气候条件十分优越,1961—2010 年年均气温 19. 0 益,年均降
水量 1887. 1 mm,年均日照时数 1528. 3 h。 地表植被覆盖率高,以红壤土为主,土层深厚,耕作性良好。
本研究采用国家气象信息中心提供的广西桂林气象站气温资料和 0 cm及其以下到 80 cm 的 7 层(0、5、
10、15、20、40、80 cm)地温资料(表 1)。 在亚热带地区选择桂林为研究对象是因为该站点的气温和地温资料
年代较长,且资料完整性较好。 选用 80 cm层以上的地温资料主要是考虑在 0—80 cm层的资料相对较全,80
cm层以上地温受深层热源影响相对较小;深层 160 cm和 320 cm的资料不全,且 160 cm和 320 cm深层地温
的热源一部分来自于地壳,气候扰动对其影响很小[21]。 按 12—2月为冬季,3—5月为春季,6—8月为夏季,
9—11 月为秋季生成逐季序列,分析年、季平均气温和各层平均地温的年际和年代际变化。
表 1摇 气象站情况
Table 1摇 The status of weather station
气象站
Weather station
经度
Longitude / 毅E
纬度
Latitude / 毅N
海拔高度
Altitude / m
资料起止年
Data
桂林 110. 30 25. 32 164. 4 1961—2010
1. 2摇 方法
1. 2. 1摇 气候倾向率
平均气温、平均地温的气候倾向率采用一次线性方程表示,即:
Y = a0 + a1 t (1)
式中,Y为平均气温或地温,a0 为常数,a1 为线性趋势项,t为时间,把 a1伊10 表示为平均气温或地温每 10a 的
气候倾向率。
1. 2. 2摇 累积距平和信噪比
气候突变是气象要素变化过程中存在的某种不连续现象,常用累积距平曲线确定:
C( t) =移
t
i = 1
(X i - 軈X) (2)
式中,C( t)为气象要素累积距平,X i 为平均气温或地温的历年值, 軈X 为平均气温或地温多年平均值。 若气象
要素累积距平绝对值达到最大时,所对应的 t为突变年份。
为了检验转折是否达到气候突变的标准,对转折年份计算它们的信噪比[22]:
S / N =
X1 - X2
S1 + S2
(3)
式中,S / N为信噪比, 軈X1、 軈X2 和 S1、S2 分别为转折年份前后两阶段平均气温或地温的平均值和标准差。 当 S /
N大于 1. 0 时,认为存在气候突变,最大信噪比的时间定义为气候突变出现的时间。
1. 2. 3摇 距平和标准差
气候异常是气候要素的距平达到一定数量级(如 1—3倍均方差以上)的气候状况。 世界气象组织对气
候异常提出两种判别标准,一是距平超过标准差的 2 倍以上,二是它出现的几率为 25a 以上一遇。 本研究采
用距平大于标准差的 2 倍作为异常,分析气温和地温的异常特征[23]。
5402摇 7 期 摇 摇 摇 陈超摇 等:1961—2010 年桂林气温和地温的变化特征 摇
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2摇 结果分析
2. 1摇 气温与地温变化趋势的关系
摇 摇 近 50 年来,桂林的气温和各层地温都以增温为主,但年均气温明显低于各层地温(图 1),地气温差为正
表明,桂林地区地表对大气的加热作用大于冷却作用,以向大气输送热量居主导地位。
利用 1961—2010 年的年均气温和年均 0 cm 地温资料,建立 1961—2010 年地气温序列。 应用统计回归
方法建立地气温线性关系的相关系数 R达 0. 906,通过 0. 001 显著性检验(图 2)。 近 50 年年均气温与同期各
层(0—80 cm)平均地温的线性回归表明(表 2),各相关系数均在 0. 784 以上且均通过 0. 001 显著性检验,说
明地温与气温的变化趋势具有较好的一致性。
图 1摇 桂林年均气温和年均地温变化
摇 Fig. 1摇 Changes of annual mean air and ground temperatures in
Guilin
图 2摇 桂林年均气温和年均 0cm地温的关系
摇 Fig. 2 摇 Relationship between annual mean air temperature and
annual mean ground temperature at 0cm in Guilin
表 2摇 年均气温与各层年均地温的回归关系
Table 2摇 Relationship between annual mean air and ground temperatures
土壤深度 Soil depth / cm 回归方程 Regression equation 相关系数 Correlation coefficient
0 y=1. 21x-1. 9256 0. 906
5 y=0. 7798x+5. 4899 0. 877
10 y=0. 8032x+5. 1474 0. 870
15 y=0. 8182x+4. 8972 0. 875
20 y=0. 7877x+5. 4872 0. 880
40 y=0. 597x+9. 4029 0. 784
80 y=0. 6061x+9. 3555 0. 793
摇 摇 x为年平均气温(益);y为年平均地温(益)
2. 2摇 气温和地温的年代际变化
表 3 列出了桂林年均气温和地温的年代际平均、1961—2010 年多年平均及气候倾向率。 近 50 年来桂林
的增温极其显著(通过 0. 001 显著性检验),年均气温在 2000 年代较 50a 平均气温上升了 0. 6 益,是近 50 年
中最暖的 10a;1960—1980 年代分别比 50a平均偏低 0. 2 益、0. 2 益和 0. 3 益;1990 年代偏高了 0. 1 益;1960
年代到 2000 年代的 50a,气温上升了 0. 8 益;各个年代气温的变化幅度有所不同,在 1960—1970 年代没有升
温,到了 1980 年代降低了 0. 1 益,1990 年代升温明显,1980—1990 年代升高了 0. 4 益,到了 2000 年代继续升
温,1990—2000 年代升高了 0. 5 益。
土壤各层地温从 1960 年代至 2000 年代总体呈升高趋势,升温幅度比较明显(通过 0. 001 显著性检验),
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但并不是均匀升温的。 1960—1990 年代是一个相对平稳的时段,各层地温较 50 年平均持平或偏低 0. 1—0. 4
益;2000 年代温度迅速上升,各层地温达到近 50 年来的最高值,较 50 年平均偏高了 0. 2—0. 8 益。 1960 年代
到 2000 年代的 50 年,各深度地温升高了 0. 4—1. 0 益。
比较 1961—2010 年平均气温和各层地温的气候倾向率和变化幅度可以看出,近 50 年平均气温为 19. 0
益,低于各层的 50 年平均地温 1. 3—2. 1 益;但年均气温的增温率和增温幅度分别为 0. 184 益 / 10a和 0. 8 益,
高于除 0 cm地温外其它各层年均地温的增温率 0. 071—0. 138 益 / 10 a和增温幅度 0. 4—0. 7 益。 由此表明,
在气候变暖前提下,年均气温比地温(0 cm地温除外)的响应更快、更强烈,气温和地温的升温存在非对称性。
表 3摇 桂林年均气温和地温的年代际平均、50 年平均及其气候倾向率
Table 3摇 Interdecadal mean air and ground temperatures,annual mean air and ground temperatures in recent 50 years,and climatic trend rate
of annual mean temperatures in Guilin
参数 Index
年代际平均温度 Interdecadal mean temperatures / 益
1961—1970 1971—1980 1981—1990 1991—2000 2001—2010
50a平均温度
Mean temperature in
recent 50 years / 益
气候倾向率
Climatic trend rate
/ (益 / 10a)
平均气温
Mean air temperature 18. 8 18. 8 18. 7 19. 1 19. 6 19. 0 0. 184
0cm地温
0cm ground temperature 20. 9 20. 7 20. 8 21. 0 21. 9 21. 1 0. 234
5cm地温
5cm ground temperature 20. 2 20. 2 20. 2 20. 3 20. 8 20. 3 0. 121
10cm地温
10cm ground temperature 20. 3 20. 3 20. 3 20. 3 20. 9 20. 4 0. 130
15cm地温
15cm ground temperature 20. 3 20. 3 20. 3 20. 3 21. 0 20. 4 0. 138
20cm地温
20cm ground temperature 20. 4 20. 3 20. 3 20. 3 21. 0 20. 4 0. 112
40cm地温
40cm ground temperature 20. 6 20. 8 20. 7 20. 7 21. 0 20. 7 0. 071
80cm地温
80cm ground temperature 20. 7 20. 9 20. 8 20. 9 21. 1 20. 9 0. 093
2. 3摇 气温和地温的季节变化
表 4 是桂林四季气温和地温的年代际平均、50 年平均及气候倾向率。 近 50 年来四季气温和土壤各层地
温大部分以升温为主,仅有夏季 5—15 cm和 40 cm地温呈略微减小的趋势。 四季气温 2000 年代与 50a 平均
相比分别上升了 0. 7、0. 3、0. 7、0. 6 益,是近 50 年中最暖的 10a;1960 年代到 2000 年代的 50a,四季气温分别
增加了 0. 8、0. 5、0. 9、0. 9 益。 春、秋和冬季土壤各层地温的年代际变化与气温类似,最高温度出现在 2000 年
代,与 50a平均相比分别上升了 0. 3—1. 0、0. 2—1. 0、0. 3—0. 7;1960 年代到 2000 年代的 50a,春、秋和冬季各
层地温分别增加了 0. 3—1. 1、0. 4—1. 3、0. 1—1. 0 益。 夏季 0 cm 地温的最高值出现在 2000 年代,而其它各
层地温的最高值出现在 1980 年代;1960 年代到 2000 年代的 50a夏季各层地温的变化值为-0. 1—0. 8 益。
平均气温、5—40 cm地温在冬季的增温速率最高,分别为 0. 269、0. 229、0. 218、0郾 206、0. 182 益 / 10 a 和
0. 197 益 / 10 a;而 0 cm和 80 cm地温增温速率的最高值分别出现在秋季和夏季。
春季和夏季,随着土壤深度的增加,地温呈减小趋势;春季气温的增温率 0. 158 益 / 10 a 小于 0 cm 和 15
cm地温的增温率 0. 239 益 / 10 a和 0. 171 益 / 10 a而大于其它各层地温的增温率 0. 021—0. 157 益 / 10 a,气温
的 50 年平均小于 0—15 cm地温(温差 0. 1—1. 2 益)而大于 20—80 cm地温(温差 0. 1—0. 7 益);夏季气温的
增温率 0. 089 益 / 10 a小于 0 cm和 80 cm而大于其它各层地温的变化率,气温的 50a 平均小于 0—40 cm(温
差 0. 6—3. 6 益)而大于 80 cm地温(温差 0. 5 益)。 秋季和冬季与春、夏季相反,随着土壤深度的增加,地温
呈增加趋势;秋季气温的增温率 0. 215 益 / 10a小于 0 cm地温的增温率 0. 276 益 / 10a而大于其它各层地温的
增温率 0. 075—0. 162 益 / 10a,而气温的 50a 平均小于各层的地温(温差 1. 8—3. 6 益);冬季气温的增温率
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0郾 269 益 / 10 a大于除 0 cm外其它各层地温的增温率 0. 024—0. 229 益 / 10a,气温的 50a平均小于各层的地温
(温差 0. 8—5. 0 益)。 总体来看,近 50 年来四季气温的增温速率要大于除 0cm外其它各层地温的变化。
由此表明,气候变暖背景下,四季平均气温比除 0 cm外其它各层地温的响应更快、更强烈。
表 4摇 桂林季节气温和地温的年代际平均(益)、50 年平均(益)及气候倾向率(益 / 10a)
Table 4摇 Interdecadal seasonal mean air and ground temperatures(益), seasonal mean air and ground temperatures in recent 50 years(益),
and climatic trend rate of seasonal mean temperatures(益 / 10a) in Guilin
季节
Season
年代
Interdecadal
平均气温
Mean air
temperature
0 cm地温
0cm ground
temperature
5 cm地温
5cm ground
temperature
10 cm地温
10cm ground
temperature
15 cm地温
15cm ground
temperature
20 cm地温
20cm ground
temperature
40 cm地温
40cm ground
temperature
80 cm地温
80cm ground
temperature
春季 Spring 1960s 18. 4 19. 6 18. 9 18. 7 18. 5 18. 4 18. 4 17. 7
1970s 18. 2 19. 3 18. 7 18. 5 18. 4 18. 2 18. 5 17. 9
1980s 18. 1 19. 4 18. 6 18. 5 18. 3 18. 1 18. 2 17. 6
1990s 18. 4 19. 6 18. 8 18. 6 18. 4 18. 3 18. 2 17. 8
2000s 19. 2 20. 7 19. 6 19. 5 19. 4 19. 2 18. 7 18. 3
50a平均 / 益 18. 5 19. 7 18. 9 18. 8 18. 6 18. 4 18. 4 17. 8
气候倾向率
/ (益 / 10a) 0. 158 0. 239 0. 138 0. 157 0. 171 0. 157 0. 021 0. 102
夏季 Sunner 1960s 27. 3 31. 1 29. 6 29. 3 29. 0 28. 8 27. 9 26. 3
1970s 27. 3 30. 5 29. 2 29. 0 28. 7 28. 4 28. 3 26. 9
1980s 27. 6 31. 4 29. 9 29. 6 29. 3 29. 0 28. 5 27. 4
1990s 27. 4 30. 8 29. 2 29. 0 28. 7 28. 4 28. 0 27. 2
2000s 27. 8 31. 6 29. 5 29. 3 29. 1 28. 8 27. 9 27. 1
50 年平均 / 益 27. 5 31. 1 29. 5 29. 2 29. 0 28. 7 28. 1 27. 0
气候倾向率
/ (益 / 10a) 0. 089 0. 103
-0. 023 -0. 011 -0. 019 0. 011 -0. 017 0. 17
秋季 Autumn 1960s 20. 5 23. 1 22. 3 22. 6 22. 8 23. 0 23. 5 24. 1
1970s 20. 4 23. 2 22. 5 22. 9 23. 1 23. 2 23. 8 24. 3
1980s 20. 5 23. 0 22. 3 22. 7 22. 9 23. 0 23. 7 24. 3
1990s 20. 6 23. 2 22. 4 22. 7 22. 8 22. 9 23. 6 24. 3
2000s 21. 4 24. 4 23. 1 23. 4 23. 6 23. 7 23. 9 24. 5
50 年平均 / 益 20. 7 23. 4 22. 5 22. 8 23. 0 23. 2 23. 7 24. 3
气候倾向率
/ (益 / 10a) 0. 215 0. 276 0. 162 0. 151 0. 149 0. 121 0. 079 0. 075
冬季 Winter 1960s 9. 0 9. 8 10. 0 10. 5 11. 0 11. 4 12. 6 14. 5
1970s 9. 1 9. 9 10. 2 10. 7 11. 1 11. 4 12. 6 14. 3
1980s 8. 8 9. 5 9. 7 10. 3 10. 7 11. 0 12. 2 13. 8
1990s 9. 8 10. 4 10. 6 11. 0 11. 3 11. 6 12. 8 14. 3
2000s 9. 9 10. 8 10. 8 11. 3 11. 8 12. 1 13. 4 14. 6
50 年平均 / 益 9. 3 10. 1 10. 3 10. 8 11. 2 11. 5 12. 7 14. 3
气候倾向率
/ (益 / 10a) 0. 269 0. 269 0. 229 0. 218 0. 206 0. 182 0. 197 0. 024
2. 4摇 地气温差的变化
近 50 年来,桂林 0 cm地温和气温温差呈升高趋势,而其它各层地温和气温的温差呈现减小趋势 (图 3),
这主要是因为气温的增加幅度要大于 5—80 cm 地温而小于 0 cm 地温。 0—80 cm 地温和气温的温差在
1960—1980 年代变化幅度不大,到 1990 年代地气温差明显减小,2000 年代 0—20 cm 地气温差和 1990 年代
相比持平或升高,而 40 cm和 80 cm地气温差继续减小;1960 年代到 2000 年代的 50a,0 cm 地温和气温温差
升高了 0. 2 益,5—80 cm地温和气温温差分别降低了 0. 2、0. 2、0. 1、0. 2、0. 4、0. 3 益(表 5)。
8402 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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图 3摇 桂林年均地温和气温温差的变化
摇 Fig. 3 摇 Changes of difference between annual mean ground and
air temperatures in Guilin
5—80 cm年均地温和气温温差的气候倾向率为
-0. 113—-0. 046 益 / 10a,随着土壤深度的增加,地温和
气温温差的减小速率增加,即土壤越深,地气温温差的
减小幅度越大。
2. 5摇 气温和地温的气候突变和异常特征
利用式(2)、(3) 计算桂林平均气温和各层平均地
温气候突变年份(表 6)的结果表明,年均气温和夏季
80 cm地温的突变年分别出现在 1997 和 1977 年,即气
温和地温从一个相对偏冷期跃变为一个相对偏暖期;而
年均地温和四季气温、地温大多未出现气候突变现象。
桂林年、季平均气温和各层平均地温的异常年份
(表 7)特征:首先,春季平均气温在 1996 年异常偏低,
这与 5—80 cm 平均地温有相同的异常偏低年,而仅有
0 cm 地温在 2007 年出现了异常偏高现象。 夏季, 0、
15cm和 20cm地温在 1976 年出现异常偏低现象,40 cm
和 80 cm地温在 1978 年异常偏高,5 cm 和 10 cm 地温
无异常年份,而平均气温和各层地温间无相同的异常年份。 秋季,平均气温、40 cm和 80 cm均在 1967 年出现
异常偏低现象;而平均气温的异常偏高年为 1998 年,与 0—20 cm 地温的异常偏高年 1974 年不同。 冬季,平
均气温的异常偏高年为 1987 和 1999 年,无异常偏低年,这与各层地温的异常年份不同;各层地温的异
常偏高和偏低年主要出现在2009和1984年。其次,年均气温和年均地温的异常年份较多;年均气温在2007
表 5摇 桂林年均地温和气温温差的年代际平均、50 年平均及气候倾向率
Table 5摇 Interdecadal difference between mean ground and air temperatures, annual mean temperature difference in recent 50 years, and
climatic trend rate of annual mean temperature difference in Guilin
项目 Item
年代际平均 Interdecadal mean temperatures / 益
1961—1970 1971—1980 1981—1990 1991—2000 2001—2010
50a平均
Mean temperature
in recent 50 years
/ 益
气候倾向率
Climatic trend
rate
/ (益 / 10a)
0 cm地气温差
Difference between 0cm ground
temperature and air temperature
2. 1 2. 0 2. 1 1. 9 2. 3 2. 1 0. 050
5 cm地气温差
Difference between 5cm ground
temperature and air temperature
1. 4 1. 4 1. 4 1. 2 1. 2 1. 3 -0. 064
10 cm地气温差
Difference between 10cm ground
temperature and air temperature
1. 5 1. 5 1. 5 1. 3 1. 3 1. 4 -0. 054
15 cm地气温差
Difference between 15cm ground
temperature and air temperature
1. 5 1. 6 1. 5 1. 3 1. 4 1. 4 -0. 046
20 cm地气温差
Difference between 20cm ground
temperature and air temperature
1. 6 1. 6 1. 5 1. 2 1. 4 1. 5 -0. 072
40 cm地气温差
Difference between 40cm ground
temperature and air temperature
1. 8 2. 1 1. 9 1. 6 1. 4 1. 7 -0. 113
80 cm地气温差
Difference between 80cm ground
temperature and air temperature
1. 9 2. 1 2. 0 1. 8 1. 6 1. 9 -0. 092
9402摇 7 期 摇 摇 摇 陈超摇 等:1961—2010 年桂林气温和地温的变化特征 摇
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和 2009 年异常偏高,这与各层地温的异常偏高年较一致;而年均气温的异常偏低年出现在 1984 年,仅与 40
cm地温有相同的异常偏低年;各层地温间异常年份的一致性较好,异常偏高和偏低年大多分别出现在 2007、
2009 年和 1976 年。
表 6摇 桂林年、季平均气温和地温的突变年份
Table 6摇 Abrupt change yearsofannual and seasonal mean air and ground temperatures in Guilin
参数 Index 春季 Spring 夏季 Summer 秋季 Autumn 冬季 Winter 年 Year
平均气温 Mean air temperature 1997
0 cm地温 0cm ground temperature
5 cm地温 5cm ground temperature
10 cm地温 10cm ground temperature
15 cm地温 15cm ground temperature
20 cm地温 20cm ground temperature
40 cm地温 40cm ground temperature
80 cm地温 80cm ground temperature 1977
摇 摇 “ 冶为未出现气候突变现象
比较平均气温和各层平均地温的异常年份,春季平均气温和 5—80 cm 各层平均地温的异常偏低年较一
致,夏季平均气温和和各层地温间无相同的异常年份,秋季平均气温仅和 40、80 cm 地温的异常偏低年一致,
冬季平均气温和地温的异常年份对应性较差,而年均气温和各层地温的异常偏高年份较一致。
表 7摇 桂林年、季平均气温和地温的异常年份
Table 7摇 Anomalous years ofannual and seasonal meanair and ground temperatures in Guilin
参数 Index 春季 Spring 夏季 Summer 秋季 Autumn 冬季 Winter 年 Year
平均气温
Mean air temperature 1996(
-) 1974,1997(
-)
2003,2007(+) 1967(
-)1998(+) 1987,1999(+) 1984(-)2007,2009(+)
0 cm地温
0cm ground temperature 1976(
-)2007(+) 1976,1977(-) 1974(+) 1984(-)2009(+) 1976(-)2007,2009(+)
5 cm地温
5cm ground temperature 1976,1988,1996(
-) 1974(+) 1968,1984(-) 1976(-)2007 (+)
10 cm地温
10cm ground temperature 1976,1988,1996(
-) 1974(+) 2009(+) 1976(-)2009 (+)
15 cm地温
15cm ground temperature 1976,1988,1996(
-) 1976(-) 1974(+) 1984(-)2009(+) 1976(-)2007,2009(+)
20 cm地温
20cm ground temperature 1976,1988,1996(
-) 1976(-) 1974(+) 1984(-)2009(+) 1976(-)2007,2009(+)
40 cm地温
40cm ground temperature 1988,1996(
-) 1972,1978(+) 1967(-) 1984(-)2009(+) 1976,1984(
-)2007(+)
2009(+)
80 cm地温
80cm ground temperature 1988,1996(
-) 1978(+) 1967,2002(-) 2009(+) 1976(-)2007,2009(+)
摇 摇 (+)为异常偏高,(-)为异常偏低, 为无异常
3摇 讨论
全球气候变化正经历一次以变暖为主要特征的变化,与此同时,北半球和我国气候变暖中又出现了增温
的非对称性特征,即冬、春季与夜间的增幅幅度显著的高于夏、秋季和白天[1,24鄄27]。 昼夜温度对作物的生理效
应不同,日最高气温和日最低气温的升高可能对植物生长有不同影响,国内外学者通过模型和试验等方法对
此进行了研究[16鄄20]。 但是,地温也是影响植物生长的主要因素之一,在气候变暖背景下,关注地温的变化趋
势,研究气温和地温增温特征的一致性与否,以期进一步研究各因素对作物生长的影响机理,可以为制定合理
的农业气候变化适应措施和农业管理提供理论支撑。 过去,很多学者对不同时期、不同地区气温和地温的变
化趋势开展了一些研究[28鄄35],但是他们都没有关注气温和地温在变化过程中的关系,缺少二者间的对比
0502 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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分析。
本文对广西桂林气温和地温的研究表明,近 50 年来,各年、季气温和各层地温大部分呈显著的升高趋势,
这与已有研究结果一致[28鄄35];但本研究还表明,桂林气温和地温的升温速率和幅度不一致,即升温存在非对
称性,不同于 IPCC第三次评估报告[36]提出的升温存在时间尺度(夜间增温大于白天,冬季增温大于夏季)和
空间尺度(高纬度地区增温大于低纬度地区)的非对称性。 现有的全国和不同区域地气温差研究[37鄄41]大多仅
关注地表(0 cm)温度和气温温差的季节和年际变化,指出全国大部地区的地气温差场为正值,西北干旱区冬
季和秋末地气温差呈减小趋势,其它季节地气温差呈上升趋势。 本研究对桂林 0—80 cm 各层地温和气温的
温差分析表明,各层地温和气温的温差为正,除 0 cm地温和气温温差存在年际间的升高趋势外,由于气温的
增幅大于 5—80 cm各层地温的增幅,近 50 年来 5—80 cm 地温和气温的温差都呈减小趋势。 由于气温和地
温间呈现增温的非对称性特征,气温和地温的年、季气候突变现象和异常年份也存在着差异。 因此,桂林地温
与近地面层气温变化特征的不一致性是否会造成利用气温数据来评估气候变化对陆地生态系统影响的结论
存在较大误差;同时,桂林属于亚热带湿润地区,而对于其它气候类型地区来说地温和气温的变化趋势是否一
致,这些都是需要进一步讨论的问题。
4摇 结论
本研究利用气温和地温的逐月资料,分析了近 50 年桂林气温和各层地温的年代和季节变化趋势、地气温
差变化、气候突变和异常年份以及气温和地温关系,主要结论如下:
(1)桂林年均气温与各层地温的相关系数均在 0. 784 以上且均通过 0. 001 显著性检验,这说明地温与气
温的变化趋势具有较好的一致性。
(2)近 50 年来,年均气温和各层地温均呈极显著的升高趋势,但年均气温低于各层地温 1. 3—2. 1 益。
年均气温的增温速率和增温幅度 0. 184益 / 10a 和 0. 8 益高于除 0 cm 地温外其它各层地温的变化。 可以看
出,气候变暖的背景下,年均气温比地温(0 cm 地温除外)的响应更快、更强烈,气温和地温的升温存在非对
称性。
(3)四季气温和各层地温大部分以升温为主,仅有夏季 5—15 cm和 40 cm地温呈略微减小的趋势,平均
气温、5—40 cm地温在冬季的增温速率最高,而 0 cm 和 80 cm 地温增温速率的最高值分别出现在秋季和夏
季。 春季和夏季,随着土壤深度的增加,地温呈减小趋势,春季气温的 50 年平均小于 0—15 cm而大于 20—80
cm地温,夏季气温的 50a 平均小于 0—40 cm 而大于 80 cm 地温;秋季和冬季,随着土壤深度的增加,地温呈
增加趋势,秋、冬季气温的 50a 平均小于各层的地温。 总体来看,近 50 年来四季气温的增温速率要大于除
0 cm外其它各层地温的变化,由此表明,气候变暖背景下,四季平均气温比除 0 cm 外其它各层地温的响应更
快、更强烈。
(4)近 50 年来,桂林 0 cm地温和气温温差升高了 0. 2 益,而其它各层地温和气温的温差减小了 0. 1—
0郾 4 益,这主要是因为气温的增加幅度要大于 5—80 cm 地温而小于 0 cm 地温;5—80 cm 年均地气温差的气
候倾向率为-0. 113—-0. 046益 / 10a,且随着土壤深度的增加,地气温差的减小幅度加大。
(5)桂林年均气温和夏季 80 cm地温的突变年分别出现在 1997 和 1977 年,即气温和地温从一个相对偏
冷期跃变为一个相对偏暖期;而年均地温和四季气温、地温大多未出现气候突变现象。
(6)春季平均气温和 5—80 cm各层平均地温的异常偏低年较一致,秋季平均气温和 40、80 cm 地温的异
常偏低年一致,夏、冬季平均气温和地温的异常年份对应性较差,而年均气温和各层地温的异常偏高年较
一致。
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3502摇 7 期 摇 摇 摇 陈超摇 等:1961—2010 年桂林气温和地温的变化特征 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 33,No. 7 April,2013(Semimonthly)
CONTENTS
Frontiers and Comprehensive Review
Research progress on chemical communication of development and host鄄finding of nematodes
ZHANG Bin, HU Chunxiang, SHI Jin,et al (2003)
…………………………………………
………………………………………………………………………………
Principles, indicators and sampling methods for species monitoring XU Haigen, DING Hui, WU Jun, et al (2013)…………………
Autecology & Fundamentals
Spatial distribution pattern of human鄄caused fires in Hulunbeir grassland
ZHANG Zhengxiang, ZHANG Hongyan, LI Dongxue,et al (2023)
………………………………………………………………
…………………………………………………………………
Belowground biomass in Tibetan grasslands and its environmental control factors
YANG Xiujing, HUANG Mei, WANG Junbang, et al (2032)
………………………………………………………
………………………………………………………………………
Analysis on variation characteristics of air temperature and ground temperature in Guilin from 1961 to 2010
CHEN Chao, ZHOU Guangsheng (2043)
…………………………
……………………………………………………………………………………………
Winter bed鄄site selection by roe deer (Capreolus capreolus) in Huangnihe Nature Reserve
ZHU Hongqiang, GE Zhiyong, LIU Geng, et al (2054)
……………………………………………
……………………………………………………………………………
Leaf anatomical characteristics of the plants of grasslands in the Tibetan Plateau
LI Quanfa, WANG Baojuan, AN Lihua, et al (2062)
………………………………………………………
………………………………………………………………………………
A research on summer vegetation characteristics & short鄄time responses to experimental warming of alpine meadow in the Qinghai鄄
Tibetan Plateau XU Manhou, XUE Xian (2071)……………………………………………………………………………………
Cytological study on microsporogenesis of Solanum lycopersicum var. Micro鄄Tom under high temperature stress
PENG Zhen, CHENG Lin, HE Yanjun, et al (2084)
………………………
………………………………………………………………………………
A new plant height growth process model of Caragana forest in semi鄄arid loess hilly region
ZHAO Long, WANG Zhenfeng,GUO Zhongsheng,et al (2093)
……………………………………………
……………………………………………………………………
Germination inhibitory substances extracted from the seed of seven species of Quercus
LI Qingmei, LIU Yan, LIU Guangquan, et al (2104)
…………………………………………………
………………………………………………………………………………
Effects of water stress and fungicide on the growth and drought resistance of Flaveria bidentis
CHEN Dongqing, HUANGFU Chaohe, LIU Hongmei, et al (2113)
…………………………………………
………………………………………………………………
Characters of soil seed bank in copper tailings and its adjacent habitat SHEN Zhangjun, OU Zulan, TIAN Shengni, et al (2121)…
Changes of soil chemical properties after different burning years in typical steppe of Yunwun Mountains
LI Yuan, CHENG Jimin, WEI Lin, et al (2131)
………………………………
…………………………………………………………………………………
Effects of water and fertilizers on nitrate content in tomato fruits under alternate partial root鄄zone irrigation
ZHOU Zhenjiang, NIU Xiaoli, LI Rui, et al (2139)
……………………………
………………………………………………………………………………
Effect of land use on the characteristics of organic carbon and labile organic carbon in soil aggregates in Karst mountain areas
LI Juan,LIAO Hongkai,LONG Jian,et al (2147)
………
……………………………………………………………………………………
Mobilization of inorganic phosphorus from soils by five azotobacters ZHANG Liang, YANG Yuhong, LI Qian, et al (2157)…………
Physiological鄄ecological responses of Iris germanica L. to Cd stress and its accumulation of Cd
ZHANG Chengxiang, CHEN Weifeng (2165)
………………………………………
………………………………………………………………………………………
The available forms and bioavailability of heavy metals in soil amended with sewage sludge
TIE Mei, SONG Linlin, HUI Xiujuan, et al (2173)
……………………………………………
………………………………………………………………………………
LAI鄄based photosynthetic light response model and its application in a rainfed maize ecosystem
SUN Jingsong, ZHOU Guangsheng (2182)
………………………………………
…………………………………………………………………………………………
The dominant species of predatory natural enemies of three kinds of planthoppers and impact of pesticides on natural enemies
in paddy field LIN Yuan, ZHOU Xiazhi, BI Shoudong, et al (2189)……………………………………………………………
Population, Community and Ecosystem
Spatial and temporal variation of picophytoplankton in the Pearl River Estuary
ZHANG Xia, HUANG Xiaoping, SHI Zhen, et al (2200)
…………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Analysis of the relationship between species diversity and hydrologic factors during an interval of intermittent water delivery at
the Lower Reaches of Tarim River, China CHEN Yongjin, LIU Jiazhen, CHEN Yaning, et al (2212)…………………………
Fish species composition and community pattern in the continental shelf of northwestern South China Sea
WANG Xuehui, LIN Zhaojin, DU Feiyan, et al (2225)
……………………………
……………………………………………………………………………
Distribution and succession of plant communities in Lake Bita coastal swamp on the plateau region, northwestern Yunnan
HAN Dayong, YANG Yongxing, YANG Yang (2236)
…………
………………………………………………………………………………
Analysis on community structure and quantitative characteristics of Nitraria tangutorum nebkhas at different succession stage in
lower reaches of Shiyang River JIN Hujia,MA Quanlin,HE Mingzhu,et al (2248)………………………………………………
Resource and Industrial Ecology
Effects of subsoiling and supplemental irrigation on dry matter production and water use efficiency in wheat
ZHENG Chengyan, YU Zhenwen, ZHANG Yongli, et al (2260)
…………………………
…………………………………………………………………
Effects of two years忆 incorporation of leguminous green manure on soil properties of a wheat field in dryland conditions
ZHANG Dabin, YAO Pengwei, LI Jing, et al (2272)
………………
………………………………………………………………………………
Effects of planting with ridge and furrow mulching on maize growth, yield and water use efficiency in dryland farming
LI Rong, HOU Xianqing, JIA Zhikuan, et al (2282)
………………
………………………………………………………………………………
Urban, Rural and Social Ecology
Effects of riparian buffers of North Mort of Beijing on air temperature and relative humidity
WU Fangfang, ZHANG Na,CHEN Xiaoyan (2292)
……………………………………………
…………………………………………………………………………………
Characteristics of spatial and temporal variations of global solar radiation in Xi忆an and relevant response in urban development
ZHANG Hongli,ZHANG Naweirui, LIU Minru,et al (2304)
………
………………………………………………………………………
Research Notes
A analysis of macrofungal flora diversity in Langyashan Nature Reserve, Anhui Province, China
CHAI Xinyi, XU Xuefeng, WANG Meiying, et al (2314)
………………………………………
…………………………………………………………………………
玉
《生态学报》2013 年征订启事
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迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方法、新技术介绍;新书评价和
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第 33 卷摇 第 7 期摇 (2013 年 4 月)
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Vol郾 33摇 No郾 7 (April, 2013)
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