城市生态研究所

  一、基本情况介绍

  城市生态研究所自2016年成立以来，重点开展森林生态系统定位观测研究、新优园林植物种质资源创新开发、林业碳汇（湿地碳汇）、生态景观规划及生态保护修复等研发工作。该所经过国家林业和草原局、省科技厅和省林业局批复建有国家和省部级平台4个，分别为：湖南长株潭城市群森林生态系统国家定位观测研究站（中国第一个城市森林生态站）、国家林业草原杜鹃工程技术研究中心、湖南省城市森林生态研究中心和长株潭城市群森林生态系统湖南省野外科学观测研究站。现有全职人员12人，其中高级职称2人，中级职称4人，博士后1人，博士3人，硕士6人。专业涵盖生态学、植物学、森林经理学、风景园林等。先后承担了国家、省部级项目30多项；获国家专利5项、省科技进步奖3项、梁希林业科技奖2项、湖南专利奖1项；选育出省级林木新品种（良种）4个；制定湖南省地方标准5项；公开发表或交流论文80余篇（其中SCI收录9篇）；取得软件著作权3项；与中南林业科技大学、湖南农业大学联合培养研究生14名。

  二、主要研究方向

  城市生态研究所重点围绕森林生态系统定位观测研究、新优园林植物种质资源创新开发和生态保护修复及景观规划等领域开展研发工作。主要包括：

  （一）城市森林生态系统结构与功能研究

  通过长期开展水文、土壤、气象、生物等生态因子观测与试验分析，研究城市森林群落结构与演替格局，阐明城市森林植物个体、种群、群落、斑块等不同尺度生态学过程、驱动机制及其生物环境效应。

  （二）城市森林生态系统服务功能研究

  在应对全球气候变化、城市生物多样性降低、城市环境承载力下降等背景下，构建城市森林生态系统服务价值评估指标体系，指导城市森林建设以改善人居环境和保障居民健康。

  （三）美丽城乡景观构建关键技术研究与示范

  以长株潭城市群森林绿心区为研究对象，研究城市人文、经济、生态环境与城市森林间的相互关联机制和作用机理，探索美丽城乡景观构建的关键技术并推广应用。

  （四）杜鹃等新优园林植物种质资源创新与开发利用研究

  以中低海拔地区杜鹃属植物为研究对象，集成现代生物技术育种和传统育种方式、仿生栽培技术、规模化快繁技术、花期调控技术和景观营建技术等，重点围绕野生种质资源开发利用、优良新品种选育、现代化商品花卉及标准化苗木等关键技术重点，以“产学研”相结合的模式系统开展研究和工程化示范。

  三、科研平台

  （一）湖南长株潭城市群森林生态系统国家定位观测站

  1.生态站基本情况

  湖南长株潭城市群森林生态系统国家定位观测研究站（以下简称“长株潭生态站”）位于长江中下游长株潭城市群，是我国建立的第一个城市森林生态站。长株潭生态站观测网络呈一主两辅多点布局，主站设长沙市雨花区湖南省植物园内（28°3'36"N，113°1'35"E），辅站分别位于株洲石峰（27°51'43"N，113°6'27"E）和湘潭昭山（27°58'22"N，113°0'15"E），多点分布长株潭三市各地，并逐渐辐射全省。长株潭生态站于2013年获原国家林业局批准建站，2019年获湖南省科技厅批复为野外科学观测研究站，2019年5月通过验收。该站归口管理单位为湖南省林业局，技术支撑单位为湖南省植物园与中南林业科技大学，严格按照国家及行业规范标准挂牌运行。

  长株潭生态站地处南方红壤丘陵地区，属亚热带季风性湿润气候，典型地带性森林植被类型为常绿阔叶林，主要观测的植被类型包括马尾松纯林、湿地松纯林、马尾松-樟树针阔混交林、樟树常绿阔叶林等。建站以来，长株潭生态站围绕生物多样性降低、生态系统服务功能减弱和环境承载力下降等问题，聚焦城市森林、湿地生态系统结构、功能及其演变过程，系统开展了全球气候变化下的城市生态系统过程及功能监测、南方城市环境污染防治与生态修复、城市生物多样性保育与生态服务功能评价等方面的长期综合监测和实验研究。长株潭生态站建有植被固定监测样地25个，生物多样性样方167个。配备仪器设备1200台/套，价值2000多万元。长株潭生态站现有专职研究人员24人，外聘专家6人，其中研究员9人，副研究员9人，博士学历2人，专业涵盖生态学、植物学、风景园林、水土保持、森林经理、观赏园艺等。

  2.生态站取得成果情况

  2022年国家林业和草原局在各地各单位开展自评估基础上，组织专家从数据观测、科研产出、成果应用、条件保障、人才培养、机构建设等六个方面，对166个已建成站近五年（2017-2021年）建设管理情况进行了综合评估，并按照优、良、中、差四个等级进行评估分级。在进行了综合评估的166个生态站中，长株潭生态站综合评估排名第14位，考评为优秀，为湖南林业赢得了荣誉。

  （1）承担项目、发表论文专著等。长株潭生态站2021-2022年度承担国家、省部级各类科研项目20余项，项目经费约600余万元。2021-2022年度发表或交流论文20余篇，其中高水平杂志或卓越创新期刊论文5篇；出版专著1部。累计获省科技进步奖1项，梁希科普活动奖1项，国家发明专利2项、制定发布地方标准2项。

  （2）发布白皮书、监测报告、咨询报告等。为湖南省林业局编制《湖南省生物多样性白皮书》提供基础数据，受邀为张家界武陵源风景名胜区和国家森林公园管理局提供生态监测服务并出具《张家界国家森林公园生态环境清新空气监测报告》，受邀为大围山国家森林公园提供生态监测服务并出具《大围山国家森林公园负氧离子监测报告》。为莽山国家森林公园、阳明山国家森林公园、韶山市东升园林绿化有限公司和映湘秀园艺场等单位和企业提供景观设计和咨询服务。长株潭生态站利用专业优势，为国家和地方等政府部门的相关决策提供了坚实的支撑作用。长株潭生态站是集物种保存、科学研究、科普教育、生态旅游和开发利用五大功能于一体的综合性平台，长期监测研究城市森林生态系统功能、人为活动与经济社会发展之间的相互影响关系，对实现城市森林生态系统的健康运行具有十分重要的意义。

  （3）科研进展。长株潭生态站聚焦城市森林、湿地生态系统结构、功能及其演变过程，系统开展了城市生态系统长期综合监测和实验研究。一是研究土壤细菌群落组成和多样性沿不同城市化梯度的变化规律，结果表明湿地土壤细菌的优势类群主要包括Proteobacteria(变形菌门,39.3%)、Acidobacteria(酸杆菌门,21.4%)和Chloroflexi(绿弯菌门,12.3%），城市化强度高的地区土壤微生物的组成与其他地区差异显著。土壤pH、总磷(TP)、有效磷(AP)和氨氮(NH4+-N)对细菌群落变化的贡献率显著，分别为49.6%、35.1%、26.2%和30.7%，pH和NH4+-N是城市湿地细菌群落变化的驱动因子。二是申请获得的国家发明专利“溪畔杜鹃的扦插繁殖方法”（ZL 2014 1 0753846.2）荣获湖南专利奖三等奖。团队经过多年的技术积累，围绕杜鹃花种质资源创新等核心专利，申请了相关外围专利，包括7项中国专利、5项地方标准及3项软件著作权等，覆盖了繁育、景观构建及监测等多项相关技术，形成全方位的专利保护群。通过开展溪畔杜鹃扦插繁殖技术研究，控制最佳生根植物激素、基质，提升生根率和生根质量。本专利技术不仅可以系统开展溪畔杜鹃迁地保育、标准化快繁及生产应用，而且类似高山杜鹃快繁及应用均可参照本专利技术，解决了长期困扰高山杜鹃繁殖及应用的技术瓶颈。

  与湖南师范大学合作共建长株潭城市生态联合观测研究站，引入的仪器设备已安装完成；与大围山国家森林公园管理处合作在大围山国家森林公园成立湖南长株潭城市群森林生态系统国家定位观测研究站大围山分站。

  长株潭生态站现场综合评估与湖南师范大学合作共建

  圭塘河生态监测鸟类生物多样性调查

  （二）国家林业草原杜鹃工程技术研究中心

  1.工程中心基本情况

  湖南省植物园科研团队系统开展杜鹃属植物研发二十余年，2018年3月经原国家林业局批复依托湖南省植物园组建“国家林业草原杜鹃工程技术研究中心”（以下简称“工程中心”）。工程中心围绕“美丽中国”、“新城镇建设”、“花卉产业发展”和“农村经济发展”等事关国家和农林业发展战略问题，针对限制当前我国杜鹃等特色绿化观赏苗木产业发展的“瓶颈”，以产业化生产关键技术为核心，以现代技术为研究手段，系统研究杜鹃等特色花卉种质资源开发利用、自主知识产权新品种选育、现代化商品花卉及标准化苗木生产技术，以及花卉在人居环境中的景观营造、绿化美化和生态功能等方面的花卉工程技术问题，建立完整的杜鹃花卉苗木产业链，奠定整个苗木花卉产业良性发展的基础，提高我国杜鹃特色花卉的出口创汇能力，从而全面提升我国的杜鹃花卉产业的整体水平。

  2.工程中心的主要目标和任务

  工程中心的主要目标：建成杜鹃等特色绿化观赏苗木工程技术创新和产业化的最重要的基地，建设成为我国杜鹃等特色乡土花卉科技成果转化的孵化器和我国杜鹃等木本花卉苗木行业科技生产力发展的重要平台，建成我国杜鹃等特色观赏苗木工程技术国际交流的主要窗口和信息平台。

  工程中心的主要任务：以中低海拔地区杜鹃属植物为研究对象，集成现代生物技术育种和传统育种方式、仿生栽培技术、规模化快繁技术、花期调控技术和景观营建技术等，重点围绕野生种质资源创新、优良新品种选育、现代化商品花卉及其开发利用关键技术，以“产学研”相结合的模式系统开展研究和工程化示范。

  3.工程中心建设情况

  工程中心经过多年钻研，在杜鹃等特色园林花卉研发领域已有丰富的种质资源基因库、先进和完善的设备、成熟的科技平台和产业化成果转化基地。现建有600㎡杜鹃科研温室和2000㎡杜鹃核心种质资源库，维修改造杜鹃资源与种质创新实验室、育种工程技术实验室等6个实验室，拥有主要大型仪器设备160台（套），包括GC-MS荧光定量仪、凝胶成像系统、细胞粉碎仪和植物光合分析仪等，总价值1200余万元。建设完善了450亩中国杜鹃属种质资源保存库，研究团队先后从云南昆明、江西庐山、井冈山、贵阳、湖南阳明山、莽山、大围山等地引种收集杜鹃花种质资源230余种(含品种)，并持续进行新优杜鹃开发利用研究；完成了杜鹃花核心种质资源库灌溉系统、宣传栏、标识标牌等标识系统建设，建立杜鹃属植物样地10个；2019年经单位申请，杜鹃工程中心组织考察，确认宁乡映乡秀园艺场为国家林业草原杜鹃工程技术研究中心示范基地；2021年与长沙理工大学、中南林业科技大学、湖南农业大学、湖南省浏阳大围山国家森林公园管理处等9家高校和科研单位签订了《湖南省杜鹃花产学研联盟战略合作协议书》，牵头组建了杜鹃花产学研战略联盟，将杜鹃花龙头企业和以杜鹃生态旅游为主的机构等单位组成产业联盟；2022年与大围山国家森林公园管理处合作在大围山国家森林公园成立国家林业草原杜鹃工程技术研究中心大围山分中心、湖南省植物园大围山杜鹃花科学研究工作站；联合北京林业大学、中南林业科技大学、湖南农业大学建立研究生培养基地，联合培养杜鹃相关技术人才。此外，工程中心承担杜鹃研学课程研发和应用，持续开展涉及园林、生态领域的科技咨询、讲座、鉴定等科技服务工作，科技影响力持续增大。

  4.工程中心取得成果情况

  依托工程中心平台申报相关项目（课题）30余项，包括国家公益性行业科技专项、杜鹃花国家林木种质资源库建设、中央财政林业科技推广示范资金项目、省重点领域研发计划等，研究内容涵盖杜鹃属植物种质资源迁地保育及创新、遗传育种、园林应用等领域，累计争取科研经费2400.00余万元。工程中心自2018年成立以来，累计公开发表或交流论文40余篇，其中SCI论文3篇；获得省、部级科技进步奖6项，湖南省专利奖1项；制定颁布地方标准5项；获国家发明专利2项；获国家软件著作权登记证书3项；联合培养研究生8人；接待国内外专家、领导参观交流多次，接待人数达1000余人次，较好地发挥了科研窗口和名片作用。产业开发支撑有力，先后与5家国家森林公园、企业和合作社建立产学研合作关系，支撑相关单位在杜鹃生态旅游、苗木生产、景观构建及其专用肥料生产等方面的产业发展。

  工程中心长期注重科研成果的转化和示范推广，多年以来，先后结合西施杜鹃、金萼杜鹃、马银花杜鹃等相关技术成果进行基地示范推广和市场转化。成果在湖南韶山、株洲、娄底、郴州、浏阳、益阳、岳阳汨罗等地推广，并辐射到广西、江西、福建、四川和广东等省份，新增产值达千万余元。先后与湖南张家界国家森林公园、常德花岩溪国家森林公园、永州双牌阳明山国家森林公园、湖南湘植园林科技有限公司、湖南创峰园林科技发展有限公司、韶山市东升园林绿化有限公司等单位和企业合作建立了杜鹃生态旅游节和推广示范。

  四、科研成果及应用

  （一）国家发明专利“溪畔杜鹃的扦插繁殖方法”荣获湖南省专利奖

  本专利是由湖南省植物园（工程中心）科研人员申请，开拓了高山杜鹃研发领域新的技术思路，为溪畔杜鹃等高山杜鹃标准化快繁提供有力的借鉴和坚实的技术基础。

  湖南省植物园杜鹃花研究团队以溪畔杜鹃等珍稀高山杜鹃的无性快繁及开发应用为导向，通过开展溪畔杜鹃扦插繁殖技术研究，控制最佳生根植物激素、基质，提升生根率和生根质量。依据本专利技术不仅可以系统开展溪畔杜鹃迁地保育、标准化快繁及生产应用，而且类似高山杜鹃快繁及应用均可参照本专利技术，解决了长期困扰高山杜鹃繁殖及应用的技术瓶颈。同时，本专利首次提出了“基于中低海拔地区野生杜鹃种质资源创新研发技术体系”。该技术集成梯度式引种、仿生驯化、差异化无性快繁及多元景观应用的理论体系，为湖南省乃至亚热带地区杜鹃属植物的种质创新和开发利用奠定了理论支撑和技术指引，并累计应用于近150种杜鹃。本专利技术解决了本领域溪畔杜鹃等高山杜鹃低海拔引种驯化栽培的技术问题；解决了中高山杜鹃无性繁殖难、适应性差等技术难题，为传统高山杜鹃园林应用提供了技术基础；解决了溪畔杜鹃的标准化快繁技术瓶颈，为该物种规模化快繁提供了技术路径。

  湖南省植物园经过多年的技术积累，围绕杜鹃花种质资源创新等核心专利，申请了相关外围专利，包括7项中国专利、5项地方标准及3项软件著作权等，覆盖了繁育、景观构建及监测等多项相关技术，推动了本土花卉振兴和国际化的步伐，促进了花卉种质资源创新，对于湖南省的花木产业发展、生态强省、美丽中国建设等方面具有重要意义。

  （二）城市化引起的环境变化强烈影响湿地土壤细菌群落组成和多样性

  杜鹃工程技术研究中心易心钰博士以第一作者身份在国际SCI期刊《Environmental Research Letters》发表了题为“Urbanization-induced environmental changes strongly affect wetland soil bacterial community composition and diversity”的学术论文。该成果发表是我园科技人员首次在JCR一区刊物上发表相关成果，2021年影响因子为6.793。

  了解城市化对湿地土壤细菌群落的关系，对于研究城市化对湿地养分循环和全球生物地球化学循环的影响具有重要意义。为了探究影响湿地土壤细菌群落的关键因素及其与不同城市化梯度的关系，本研究沿城市化强度梯度从20个湿地生态系统中采集了60份土壤样本，采用高通量测序技术对土壤细菌进行测序分析，并测量了一系列土壤环境因子，研究了土壤细菌群落组成和多样性沿不同城市化梯度的变化规律。

  研究结果表明，湿地土壤细菌的优势类群主要包括Proteobacteria(变形菌门,39.3%)、Acidobacteria(酸杆菌门,21.4%)和Chloroflexi(绿弯菌门,12.3%），城市化强度高的地区(UI_4)土壤微生物的组成与其他地区差异显著。土壤pH、总磷(TP)、有效磷(AP)和氨氮(NH4+-N)对细菌群落变化的贡献率显著，分别为49.6%、35.1%、26.2%和30.7%，pH和NH4+-N是城市湿地细菌群落变化的驱动因子。研究强调了城市化影响下环境因素对湿地细菌群落的“限制因子”的重要性，即土壤细菌多样性中存在一个关键的“阈值”，低到中等城市化强度区域，细菌群落结构呈现相对稳定，然而，一旦系统超过某一阈值，土壤理化性质和细菌群落的参数就会迅速转向新的稳定状态。此外，区域尺度低估了细菌群落的真实变化，土壤养分等环境因子和空间异质性使细菌群落结构和多样性呈现出高度的环境依赖模式。该项研究是我园生态所与高校科研机构采取联合科研攻关和人才培养的成果，也是依托长株潭生态站长期观测研究基础上在湿地生态学领域取得的重要研究进展。

  近年来，省植物园以事业单位改革为新的起点，聚焦植物迁地保育、城市生态和花木种业等核心科研领域，整体研发水平及其影响力显著增强。

  图3结构方程模型研究了城市化强度、环境因子、细菌丰度沿城市化强度的相互作用，箭头表示显著效应大小(P<0.1)，箭头的厚度表示关系的强度(绿线表示正关系，红线表示负关系)，P值为标准化路径系数。ToN,总营养成分;AvN,有效态氮;URB,基于不透水面面积的城市化强度。

  图4基于16S rRNA扩增子测序结果预测不同城市化强度下微生物群落细胞处理、遗传信息处理和代谢等相关功能。*表示不同城市化强度之间存在显著性差异(Kruskal-Wallis检验，**P<0.01，*P<0.05)

  五、对外交流

  2021年

  （1）3月10日，园生态所科技人员赴林科院油茶中心开展生态站建设学习。

  （2）4月6-8日，园生态所科技人员赴江苏南京参加第二届城市森林大会。

  （3）4月27日，省林业科技创新会议专家来长株潭生态站和杜鹃工程中心进行现场考察。

  （4）4月28日，园生态所科技人员在长沙华美达酒店开展中央财政科技推广项目“优良杜鹃新品种溪畔白霞及其森林景观应用技术”培训。

  （5）6月19日，园生态所与湖南师范大学召开生态合作会议。

  （6）7月1日，园生态所科技人员赴中南林业科技大学开展中南林19级生态学专业实习动员会议。

  （7）7月8日，园生态所为中南林业科技大学2018级学生开展生态监测与评价实习校外实习课。

  （8）7月12-15日，园生态所科技人员赴宁夏银川参加CFERN&第八届学术年会暨优秀学术成果奖励大会。

  （9）9月25日，彭春良书记带队园生态所科技人员赴张家界开（4）10月15日，园生态所负责湖南省内9家高校、科研院所和企事业单位组建湖南杜鹃产业联盟。

  （10）10月21日，园生态所科技人员赴云南漾濞参加CFERN国标认证会议。

  （11）11月17-18日，国家林草科技大讲堂第十四期在常德召开，园生态所廖菊阳研究员围绕新优精品杜鹃花等特色经济林（花木）线上线下同步开展讲课，并获得国家林草局通报表扬。

  （12）12月15日，园生态所与中南林业科技大学风景园林学院开展学术研讨会议。

  （13）12月16日，园生态所协助开展“碳中和碳达峰”会议。

  展生态监测。

  （14）12月23-24日，园生态所科技人员在长沙华美达酒店参加2021年湖南省公益林生态监测评价技术培训。


  2022年

  （1）3月10日，海南省林业局领导专家来长株潭生态站考察指导。

  （2）3月24日胡长清局长一行到省植物园考察国家林业草原杜鹃工程技术研究中心。

  （3）4月22日，园生态所与双牌县召开合作会议。

  （4）4月28日，园生态所负责与浏阳大围山国家森林公园管理处召开合作共建暨揭牌仪式。

  （5）5月7日，长沙自然资源中心领导专家来长株潭生态站进行现场考察。

  （6）5月20日，园生态所与湖南师范大学召开合作共建会议暨揭牌仪式。

  （7）6月20日，园生态所与湖南师范大学召开合作座谈会。

  （8）6月22日，中南林业科技大学师生80余人到生态所开展专业实习。

  （9）8月22-24日，园生态所科技人员赴云南漾濞参加CFERN&第九届学术年会暨优秀学术成果奖励大会。

      海南省林业局现场考察                          中国地质调查局长沙中心现场考察