草藻型稳态转换对湖泊微生物结构及其碳循环功能的影响

湖泊是地球表层系统中水、土、气等各个圈层相互作用的联结点,对区域物质如碳等元素循环具有重要影响.微生物是湖泊等水生态系统中的重要组成部分,是湖泊等生态系统中碳等元素物质循环的主要驱动者,是深入了解湖泊碳循环过程的关键.受人类活动等影响,湖泊生态系统,尤其是浅水湖泊生态系统往往表现出以高等水生植物(草型)为主要初级生产者的清水稳定态和以浮游藻类(藻型)为主要初级生产者的浊水稳定态,而随着湖泊营养负荷和湖泊环境条件的变化,这两个不同的稳定态之间可以发生转换或者剧变,这种剧变不仅影响湖泊生态系统中的微生物结构,而且对湖泊中有机碳的形成、循环过程及其微生物驱动机制产生重大影响.本文重点就湖泊生态系统中有机碳的转换与微生物关系以及草藻型稳定态的转换对微生物结构及其碳循环功能的影响等进行综述,进一步分析其中的关键科学问题,以期为深入了解湖泊生态系统中碳等元素循环的微生物驱动过程与机制提供帮助.     

湖泊硫循环微生物研究进展

湖泊是响应气候和环境变化的关键生态系统,是研究元素(如碳、氮和硫等)生物地球化学循环的热点环境。湖泊(尤其咸盐湖)具有硫酸盐含量高且含硫化合物种类丰富的特点,因而湖泊中硫元素生物地球化学循环过程非常活跃。微生物是驱动湖泊硫循环的重要推手。因此,研究湖泊中微生物参与的硫元素生物地球化学循环过程以及相关微生物类群构成,对于深入探索微生物在湖泊生态系统中的作用具有重要意义。本文综述了湖泊中驱动硫循环的微生物(硫氧化菌和硫酸盐还原菌)种群多样性、功能基因、代谢途径、硫氧化/硫酸盐还原速率及其对环境条件变化响应等方面的研究现状,并对未来湖泊微生物驱动的硫循环研究方向进行了展望。     

森林生态系统硅素循环研究进展

硅是植物生长发育的有益元素,其在生态系统内的迁移转化是维持生态系统结构与功能的决定性因素之一。近年来,陆地生态系统硅循环特别森林生态系统硅循环在全球生物地球化学循环中的重要性,受到越来越多的关注。该文总结了国内外森林生态系统硅循环研究的成果,在综述了硅在森林生态系统中的存在形态、分布、循环过程的基础上,总结了森林生态系统硅循环的特点、作用及其影响因素,并指出典型森林生态系统类型中硅循环规律的研究、森林生态系统与其它生态系统硅循环的比较研究、森林生态系统硅循环对全球气候变化的影响和响应研究和人类干扰对森林生态系统硅循环的影响的研究将是今后开展森林生态系统硅循环研究的重点。     

植物在湿地养分循环中的作用

植物是湿地生态系统的重要组成部分之一,在养分循环过程中起着重要的作用。植物通过自身的生长代谢吸收湿地中的营养元素,但植物对营养物质的吸收能力随植物种类、群落组成及季节不同而存在差异;不同植物以及植物的不同器官对营养元素的累积特征存在显著差异,并随生长节律表现出明显的季节动态;植物本身的化学组成和特征制约着枯落物的分解和矿化过程,从而影响植物的养分归还。本文从植物对湿地营养元素吸收、累积以及养分归还方面总结了植物在湿地养分循环中的作用,指出目前研究中存在的不足,并对今后的研究提出一些建议。     

红树林沉积物中微生物驱动硫循环研究进展

红树林滨海湿地是在周期性咸水、淡水作用下形成的特殊生态系统,其沉积物中有机质含量丰富,微生物驱动的营养物质循环活跃。由于红树林沉积物中硫酸盐含量高、硫化物种类多,因此红树林是研究硫元素生物地球化学循环过程和机制的理想系统。本文综述了红树林生态系统中主要的硫元素循环过程,重点总结了硫氧化和硫酸盐还原过程及其功能微生物,分析了影响硫氧化和硫酸盐还原的主要环境因素,并对红树林沉积物中微生物驱动硫循环的重点研究方向进行了展望。鉴于微生物驱动的硫循环过程耦合碳、氮和金属元素循环,本文可为深入探究微生物驱动的生物地球化学元素循环耦合机制提供参考。     

红树林沉积物中微生物驱动硫循环研究进展北大核心CSCD

红树林滨海湿地是在周期性咸水、淡水作用下形成的特殊生态系统,其沉积物中有机质含量丰富,微生物驱动的营养物质循环活跃。由于红树林沉积物中硫酸盐含量高、硫化物种类多,因此红树林是研究硫元素生物地球化学循环过程和机制的理想系统。本文综述了红树林生态系统中主要的硫元素循环过程,重点总结了硫氧化和硫酸盐还原过程及其功能微生物,分析了影响硫氧化和硫酸盐还原的主要环境因素,并对红树林沉积物中微生物驱动硫循环的重点研究方向进行了展望。鉴于微生物驱动的硫循环过程耦合碳、氮和金属元素循环,本文可为深入探究微生物驱动的生物地球化学元素循环耦合机制提供参考。     

区域尺度陆地生态系统碳收支及其循环过程研究进展

地球系统的碳库和碳循环过程变化是影响气候系统的重要因素,而陆地生态系统的碳收支及其循环过程机制研究一直是全球气候变化成因分析、变化趋势预测、减缓和适应对策分析领域的科学研究热点。回顾了过去几十年区域尺度陆地生态系统碳循环和碳收支研究领域的国际前沿及其关键科学问题,并分析了我国在该研究领域的科技需求和发展方向。当前国际科学研究的热点和前沿领域主要包括:生态系统和区域碳储量和碳收支的清查、综合计量与碳汇认证,陆地生态系统碳通量的联网观测及其循环过程机制,陆地生态系统碳循环过程对气候变化响应野外控制试验,陆地生态系统水、碳、氮循环及其耦合关系机制和模拟模型研究等,同时指出在这些研究领域依然存在且急需解决的关键科学问题。我国近期的科技工作重点工作应该是努力构建天-地-空一体化的碳储量和碳收支动态监测体系、开展生态系统碳-氮-水耦合循环及其区域调控管理的前瞻性研究,定量评价中国生态系统的碳收支状况和增汇潜力,评估各种典型生态系统增汇技术的经济效益,为国家尺度的温室气体管理和碳交易机制与政策体系的建立提供可报告、可度量和可核查的科学数据和技术支持。     

硅的生物学功能及在草地生态系统中的应用研究进展

硅能增强农作物对干旱和重金属如铝、镉、锰等的抗性已得到大量的证实,但硅在草地生态系统中的作用及作用机理至今没有明确。将国内外有关硅对土壤质地、植物个体生长以及植物群落结构影响的最新研究进行归纳,以期为硅在草地生态系统中的应用提供理论支持。通过总结发现,硅能够提高土壤有机碳、硝态氮、铵态氮和速效磷含量;在施氮肥情况下,硅肥添加通过改善植物群落的光照条件,提高杂类草的生长高度,从而缓解因氮肥添加导致的物种丰富度降低,提高植物群落的地上生产力。因此,硅在草地生态系统中具有非常重要的作用,今后应加强硅对植物生物量碳氮和土壤有机碳积累的调控作用、硅对草地生态系统中碳、氮、磷元素的生物地球化学循环规律和生产力形成机制方面的研究工作。     

洪湖生态系统钙的地球化学特征

钙是湖泊生态系统中重要的营养元素,也是决定系统稳定性的重要元素之一。水中钙盐由于溶解和沉淀过程而发生迁移,植物对钙的吸收也会引起钙在系统中的重新分配,因此,水和植物是钙在湖泊生态系统中表现其地球化学特征的重要介质。本文从水、植物和沉积物三个层次讨论了钙在生态系统中的地球化学行为及其分布特征。       

生态系统碳氮磷元素的生态化学计量学特征

生态系统元素平衡是当前全球变化生态学和生物地球化学循环的研究热点和焦点.在系统介绍生态化学计量学与碳氮磷元素循环研究进展的基础上,重点从土壤C:N:P化学计量比的分布特征、指示作用、对碳固定的影响,以及人类活动对C:N:P比的影响等方面探讨了C:N:P比在养分限制、生物地球化学循环、森林演替与退化等领域中的应用等问题,并展望了生态系统碳氮磷平衡的元素化学计量学未来研究的发展方向.通过对生态化学计量学理论和方法的研究,可以深入认识植物-凋落物-土壤相互作用的养分调控因素,对于揭示碳氮磷元素之间的相互作用及平衡制约关系,为减缓温室效应提供新思路和理论依据,具有重要的现实意义.     

淡水湖泊附着藻类生态学研究进展

附着藻类是淡水生态系统初级生产者的主要组成部分,对淡水生态系统营养盐循环及沉水植物分布具有重要的影响。本文对近年来淡水湖泊生态系统中附着藻类群落组成、生态功能以及主要影响因子进行了分析,从附着藻类种群结构入手,指出附着藻类通过改变群落中优势种的组成来适应不同的环境,阐述了附着藻类在湖泊生态系统营养盐循环中的作用及其与沉水植物之间的关系。针对淡水湖泊富营养化问题,提出了今后附着藻类生态学研究应侧重于:主要因子(如弱光、高浓度的营养盐等)的交互作用对附着藻类的影响,原位实验方法弄清楚附着藻类在湖泊生态系统碳、氮、磷生物地球化学循环中的作用,以及富营养湖泊附植藻类与沉水植物相互作用的机理。     

长江河口九段沙互花米草湿地生态系统N、P、K的循环特征

研究了九段沙外来入侵种互花米草（Spartina alterniflora）湿地生态系统的营养元素含量、分布规律与循环特征。结果表明,九段沙的上沙、中沙和下沙互花米草湿地土壤全量养分含量差异相对较小,而速效性养分含量差异相对较大。土壤剖面中TK含量大大高于TN和TP含量,排序为:TK＞TN＞TP。各沙洲速效性养分含量排序为：速效K＞速效N＞速效P。土壤速效性养分与全量养分的空间分布规律并不一致,土壤剖面营养元素的垂直分布差异比较明显,速效性养分土壤剖面垂直分异比全量养分显著。各深度土壤营养元素含量均存在差异,不同沙洲同一深度土壤营养元素含量也存在差异。各沙洲不同深度土壤TN含量的差异明显大于TP和TK含量差异。植物中3种营养元素含量以K最高,N其次,P最低。湿地生态系统营养元素归还量远大于存留量。吸收系数排序为：N＞P＞K。不同沙洲营养元素的利用系数和循环系数存在明显差异,上沙P元素、中沙与下沙K元素利用系数最大,上沙K元素、中沙P元素与下沙N元素循环系数最大。     

荒漠生态系统磷循环及其驱动机制研究进展

磷(P)循环在维持荒漠生态系统的生物多样性水平、结构和功能的稳定性、元素的动态平衡,以及荒漠自然资源的可持续利用方面有重要作用。通过查阅国内外有关P循环的文献资料,发现当前国内尚缺乏针对荒漠生态系统P循环的系统研究,特别是P循环的生物和非生物驱动机制。综述了荒漠生态系统P的输入-输出过程,植物对P的吸收转运机制以及对P循环的作用,生物土壤结皮(BSC)有机分泌物对P循环的贡献,以及荒漠生态系统P循环过程对气候变化的响应机制等。文末展望了荒漠生态系统P循环的一些重要研究方向和亟需解决的科学问题,包括(1)P在荒漠生态系统中的存在形态、分配及动态平衡;(2)土壤微生物对荒漠植物获取土壤有效P的驱动作用;(3)入侵植物对P循环的影响与潜在生态风险评估;(4)利用分子生物学和基因组学手段揭示真菌-荒漠植物根系系统P循环的基因调控机制;(5)微生物分泌物、土壤磷酸酶类(包括磷酸单酯酶、磷酸二酯酶和三磷酸单酯水解酶)和作用于含磷酸酐和N—P键的酶对土壤P循环的调控;(6)气候变化(干旱、高温和降水节律变化等)如何影响P的生物和非生物转化过程;(7)基于同位素示踪和生态化学计量学理论解释荒漠生态系统...     

农业生态系统中磷循环的研究进展

1　引　言能量转化和物质循环是农业生态系统最基本的功能特征。1976年在荷兰召开的第一次农业生态系统矿质养分循环研讨会标志着从系统层次研究物流的开始,但物流仍是系统研究的薄弱环节,特别是较高系统层次准确的物流的数量概念更为缺乏[1,2]。生态系统中营养元素的输入、输出状况反映了一个地区生产发展水平的高低和生态系统功能的强弱;而投入、产出的动态变化,则显示了一定时期内营养元素循环的基本规律[3]。在各种水平(如地球、陆地、国家或生态系统)上的有关磷循环的论文也发表了不少,借以阐述各组成部分中磷的数量及其相互间的转化速…     

地表流域有机碳地球化学研究进展

地球关键带的各个界面是有机碳发生剧烈分解转化的场所,探讨关键带有机碳的动态变化、归趋及其控制过程,是揭示地表流域中物质运输和能量传递规律的重要基础,对维持生态系统平衡具有重要意义。本文介绍了国内外关于流域不同关键带有机碳的研究方法、来源、储量及其动态、周转过程等地球化学特征的研究进展,以及现有研究存在的问题。建议将典型关键带作为一个整体来研究,综合使用多种技术方法,将短期高频次观测和长期定位观测研究相结合,在典型小流域开展多界面、多过程、多时间尺度的长期同步观测和系统研究,揭示控制关键带有机碳地球化学循环的关键因子及其作用机制。同时重视长时间尺度下有机碳循环对全球变化和人类活动的响应及反馈机制;分析不同人为活动下,大气-植物-凋落物-土壤-河流之间的碳交换特征及流域有机碳动态变化规律;定量区分环境变化和人类活动对关键带有机碳地球化学行为的影响,为碳循环模型优化及气候变化预测提供科学依据。     

丛枝菌根真菌在土壤氮素循环中的作用

作为植物需求量最大的营养元素,氮素是陆地生态系统初级生产力的主要限制因子。丛枝菌根真菌能与地球上80%以上的陆生植物形成菌根共生体,帮助宿主植物吸收土壤中的P、N等矿质养分。目前,丛枝菌根真菌与氮素循环相关研究侧重于真菌对氮素的吸收形态以及共生体中氮的传输代谢机制,却忽略了丛枝菌根真菌在固氮过程、矿化与吸收过程、硝化过程、反硝化过程以及氮素淋洗过程等土壤氮素循环过程中所起到的潜在作用,并且越来越多的证据也表明丛枝菌根真菌是影响土壤氮素循环过程的重要因子。总结了丛枝菌根真菌可利用的氮素形态及真菌的氮代谢转运相关基因的研究现状;重点分析了丛枝菌根真菌在调控土壤氮素循环过程中的潜在作用以及在生态系统中的重要生态学意义,同时提出了丛枝菌根真菌在土壤氮素循环过程中一些需要深入研究的问题。     

土壤微生物生物量碳氮磷与土壤酶化学计量对气候变化的响应机制

微生物和土壤酶是陆地生态系统中生物地球化学循环的重要驱动力,深入理解微生物在生态系统中的调节作用以及气候变化过程中微生物量和土壤酶的响应机制是生态学领域关注的重要科学问题.本研究从气候因素角度出发,基于生态化学计量学理论,综述了微生物和土壤酶在陆地生态系统碳氮磷循环中的作用,以及土壤微生物生物量碳氮磷和土壤酶化学计量对气候变化的响应机制,即: 改变微生物代谢速率和酶活性;调整微生物群落结构;调整微生物生物量碳氮磷与土壤酶化学计量特征;改变碳氮磷养分元素利用效率.最后分析当前研究的不足,并提出了该领域亟待解决的科学问题: 综合阐明土壤微生物和土壤酶对气候变化的响应机制;探究土壤微生物和胞外酶养分耦合机理;深入探究土壤微生物量和土壤酶化学计量特征对气候变化的适应对策.     

微生物硫循环网络的研究进展

硫元素是所有生物的基本组成成分,是生物体必需的营养元素之一。硫氧化还原微生物的数量多、分布广、代谢途径多样化,硫化合物之间的平衡依赖于微生物代谢网络中的各种硫转化反应与代谢过程。此外,硫循环与碳、氮循环紧密相关,对地球生态循环起到了至关重要的作用。本文综述了近期微生物硫循环网络的研究进展,包括所涉及的主要微生物、硫循环的生物化学途径、硫循环的环境意义和工业应用潜能等,深入了解自然和人工生态系统中存在的硫循环过程,可为控制工农业生产中硫元素的增减与利用提供理论基础与应用方案。     

红树林湿地硫酸盐还原菌的多样性及其参与驱动的元素耦合机制

红树林生态系统是热带和亚热带地区重要的滨海湿地,具有营养物质形态多样化和高效动态变化的特征,是驱动碳、氮、硫等元素循环的热区。硫酸盐还原菌(sulfate-reducing prokaryotes,SRPs)是地球最古老的微生物生命形式之一,在推动早期地球地质演化以及现代生物地球化学循环中发挥关键作用,但其在红树林湿地还缺乏全面深入研究。本文基于Genome Taxonomy Database中原核生物基因组的挖掘,系统总结了硫酸盐还原菌的类群,梳理了近年来国内外红树林中硫酸盐还原菌的分布情况及影响其分布的因素,分析了硫酸盐还原菌在红树林生态系统的碳、氮、硫及铁等元素地球化学循环中的作用,并对硫酸盐还原菌未来的研究方向进行了展望,以期为深入研究硫酸盐还原菌参与驱动的元素生物地球化学循环及其耦合机制提供参考。     

植物与土壤微生物在调控生态系统养分循环中的作用

陆地生态系统的地上、地下是相互联系的。植物与土壤微生物作为陆地生态系统中的重要组成部分, 它们之间的相互作用是生态系统地上、地下结合的重要纽带。该文首先介绍了植物在养分循环中对营养元素的吸收、积累和归还等作用, 阐述了土壤微生物对养分有效性及土壤质量具有重要的作用。其次, 重点综述了植物与土壤微生物之间相互依存、相互竞争的关系。植物通过其凋落物与分泌物为土壤微生物提供营养, 土壤微生物作为分解者提供植物可吸收的营养元素, 比如共生体菌根真菌即可使植物根与土壤真菌达到互惠。然而, 植物的养分吸收与微生物的养分固持同时存在, 因而两者之间存在对养分的竞争。通过植物多样性对土壤微生物多样性的影响分析, 以及土壤微生物直接或间接作用于植物多样性和生产力的分析, 探讨了植物物种多样性与土壤微生物多样性之间的内在联系。针对当前植物与土壤微生物对养分循环的调控机制的争论, 提出植物凋落物是调节植物与土壤微生物养分循环的良好媒介, 植物与土壤微生物的共同作用对维持整个生态系统的稳定性具有重要意义。也指出了目前在陆地生态系统地上、地下研究中存在的不足和亟待解决的问题。