混农林生态系统服务研究进展

混农林产业是兼顾生态环境修复、土壤资源可持续利用与社会经济效益共赢的生态治理衍生产业,将生态系统服务与混农林实践相结合既是全球生态系统服务研究的主要前沿之一,也是推进石漠化治理向生态产业振兴与生态系统服务提升融合阶段转变的具体路径。研究系统回顾了混农林生态系统服务的研究进展与特征,揭示了混农林生态系统服务与喀斯特地区产业振兴的内在关系,从混农林生态系统服务认知、评估与决策三个层面探讨了喀斯特地区产业振兴的方向,强调未来喀斯特地区应围绕混农林生态系统服务的级联机理、供需关系、权衡协同及影响因素等层面为混农林产业振兴提供决策支撑,进而更好地服务于喀斯特地区以巩固石漠化治理成效,提升生态系统服务,助力乡村振兴。     

粪臭素高效降解菌YKSW-6的分离、鉴定及降解特性

【背景】粪臭素是畜牧堆肥中有机污染物的主要成分,造成养殖场及周边环境恶化,粪臭素污染问题亟待解决,利用微生物降解粪臭素是一种环保节能的有效方法。【目的】分离鉴定粪臭素高效降解菌株,研究其降解特性,为粪臭素降解提供高效的菌种资源,为该菌株应用于臭味污染环境的净化提供基础。【方法】以粪臭素为唯一碳源的无机盐培养基作为培养基质,从猪粪堆肥样品中分离筛选粪臭素高效降解菌株,通过形态特征和16S rRNA基因序列分析进行分离菌株的初步鉴定,分析其生长规律及粪臭素降解特性,并利用气相色谱质谱联用(GC-MS)对菌株代谢粪臭素的产物进行分析。【结果】从样品中分离获得一株能以粪臭素为唯一碳源的细菌YKSW-6菌株,形态学和16S rRNA基因序列分析初步鉴定该菌株为戈登氏红球菌(Rhodococcus gordoniae)。接种量为10%时,该菌培养14 h对100 mg/L的粪臭素降解率达到100%。其能够利用D-山梨醇、溴-丁二酸等18种碳源,对亚碲酸钾、溴酸钾等13种化学敏感物具有抗性。菌株YKSW-6在5%接种量、温度30-42℃和pH值为6.0-9.0时对100 mg/L的粪臭素降解效率均能达到100%,菌株生长和降解粪臭素的最佳条件为：pH 7.2,温度37℃,转速180 r/min。GC-MS结果表明,粪臭素在菌株的作用下C2先被氧化,转变为3-甲基羟基吲哚,随后进一步被氧化为N-(2-乙酰基苯基)甲酰胺。同时中间产物还有苯乙醛和苯乙酸。【结论】红球菌YKSW-6为目前已报道的降解粪臭素能力较强的菌株,丰富了粪臭素降解菌种的资源库,为实际环境微生物修复应用提供了理论参考。     

氟中毒及补钙干预大鼠骨骼差异蛋白的分离与鉴定

为从蛋白水平探索钙缓解氟中毒的作用机制,本试验建立氟中毒和补钙干预动物模型进行骨骼差异蛋白的分离鉴定。通过双向凝胶电泳技术(Two-dimensional electrophoresis,2-DE)和基质辅助质量飞行时间质谱技术(MALDI-TOF MS)鉴定骨骼中的差异蛋白质,并通过gene ontology (GO)注释、pathway富集和互作网络对差异蛋白进行分析。结果表明,与对照组(C)相比,在氟中毒组(F)和氟中毒补钙组(F+Ca)中有17种差异性的蛋白,包括Ⅰ型胶原蛋白(Col1a1)、肌动蛋白(Actb)、蛋白质谷氨酰胺转移酶2 (Tgm2)等。这些差异蛋白富集到黏着斑(Focal adhesion)、PI3K-Akt信号通路、AMPK信号通路等38条骨代谢通路。并且这些蛋白的功能主要与细胞骨架、能量代谢、物质转运、离子通道、细胞凋亡有关。因此推测,钙可能通过调控黏着斑、PI3K-Akt、AMPK等信号通路进而缓解氟对骨骼带来的损伤,具体作用机制还需要进一步验证。     

基于长期能源替代规划模型的江苏省能源CO2排放达峰时间及峰值水平

为了应对全球气候变暖,中国政府提出到2030年CO₂排放达到峰值(或峰值平台)的减排目标.为了探究中国能否实现该减排目标,本研究以江苏省为例,基于长期能源规划替代模型(LEAP),耦合对数平均迪氏分解模型,运用情景分析法科学设定快速、中速、慢速达峰3种发展情景,预测CO₂排放达峰时间及峰值水平.结果表明: 2000—2015年间,经济规模效应是CO₂排放总量增长的主要驱动因素,其贡献度高达147.4%;技术进步效应是最重要的缓解因素,贡献度为-60.4%,一次能源结构效应、产业结构效应、人均收入效应、人口规模效应的贡献度分别为-5.3%、9.7%、11.0%、0.6%.在快速、中速达峰情景下,江苏省分别在2025和2029年达到CO₂排放峰值,峰值分别为7.01、7.95亿t,慢速达峰情景下未能实现2030年的CO₂排放达峰目标.综合研究分析,江苏省有着较大的减排潜力,经过相应的努力能够实现CO₂减排目标.为实现2030年的CO₂减排目标可采取以下措施:主动适应经济新常态,稳定发展增速;积极发展第三产业,平衡经济结构;持续推进节能减排技术,降低能源消费强度;大力发展天然气及核电等清洁能源,优化一次能源消费结构.     

氮添加对荒漠草原植物群落组成与微生物生物量生态化学计量特征的影响

大气氮(N)沉降增加加速了土壤N循环, 引起微生物生物量碳(C):N:磷(P)生态化学计量关系失衡、植物种丧失和生态系统服务功能降低等问题。开展N添加下植物群落组成与微生物生物量生态化学计量特征关系的研究, 可为深入了解N沉降增加引起植物多样性降低的机理提供新思路。该文以宁夏荒漠草原为研究对象, 探讨了N添加下植物生物量和群落多样性的变化趋势, 分析了微生物生物量C:N:P生态化学计量特征独立及其与其他土壤因子共同对植物群落组成的影响。结果表明: N添加下猪毛菜(Salsola collina)生物量呈显著增加趋势, 牛枝子(Lespedeza potaninii)生物量呈逐渐降低趋势, 其他植物种生物量亦呈降低趋势但未达到显著水平; 沿N添加梯度, Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数和Patrick丰富度指数均呈先略有增加后逐渐降低的趋势; N添加提高了微生物生物量N含量和N:P, 降低了微生物生物量C:N; 植物群落组成与微生物生物量N含量、微生物生物量C:N、微生物生物量N:P、土壤NO₃ ^--N浓度、土壤NH₄ ⁺-N浓度以及土壤全P含量有较强的相关关系; 微生物生物量C:N:P生态化学计量特征对植物种群生物量和群落多样性变化的独立解释力较弱, 但却与其他土壤因子共同解释了较大变差, 意味着N添加下微生物生物量C:N:P生态化学计量特征对植物群落组成的影响与其他土壤因子高度相关。     

桐-药复合经营模式下泡桐丛枝菌根真菌群落结构特征

采用Illumina MiSeq高通量测序技术,研究江西鄱阳湖周边平原岗地的泡桐纯林及桐-药复合经营模式(泡桐-玉竹、泡桐-麦冬和泡桐-射干)下泡桐丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizae fungi, AMF)群落结构特征。研究发现,泡桐AMF群落主要由球囊霉科、巨孢囊霉科、无梗囊霉科和多孢囊霉科组成,其中球囊霉科真菌占绝对优势,但不同科的相对丰度在不同经营模式下仍存在差异。与泡桐纯林相比,桐-药复合经营模式会降低泡桐菌根侵染率及AMF群落多样性。只有泡桐-射干经营模式中的泡桐含有多孢囊霉科真菌,且相对多度占2.73%。研究结果表明桐-药复合经营模式下中药材种类的差异会不同程度地改变泡桐AMF的群落结构。这为进一步研究桐-药复合经营模式下泡桐AMF的生态功能和资源利用提供了科学依据。     

鲸类视觉退化分子机制的研究：基于GNAT2和CNGB3基因的进化分析

鲸类是一类次生性的水生哺乳动物,其陆生祖先大约53-56Ma从陆地返回海洋。为了适应水下的弱光环境,鲸类的光感受器以视杆细胞为主,视锥细胞功能大多退化,缺乏辨别颜色的能力,然而鲸类视觉退化的分子机制尚不清楚。本文选择在视锥细胞中表达且对光传导级联反应起重要作用的GNAT2和CNGB3基因,通过PCR扩增、测序以及在数据库中下载已有的基因序列,共获得8个鲸类代表性物种的同源序列。MEGA6.0软件比对发现侏儒抹香鲸和抹香鲸的GNAT2基因分别在148位和1012位插入了1个碱基 A,而抹香鲸的CNGB3分别在554位和1407位有1个碱基的缺失,导致提前终止密码子出现;另外,小须鲸CNGB3基因在1525-1527位出现了提前终止密码子,提示鲸类的这两个基因可能为假基因。通过I-TASSER在线预测GNAT2和CNGB3蛋白的三维结构,发现出现移码突变终止密码子的位置均位于这两个基因的重要功能域。另外,运用PAML软件的Branch model分析表明发生假基因的鲸类物种GNAT2和CNGB3基因出现选择压力放松,且假基因化可能是一个近期事件。侏儒抹香鲸、抹香鲸以及小须鲸的GNAT2和CNGB3基因出现假基因可能与其深潜习性以及完全的水生生境导致其色觉功能丢失相关。此外,Free-ratio model分析发现其他鲸类的ω值接近于1,说明GNAT2和CNGB3基因出现了选择压力放松,这可能是长期适应水生生境视觉退化的结果。     

桉树人工林更新方式对林下植物功能群的影响

该研究综合运用野外调查和室内分析的方法,评估桉树人工林林下植物功能群的组成、分布及更新方式和相关环境因子之间的关系。结果表明:林分更新5 a后,除了非禾本科杂草功能群外,其他林下植物功能群的物种丰富度均呈现不同程度的增加,但与对照组(砍伐迹地)相比,其差异程度均不显著(P0.05);与对照组相比,藤本和蕨类功能群的相对多度也出现增加趋势,但禾本科草本功能群显著减少(P0.05);木本、藤本和蕨类功能群的相对盖度也呈现增加趋势,但禾本科草本功能群与对照组相比显著减少(P0.05);主成分分析(PCA)发现萌芽更新或植苗更新林的林下植物功能群组成和分布与对照组相比均发生了显著的变异,但不同更新方式(萌芽和植苗)下其林下植物功能群组成和分布差异不明显;通过冗余分析(RDA)确定了冠层透光系数、土壤孔隙度、坡向和土壤氮磷比是影响该林地林下植物功能群的主要因子,它们的叠加效应能解释大于75%的林下植物功能群的变异,最终模型通过排序得到冠层透光系数是影响该林地林下植物功能群的最主要因子。短期的研究发现萌芽和植苗这两种不同的更新方式对桉树林下植物功能群的影响有限,这可能与这两种更新方式形成的林冠结构和土壤理化性质差异性较小有关。     

封育年限对岩溶植被组成和土壤肥力修复的影响

岩溶植被修复是国家重大战略需求,为揭示封育年限对岩溶植被组成和土壤肥力修复的影响,该研究以空间代替时间的方法,选择不同封育年限的草丛(封育5 a)、灌丛(15 a)、灌乔林(25 a)、次顶极乔林(35 a)和顶极乔林(55 a)作为研究对象,调查分析不同封育年限岩溶植被组成和土壤肥力的特征及其修复机制。结果表明:研究样地(18 000 m ^2)共有维管植物175种,隶属74科139属,不同封育年限群落科属种组成明显不同,以封育5 a的最低(6科19属20种),封育35 a的最高(48科74属88种)。随着封育期延长,乔木生活型比例显著增加,灌木为先增后减,草本急剧减少,藤本先增后减。随着进展演替,群落不同层次的优势种替代规律不同,草本层为阳性杂草→阳性禾草→中生性或阴生性蕨类植物的有序性替代;灌木层为灌木种类被乔木幼苗幼树所替代;而乔木层却表现为常绿种类占优势到常绿与落叶树种共优势的结构性替代。封育初期群落物种组成简单,多样性较低,土壤有机质、全氮、有效氮含量较低,进入中期(25 a),多样性升高,土壤养分含量也增高,进入后期(55 a),多样性降低,土壤养分含量也相应下降,但维持在较高水平,表现出较强的协同修复效应。冗余分析(RDA)表明,群落物种组成在封育初期受土壤容重(SBD)、毛管孔隙度(CP)、全钾(TK)、速效钾(AK)、速效磷(AP)的显著影响,而在中后期则受土壤有机质(SOM)、水分含量(MC)、非毛管孔隙度(NCP)、全氮(TN)、有效氮(AN)以及碳氮磷化学计量比的显著影响。     

响应面法优化链霉菌S10A09发酵产纤维素酶条件

在筛选纤维素酶活菌株时,发现一株放线菌链霉菌属S10A09具有较高的纤维素酶活力。为了获得高酶活纤维素酶,将Plackett-Burman(PB)筛选和中心组合设计(CCD)以及响应面分析法相结合,考察影响链霉菌属S10A09发酵生产滤纸酶的发酵条件。Plackett-Burman结果表明,羧甲基纤维素钠(CMC-Na)和(NH_4)_2SO_4是影响S10A09发酵产纤维素酶活高低的主要因素。CCD实验优化后产酶最优发酵培养基(g/L)为CMC-Na 2.57、(NH_4)_2SO_411.31、KH_2PO_4 0.2、MgSO_41、FeSO_40.01。优化后,滤纸酶活(FPA)达到125.96 U/mL,接近优化前的3倍。