三级串联垂直潜流人工湿地的脱氮性能及微生物学特征

探究了3种水力负荷(HLR)下三级串联垂直潜流人工湿地(T-VFCWs)对农村生活污水的处理效果,并解析了系统中的氮素转化机制。结果表明: 当系统HLR由0.10增至0.20 m³·m^-2·d^-1时,T-VFCWs始终保持着对农村生活污水高效的处理效果,系统出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。T-VFCWs中顺次连接的3个VFCW单元(标记为V-1、V-2和V-3)在限氧环境下因其进水水质的差异可形成各自不同的氮素转化途径,并通过协同作用实现系统的高效脱氮。当T-VFCWs在试验期间连续运行时,V-1、V-2和V-3中主要的脱氮途径分别为短程硝化/反硝化作用、基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)作用和反硝化作用,上述3单元对进水中总氮(TN)和NH₄⁺-N去除的贡献率分别为(51.3±4.4)%和(63.7±2.6)%、(30.9±4.8)%和(35.5±4.5)%、(17.8±5.0)%和(0.8±0.1)%。该研究可为组合式人工湿地的研发及工程化应用提供科学依据和技术支撑。     

耕作方式对潮土土壤团聚体微生物群落结构的影响

为探究不同耕作方式对潮土土壤团聚体微生物群落结构和多样性的影响,采用磷脂脂肪酸(PLFA)法测定了土壤团聚体中微生物群落。试验设置4个耕作处理,分别为旋耕+秸秆还田(RT)、深耕+秸秆还田(DP)、深松+秸秆还田(SS)和免耕+秸秆还田(NT)。结果表明:与RT相比,DP处理显著提高了原状土壤和>5 mm粒级土壤团聚体中真菌PLFAs量和真菌/细菌,为真菌的繁殖提供了有利条件,有助于土壤有机质的贮存,提高了土壤生态系统的缓冲能力;提高了5～2 mm粒级土壤团聚体中细菌PLFAs量,降低了土壤革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌,改善了土壤营养状况;提高了<0.25 mm粒级土壤团聚体中微生物丰富度指数。总的来说,深耕+秸秆还田(DP)对土壤团聚体细菌和真菌生物量有一定的提高作用,并且在一定程度上改善了土壤团聚体微生物群落结构,有利于增加土壤固碳能力和保持土壤微生物多样性。冗余分析结果表明,土壤团聚体总PLFAs量、细菌、革兰氏阴性菌和放线菌PLFAs量与土壤有机碳相关性较强,革兰氏阳性菌PLFAs量与总氮相关性较强。各处理较大粒级土壤团聚体微生物群落主要受碳氮比、含水量、pH值和团聚体质量分数的影响,较小粒级土壤团聚体微生物群落则主要受土壤有机碳和总氮的影响。     

微生物种间直接电子传递研究进展

一直以来氢气和甲酸被认为是微生物间电子传递的中间电子传递体。近年来的研究发现,微生物之间可以通过种间直接电子传递(DIET)来替代氢气/甲酸传递。DIET作为一种新发现的微生物间电子传递途径,其电子传递效率要高于传统的种间氢气/甲酸传递。DIET这一新发现改变了微生物互营生长代谢必须依赖氢气或甲酸等电子载体的传统认识,为今后研究微生物互营现象打开了新视角。虽然DIET研究取得了很大进展,但是目前对能够进行DIET的微生物种类、DIET机制及影响DIET的因素尚缺乏深入研究。本文首先概述了能形成DIET的微生物,然后重点分析了能够进行DIET的电子供体微生物胞外电子传递的机制和电子受体微生物直接利用胞外电子的分子机制,最后阐述了导电材料对DIET的影响,并提出了DIET今后的研究方向,旨在为DIET研究提供参考。     

中国牧区草地移动性利用的丧失和重建

草地利用移动性的丧失导致生态系统退化,是草地放牧生态学领域兴起的主导性学说。在我国,草地利用移动性的丧失不仅是政策变化导致的,更是众多自然和社会因素叠加演进的结果。草地利用移动性的重建对于中国草地恢复和可持续性管理具有重要意义,但是很难通过恢复传统或季节性轮牧的途径实现。我们可以依托智能围栏、牲畜智能可穿戴设备以及草地生产力无人机快测等新型放牧管理技术,在我国不同气候区域、不同类型草地,因地制宜地发展新型草地移动性管理模式,进而重建“草地利用的移动性”。新型轮牧模式还应与草畜平衡、牲畜补饲以及土壤养分补充等重要生态草牧业措施结合,确保我国草地资源的高效可持续利用。     

长期氮添加对草甸草原生态系统氮库的影响

大气氮沉降增加深刻影响生态系统物种多样性、生产力及其稳定性,研究草原生态系统N库如何响应不断增加的大气氮沉降至关重要。本研究在内蒙古额尔古纳草甸草原开展刈割和不同水平外源氮添加试验,设置6个氮添加水平: 0、2、5、10、20和50 g·m^-2·a^-1,同时设置刈割处理,分为刈割和不刈割2个水平。在连续处理的第7年,采集群落中优势植物地上部分、群落根、地表凋落物和0～100 cm分层土壤样品,测定N含量并计算N库储量。结果表明: 氮添加显著增加植物地上部分和凋落物N含量,以及羊草、植物群落和凋落物的N库及生态系统N库总量。刈割处理显著增加羊草叶片和凋落物N含量,降低羊草、植物群落和凋落物N库,但并不改变它们对氮添加的响应格局。此外,刈割和氮添加对植物群落N库存在显著的交互作用。在不刈割处理下,高水平氮添加使更多的氮储存在凋落物中等待分解,植物群落N库的饱和阈值出现在10 g·m^-2·a^-1;在刈割处理下,植物群落N库表现为随氮添加量增加而不断增加,并且在相同水平氮添加条件下刈割后进入到植物群落N库中的氮更多。刈割可以缓解氮沉降不断增加对生物多样性和生态系统稳定性造成的不利影响,并可以在一定程度上推迟氮沉降增加引起的生态系统氮饱和的发生。     

亚热带-温带气候过渡区落叶阔叶林物种-生境关联分析

物种-生境关联分析有利于更好地理解物种共存理论和群落构建机制。根据秦岭落叶阔叶林25 hm²固定监测样地的调查数据,将树种分为幼苗、幼树和成树3个生活阶段,利用Torus-translation检验方法分析物种与不同生境类型之间的关联性。结果表明: 生境对各物种的影响不同。与高坡显著关联的物种数最多,其中95.7%为负关联;与低坡呈负相关的物种占89.5%;与山脊呈显著负关联的物种占90.9%;物种与高谷生境多存在显著正关联,呈负相关的只有1种,占0.03%。物种在幼苗、幼树和成树阶段与生境分别存在80、44和23个关联,表明幼苗阶段对生境的依赖程度更大。幼苗阶段的物种中有38个(占总物种数的90.5%)至少与一类生境存在显著的关联性;幼树阶段有25个(占总物种数的58.1%)至少与一类生境存在显著关联;成树阶段只有17个(占总物种数的39.5%)至少与一类生境存在显著关联。同一生境对不同生活史阶段物种的影响存在差异,到生活史阶段后期,生境的影响逐渐减弱。由于特定的环境需求,多数物种在不同生活史阶段表现出不同的生境偏好。     

关中平原麦玉轮作体系作物秸秆不同还田模式下土壤有机碳和无机碳库变化特征

为探究不同秸秆还田模式对土壤碳库的影响,以陕西关中平原连续11年麦玉秸秆还田定位试验为基础,选择5种还田模式,即秸秆均不还田(CK)、小麦高留茬-玉米秸秆粉碎还田(WH-MC)、小麦玉米秸秆均粉碎还田(WC-MC)、小麦高留茬-玉米秸秆不还田(WH-MN)和小麦秸秆粉碎还田-玉米秸秆不还田(WC-MN),测定不同模式土壤有机碳(SOC)、活性碳组分和无机碳(SIC)在0～40 cm土层的分布。结果表明: 与CK相比,WH-MC和WC-MC的SOC储量分别增加28.1%和22.2%,SIC储量分别增加20.4%和17.3%;与试验初始土壤碳储量相比,各还田模式SOC固持量变化为-0.84～6.55 t·hm^-2,SIC固持量为-0.26～8.61 t·hm^-2;土壤总固碳效率为7.5%,维持土壤初始碳储量水平的最小碳投入量为4.65 t·hm^-2·a^-1;与CK相比,WH-MC和WC-MC显著提升0～20 cm土层活性碳组分含量。主成分分析表明,不同还田模式下土壤碳库变化主要受秸秆投入量的影响。来源于灌溉水和植物残体的Ca²⁺、Mg²⁺与SOC矿化产生的CO₂可共沉淀形成CaCO₃,可能是本研究SIC增加的主要机制。从提高土壤碳固持角度来看,小麦高留茬-玉米秸秆粉碎还田模式为最佳还田模式。     

基于叶绿素荧光参数的小麦叶片叶绿素相对含量估算方法

叶绿素含量是植物学和农业相关研究领域常用的生理指标。叶绿素含量和叶片光合功能密切相关,但是现有的叶绿素含量的测定方法无法实现叶绿素含量和光合功能的同步测定和关联分析。为解决该问题,本研究通过测定35个小麦品种旗叶的SPAD值和叶绿素荧光诱导动力学曲线,分别使用不同时间的快速叶绿素荧光动力学曲线的荧光值,以及33个常用荧光参数与对应叶片的SPAD值进行相关性分析,建立线性回归模型,并使用室内和大田两组数据对回归模型进行验证。结果表明: 通过叶绿素荧光参数RC/CS_m建立的线性模型能够较好地预测叶片的SPAD值,可以用于非严重逆境胁迫下小麦叶片叶绿素相对含量的估算,从而丰富无损测定小麦叶绿素相对含量的方法,简化试验流程,实现小麦光合功能和叶绿素含量的同步测定与分析。     

闽东南地区马尾松古树对气候变化和虫灾的生态弹性

马尾松是我国南方地区广泛分布的先锋造林树种。在全球变暖、气候干旱化和虫灾频发的趋势下,研究马尾松对环境干扰的生态弹性对森林管理有重要意义。本文对福建省仙游县百松村的马尾松古树进行树木年轮样品采集,建立区域首个马尾松树轮宽度标准年表(1865—2014年)。结果表明: 当年7—9月低相对湿度和5—9月极端高温是树木生长的主要限制因素。根据树轮极端窄年确定1869、1889、1986、1991和1993是极端事件年。时序叠加分析发现,极端事件发生前两年的持续低值加剧了极端事件的影响。干旱年份更容易引发虫灾。1889年是受虫灾影响最严重的年份,1986和1991年受到虫灾和干旱气候的双重影响,其余极端年主要受干旱气候的影响。树木对虫灾的抵抗力弱于对干旱事件的抵抗力;除1991年外,树木对虫灾的相对弹性力高于对干旱事件的相对弹性力。1889年的相对弹性力最高,1991年受到连续极端事件的影响,相对弹性力最低。2000年以来研究区干旱化趋势加强,马尾松古树遭受干旱和虫灾的干扰加强,部分树木死亡。     

不同硝化抑制剂对红壤氮素硝化作用及玉米产量和氮素利用率的影响

本研究分析添加不同种硝化抑制剂及其组合的高效稳定性氯化铵氮肥对红壤硝化作用、玉米产量和氮肥利用率的影响,旨在筛选出适合酸性红壤的高效稳定性氯化铵态氮肥。在氯化铵中分别添加硝化抑制剂2-氯-6-三甲基吡啶(CP)、3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)和双氰胺(DCD)及其组合,制成6种高效稳定性氯化铵态氮肥,以不施氮肥(CK)和施氯化铵(N)为对照,进行等氮量玉米盆栽试验。结果表明: 与N处理相比,CP+DMPP和DMPP+DCD处理红壤中铵态氮含量提高56%～62%,显著高于CP、DMPP和DCD处理;土壤表观硝化率显著降低33%～34%。添加硝化抑制剂及其组合的6个处理均显著提高了玉米生物量和氮肥吸收利用率。与N处理相比,单独添加硝化抑制剂处理生物量均显著高于硝化抑制剂组合处理,平均提高1.3倍;添加DCD处理效果最显著,玉米籽粒产量、吸氮量和氮肥吸收利用率分别显著提高4.1、6.3和4.4倍。为了达到既能低成本又能提高产量和氮肥利用率的效果,在红壤上添加硝化抑制剂DCD是最佳选择。