喀斯特11种典型生态恢复树种凋落叶分解及其对土壤碳排放的激发效应

旨在探究喀斯特地区退化生态系统植被恢复树种凋落叶分解过程及其对土壤碳排放的激发效应,为选择合适的树种进行植被恢复提供数据支持。以中国林科院热带林业实验中心大青山石山树木园11种适应性强、耐干旱贫瘠的优良石山树种为研究对象,利用¹³C自然丰度法区分凋落叶和土壤来源CO₂并量化土壤激发效应,比较不同生态恢复树种凋落叶分解及其激发效应的差异,探讨凋落物分解及其激发效应与凋落物性状之间的关联。结果表明:(1)11个生态恢复树种凋落叶在碳相关化学性质(水溶性碳、半纤维素和单宁含量等)、养分含量(磷和镁含量等)及化学计量特征(碳磷比和氮磷比)等方面均表现出较高程度变异。(2)不同生态恢复树种凋落叶分解及其诱导的土壤激发效应具有极显著差异(P<0.001);在整个培养实验期间,11个生态恢复树种凋落叶平均分解了35.3%,其中海南椴分解最快,达到50%,而青冈栎分解最慢,仅分解16.5%。(3)总体上看,凋落叶处理的土壤呼吸速率(5.1 mg C kg^-1 土壤 d^-1)是对照土壤呼吸速率(2.3 mg C kg^-1土壤d^-1)的2.2倍,凋落叶添加显著促进土壤有机碳分解,平均达到37.6%;其中海南椴、割舌树和任豆凋落叶输入则抑制土壤有机碳分解(抑制程度分别为-13.2%、-6.9%和-22.5%),产生负激发效应。(4)凋落叶分解与非结构性碳(r=0.63,P=0.04)和水溶性碳(r=0.91,P<0.001)呈显著正相关,与叶干物质含量(r=0.64,P=0.03)、纤维素(r=0.62,P=0.04)和锰含量(r=-0.63,P=0.04)呈显著负相关。多元回归分析结果表明,水溶性碳、钾和钙含量相结合可以解释生态恢复树种凋落叶分解变异的98%;然而,凋落叶性状与土壤激发效应强度之间并没有显著相关性。从土壤养分归还角度考虑,喀斯特退化生态系统恢复树种可以选择光皮梾木、海南椴、顶果木和降香黄檀等凋落叶分解较快的树种,以促进土壤养分循环和植被恢复;另一方面,从土壤碳固持角度来看,海南椴、任豆和割舌树等凋落叶输入会抑制土壤有机碳分解,从而有利于提高退化生态系统土壤碳封存能力。     

中国森林生态系统林冠层降雨截留特征

森林生态系统作为陆地生态系统的主体,其发达的林冠层通过调节降水量、改变降水强度等深刻影响着流域全过程水文通量及水分输出。以中国广泛开展的典型森林降雨再分配过程的年尺度监测数据为基础,揭示中国不同类型森林生态系统的降雨再分配及林冠层降雨截留特征,阐明森林生态系统林冠层截留特征与降雨、植被要素的关系。结果表明:我国不同森林生态系统年穿透雨量处于141.4-2450.0 mm之间,年穿透雨率为36.3%-92.3%。5种典型森林生态系统多年平均穿透雨量((445.3±252.9)-(1230.6±479.6) mm)占同期多年平均降雨量的(72.6±9.2)%-(77.4±8.9)%。不同森林生态系统年树干茎流量介于0-508.2 mm之间,占同期年降雨量的0-25.8%。5种典型森林生态系统树干茎流量多年平均值((9.8±17.3)-(87.8±81.6) mm)占同期多年平均降雨量的(1.4±1.9)%-(5.4±4.6)%。不同森林生态系统林冠层年降雨截留范围在25.7-812.9 mm之间,占年降雨量的4.2%-55.6%。5种典型森林生态系统多年平均林冠截留量((154.2±81.6)-(392.2±203.5) mm)占同期年平均降雨量的(18.7±7.4)%-(25.9±8.3)%。进一步分析表明,我国森林生态系统穿透雨量、树干茎流量和林冠层截留量随观测区年降雨量的增加而呈显著增大(P<0.05),年穿透雨率、年树干茎流率随年降雨量的增加呈显著线性上升趋势(P<0.05),而年林冠截留率与年降雨量呈显著的负相关关系(P<0.01),降雨量、叶面积指数是深刻影响森林生态系统林冠层降雨截留率等特征的重要因素。整体上,不同类型森林生态系统林冠截留降雨能力存在明显差异,林冠层截留率突出表现为:落叶林大于常绿林、针叶林大于阔叶林。     

微塑料对稻田土壤温室气体排放和微生物群落的影响

微塑料因在土壤环境中广泛存在及其潜在的生态风险而受到越来越多的关注。微塑料的赋存会改变土壤理化性质,并对土壤微生物群落及其驱动的生物地球化学过程产生影响,而相关研究尚处于起步阶段。可生物降解塑料作为传统塑料的替代品,越来越多地应用于农业活动,并释放到土壤中。然而,可生物降解微塑料对土壤微生物特性产生影响的研究鲜有报道。基于此,本试验以我国三江平原水稻田土壤为研究对象,选取了2种常见的微塑料为试验材料,分别为传统型微塑料聚丙烯(Polypropylene,PP)和可降解微塑料聚乳酸(Polylactic acid,PLA),进行了为期41d的微宇宙培养实验,旨在分析不同浓度与类型的微塑料对土壤可溶性有机碳(Dissolved Organic Carbon,DOC)含量及官能团特征、温室气体排放以及微生物群落结构的差异性影响。结果表明,传统型微塑料PP与可降解微塑料PLA添加均对土壤理化性质与微生物群落产生显著影响。其中,微塑料添加大体上增加了土壤DOC含量,PLA的促进作用较为明显,且增加含量与微塑料添加量呈正相关;PP和PLA均影响土壤DOC分子结构,削弱了土壤团聚化程度并促进了大分子量DOC化合物的生成;微塑料的添加促进土壤CH₄排放,而有效抑制了土壤CO₂排放;微塑料显著改变了土壤细菌和真菌群落的丰富度与多样性。相关分析结果表明,土壤CO₂累计排放量与芳香族化合物结构及疏水性等官能团特征、变形菌门(Proteobacteria)与放线菌门(Actinobacteria)均呈显著正相关关系。以上结果表明,微塑料添加改变了土壤DOC含量及官能团特征与微生物环境,进而影响土壤温室气体排放。本研究为今后微塑料对土壤地球化学和微生物特性的影响研究提供了科学的思路,同时也有助于评估微塑料对土壤生态系统的生态风险。     

中国集中连片特困区退耕还林还草生态效应评估

集中连片特困地区作为我国生态环境脆弱区是退耕还林还草的主战场,其退耕成效直接反映了退耕还林还草工程的整体实施效果,为新征程中巩固和拓展退耕还林还草成果提供经验镜鉴。以《中国农村扶贫开发纲要(2011-2020年)》文件明确的14个集中连片特困地区作为研究区域,基于2000-2020年生态系统年总初级生产力(AGPP)数据集和归一化植被指数(NDVI)数据集,对比分析集中连片特困区的退耕区和未退耕区AGPP和NDVI的年际变化差异,以此来评估集中连片特困地区实施退耕还林还草工程的生态效应。研究发现:(1)2000-2020年,集中连片特困区退耕还林还草面积为178554km²,占2000年耕地总面积的44.71%;(2)研究期内,退耕区与未退耕区AGPP和NDVI整体表现出增长趋势,其中退耕区AGPP和NDVI呈现极显著和显著上升趋势的面积分别占总面积的69.07%和86.51%,未退耕区的占比分别为65.88%和72.61%,且退耕区AGPP和NDVI的年均值和相对变化率均高于未退耕区;(3)2000-2020年整个区域、退耕区以及未退耕区AGPP和NDVI年际变化趋势大体一致,均表现出线性递增态势,且退耕区AGPP和NDVI的增长始终高于整个集中连片特困区和未退耕区。因此,研究通过探讨原集中连片特困区退耕还林还草对AGPP和NDVI的影响,为进一步调整和优化退耕还林还草政策提供了参考依据。     

锰矿区大叶胡枝子灌丛土壤的丛枝菌根真菌多样性

大叶胡枝子(Lespedeza davidii)为一种豆科灌木,具有较强耐受重金属胁迫及固氮能力,也是矿区一种重要修复植物。丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)是一类植物共生真菌,它在矿区与植物共生可促进植物生长、提高植物的抗逆性;但其种类、分布及其影响机制尚不够清楚。以大叶胡枝子灌丛土壤AMF群落为研究对象,采集矿区与非矿区大叶胡枝子冠下及其相邻空旷地土壤进行内部转录间隔区(ITS)测序,分析土壤理化性质,揭示不同样地土壤AMF群落的多样性及其影响因素。研究结果表明:(1)土壤样本共得到2961个可操作分类单元(OTU),其中属于AMF的OTU为66个;Silva数据库比对发现AMF有7目10科16属24种。AMF总体物种丰度为矿区相邻空旷地土壤>矿区冠下土壤>非矿区冠下土壤>非矿区相邻空旷地土壤,Shannon指数和Simpson指数与该趋势保持一致。(2)矿区土壤AMF群落以内养囊霉属(Entrophospora)等为优势属,非矿区冠下以斗管囊霉属(Funneliformis)等为优势属。稀有内养囊霉(Entrophospora infrequens)是4个样地共有的优势种,该种为广谱生态型种;Archaeospora sp.和Paraglomerales sp.为矿区冠下的优势种,它们对锰胁迫有较强的耐受性;Funneliformis sp.为非矿区冠下的优势种。(3)冗余分析(RDA)表明,AMF的种类和数量受到锰含量、土壤pH值以及全磷含量的显著影响。本研究结果说明AMF种类及多样性受到土壤理化性质的影响;矿区一些耐性AMF的存在提高了AMF多样性,它们有利于逆境条件下植物的生长。     

凋落物和根系对沂蒙山区三种森林恢复方式土壤酸性磷酸酶动力学特征的影响

酸性磷酸酶动力学特征可反映不同底物供应下土壤磷转化状况。以人工恢复的引进种黑松人工林和本地种栓皮栎人工林以及自然恢复的天然次生林为研究对象,开展凋落物添加去除和根系去除对土壤酸性磷酸酶动力学特征的影响研究。结果表明:(1)三种森林恢复方式下土壤酸性磷酸酶活性和最大反应速度(V_max)均为双倍凋落物＞对照＞去除凋落物＞去除根系＞无输入;(2)改变凋落物和根系输入对酸性磷酸酶的半饱和常数(K_m)和催化效率(V_max/K_m)影响不大;(3)酸性磷酸酶活性受速效磷含量的反馈调节;土壤氮可利用性和含水量显著影响酸性磷酸酶活性。改变凋落物和根系输入对引进种黑松人工林土壤有机磷转化能力影响最大,天然次生林次之,本地种栓皮栎人工林最稳定。根系对土壤酸性磷酸酶动力学特征的影响大于凋落物。其结果可为暖温带森林恢复,应对气候变化和森林防火、收集凋落物等管理措施提供理论依据。     

“双一流”建设背景下民族院校微生物学课程教学改革与实践

针对民族院校不同专业学生对微生物学知识的需要,我们在教学内容、教学方式、教学资源等方面进行改革和实践,建立了系统性、针对性、前沿性和实效性相结合的"四性"教学内容,创立了理论与实践相结合、课内与课外相结合、教学与科研相结合的"三结合"教学方式,构建了"以学生为中心"的自主学习网络平台,加强学生创新能力培养,提高了教学质量。     

基于“抗疫精神”的“基因工程”课程思政教学设计与实践

课程思政是当前高校落实“立德树人”根本任务的重要形式。在抗击新型冠状病毒肺炎疫情中,中华民族同舟共济、守望相助,共同铸就了伟大的抗疫精神,为课程思政教学提供了最生动的元素。本文对“战疫”行动中的抗疫精神进行梳理和总结,将其内涵凝练为5项内容;以新型冠状病毒的“核酸检测、疫苗研制及其变异”中蕴含的“抗疫精神”为思政载体,甄选“基因工程”课程中对应的理论内容,开展聚焦抗疫精神的“基因工程”课程思政教学设计与实践研究,利用问卷法和深度访谈法对教学实施效果进行评价,旨在引导学生在学习专业理论知识的同时,感悟课程内容中蕴含的抗疫精神,并将其内化为价值追求,潜移默化中提升学生的思想意识和道德修养,同时为生物类其他专业课程思政教学提供参考和借鉴。     

高寒草地土壤温室气体排放对放牧的响应研究进展

高寒草地生态系统具有独特的地理环境和气候特征,对放牧干扰十分敏感,在全球温室气体通量中贡献突出,研究高寒草地放牧对土壤温室气体排放的影响机制具有重要意义。本文总结高寒草地温室气体源/汇特征、不同放牧方式对土壤微环境和微生物群落结构的影响,发现高寒草地主要是CO₂源、CH₄汇、N₂O源。放牧通过家畜选择性采食、践踏和排泄物返还等多重机制作用于地上植物、土壤结构、温度、湿度和养分,进而影响地下微生物及温室气体通量。本文旨在为高寒草地生态系统健康发展和管理及缓解全球气候变化提供科学依据,并对未来研究方向进行展望。     

假结核耶尔森氏菌中Phd-Doc毒素-抗毒素系统的功能鉴定

【背景】毒素-抗毒素系统在微生物体内广泛存在,在微生物对抗外界不良环境方面发挥重要作用。【目的】以模式细菌假结核耶尔森氏菌(Yersinia pseudotuberculosis,Yptb)为材料,探究其编码的Phd-Doc毒素-抗毒素系统的作用机制和生物学功能。【方法】通过生物信息学方法预测Yptb中编码的Phd-Doc毒素-抗毒素系统,通过毒性分析、基因表达分析及蛋白相互作用对其进行鉴定;通过抗生素胁迫、氧胁迫、生物被膜形成等实验研究Phd-Doc在体内发挥的生物学功能。【结果】生物信息学分析鉴定出一对Phd-Doc毒素-抗毒素系统,发现二者共转录且相互作用;毒素蛋白Doc能够引起大肠杆菌形态发生变化并抑制其生长,抗毒素蛋白Phd能中和Doc的毒性;Phd-Doc毒素-抗毒素系统具有自调控抑制效应;phd-doc的缺失对Yptb自身的生长无影响,而且毒素蛋白Doc在野生型Yptb内过表达并未显示毒性;phd-doc在转录水平上响应了抗生素胁迫和氧胁迫,其中,对氯霉素胁迫最为敏感,但并不影响Yptb的生长;同时,Phd-Doc能够影响Yptb的生物被膜形成能力。【结论】Yptb中Phd-Doc毒素-抗毒素系统的功能鉴定对于更好地了解在多变的外部环境下微生物的定殖和响应机制具有重要意义。