不同生态恢复模式对黄土残塬沟壑区深层土壤有机碳的影响

黄土高原退耕还林近20年来,大量生态恢复工程的实施,势必对土壤碳库产生影响。为评估生态恢复的土壤碳汇效益,本研究以黄土残塬沟壑区天然次生林、人工生态林和人工经济林等3种生态恢复模式为对象,研究其4 m土壤有机碳(SOC)储量。结果表明:(1)三种生态恢复模式具有明显的碳汇效益。天然次生林4 m SOC储量为(166.40±42.90) t/hm~2比坡中农地((58.73±4.73) t/hm~2显著增加了183.33%;人工生态林和人工经济林分别为(111.32±13.30) t/hm~2、(104.60±7.10) t/hm~2比坡中农地高89.54%、78.11%;(2)0—60 cm SOC含量随深度的增加显著降低(P0.05),由表层的(11.03±7.51) g/kg减少到(2.40±0.93) g/kg,降幅达78.22%,表现出明显的表聚性;60—400 cm SOC含量变化较为稳定,含量较低为(1.81±0.88) g/kg;(3)三种恢复模式深层(1—4 m)SOC储量与坡中农地相比分别提高109.43%、76.43%、65.06%;深层SOC储量天然次生林((77.81±8.40) t/hm~2)、人工生态林((65.55±7.71) t/hm~2)、人工经济林((61.32±3.16) t/hm~2)分别占4 m剖面有机碳储量的46.76%、58.89%、58.62%。结果表明天然次生林和人工混交林是黄土高原残塬沟壑区良好的生态恢复模式,且深层SOC在土壤碳库中不可忽视。     

冬季升温对高山生态系统碳氮循环过程的影响

全球温度升高是目前面临的重要环境问题,但存在明显的季节差异性,即冬季升温幅度显著高于夏季的季节非对称性趋势,这在高纬度和高海拔地区更加显著。冬季升温会直接影响积雪覆盖与冰冻层厚度,并引起冻融交替循环的增加,而冬季植物处于休眠状态,这会直接影响土壤中有效氮的吸收与损失,引起土壤有效氮可利用性的变化。然而,关于冬季增温对后续生长季节植物活动、土壤碳氮循环过程的影响等方面的研究仍存在诸多不确定。综述了冬季升温对积雪覆盖与冻融交替循环改变对高山生态系统物质循环的影响,以及冬季升温对土壤碳氮循环、微生物与酶活性的影响,并由此引起的植物物候期、群落结构、生产与养分循环与凋落物分解等生理、生态过程方面的研究进展。在未来的研究中,应针对不同生态系统特点选择合适的冬季增温方式,加强非极地苔原地区关于冬季升温的研究,注重关注冬季升温对植物-土壤微生物之间反馈作用的影响,重点关注冬季升温对生态系统的延滞效应。     

有机物料还田对双季稻田土壤有机碳及其活性组分的影响

有机物料还田是提升农田土壤有机碳、培肥土壤的重要措施。为探讨不同有机物料的还田效果,采用室外培养方法,研究了在等碳输入条件下,施用水稻秸秆、紫云英、生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭对洞庭湖双季稻区潮土有机碳和活性有机碳组分含量的影响。结果表明: 经过180 d的培养试验,与不施用有机物料相比,施用有机物料提高了土壤活性有机碳含量。生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭处理分别使土壤有机碳含量显著提升了26.1%、9.7%和30.7%,水稻秸秆和紫云英对土壤有机碳含量的提升效应在试验期间并不显著。水稻秸秆和紫云英还田更有利于土壤可溶性有机碳和微生物生物量碳的积累,猪粪更有利于土壤可溶性有机碳的积累,生物有机肥更有利于土壤微生物生物量碳和易氧化有机碳的积累,水稻秸秆生物炭则更有利于土壤微生物生物量碳和轻组有机碳的积累。与水稻秸秆还田相比,紫云英、生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭还田使土壤碳库管理指数分别提高了31.8%、111.6%、62.2%和50.7%。从土壤固碳和土壤碳库管理指数来看,生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭的还田效果优于水稻秸秆和紫云英还田。     

柯萨奇病毒A5病毒样颗粒的制备、纯化和鉴定

目的构建柯萨奇病毒A5(coxsackievirus A5, CV-A5)病毒样颗粒(virus-like particles, VLPs),并对其进行纯化和鉴定。方法①将CV-A5 P1和3CD基因序列根据昆虫细胞密码子偏好性,对CV-A5-3487R4/CHN XY/2017株基因进行优化并合成,然后分别克隆至供体质粒pFastBacDual的多角体蛋白启动子(polyhedrin promotor, pPh)和pPl0启动子后,构建pFastBacDual-Pl/3CD重组质粒;②重组质粒转化到大肠杆菌(Escherichia coli,)DH10 Bac~(TM)中,转座形成重组杆状病毒质粒(baculovirus plasmid, bacmid);③再将重组bacmid转染Sf9细胞,获得重组杆状病毒并表达CV-A5结构蛋白、组装VLPs。应用限制性酶切、PCR扩增、免疫荧光(immuno-fluorescence assay, IFA)技术对CV-A5 VLPs的蛋白进行鉴定;④再利用蔗糖垫底离心和氯化铯(CsCl)密度梯度离心的方法纯化CV-A5 VLPs,并用SDS-PAGE、Western Blot和透射电镜法进一步检测CV-A5 VLPs的浓度和纯度及颗粒形态。结果 pFastBacDual-P1/3CD重组质粒经限制性双酶切、重组Bacmid PCR鉴定、rCV-A5 VLs PCR鉴定结果显示,均在预期目标处有清晰条带。利用IFA检测重组病毒rBacCV-A5-P1/3CD蛋白,结果可见明显荧光。rCV-A5 VLPs经SDS-PAGE检测到VP0为39 000、VP1为34 000和VP3为27 000;Western Blot检测也可见相应特异性条带。利用透射电镜观察纯化rCV-A5 VLPs,可见直径为23～33 nm的颗粒,形态和大小均与CV-A5一致。结论成功构建了rBacCVA5-P1/3CD重组病毒,并在sf9细胞内成功表达了CV-A5 VLPs,为今后CV-A5 VLPs疫苗的研发奠定了基础。     

产NDM-5大肠埃希菌的鉴定及特征分析

对分离自血液标本的1株碳青霉烯类耐药大肠埃希菌(Escherichia coli)SCNJ06进行特征分析,以期为临床耐药菌株感染的防治提供理论参考。采用全基因组测序以及生物信息学分析,该菌株属于序列型167(ST167),含有11种耐药基因,分别是rmtB、aph(3″)-Ib、aph(6)-Id、bla_(NDM-5)、bla_(TEM-1B)、bla_(CTX-M-55)、fosA3、floR、sul2、tet(A)和mdf(A)。其中,bla_(NDM-5)位于IncX3型质粒pNDM5_SCNJ06上,mdf(A)位于染色体上,其余耐药基因位于IncFII型质粒prmtB_SCNJ06上。接合试验显示,pNDM5_SCNJ06和prmtB_SCNJ06均能够发生接合转移。应加强抗菌药物临床应用管理和医院感染防控措施,重视细菌耐药监测工作。     

Curvibacter sp. HJ-1菌株诱导碳钙镁石的形成

【背景】无论是在自然界还是在模拟实验产物中,碳钙镁石均是比较罕见的碳酸盐矿物类型。【目的】探究在实验过程中意外发现的碳钙镁石的成因,在对包括本文在内的所有有关碳钙镁石的实验条件进行综合分析的基础上,进一步探究此类矿物的形成机理。【方法】在Mg/Ca为5.0条件下对Curvibacter sp. HJ-1菌株进行了为期30 d的培养,定期测定细菌数量、pH值、Ca~(2+)和Mg~(2+)浓度,利用扫描电子显微镜对沉淀物形态进行观察,利用X-射线衍射仪对矿物成分进行测定。【结果】随着培养时间的延长,细菌培养液的pH值总体上呈现逐渐升高的趋势,而Ca~(2+)和Mg~(2+)浓度呈现逐渐降低的趋势。对于无菌对照实验(CK),上述3项指标均保持稳定。在HJ-1菌株实验体系中,第8天开始形成碳钙镁石,至实验结束(第30天)一直以该矿物为主。在CK体系中自始至终未形成任何矿物。随着培养时间的延长,X-射线衍射图谱上显示的碳钙镁石晶面数有逐渐增多的趋势,这意味着其结晶程度趋于变好。【结论】Mg/Ca≥2.0、钙和镁离子浓度之和介于0.03-0.07 mol/L、饱和指数1.95并存在微生物的溶液环境比较有利于碳钙镁石的形成。     

黄土高原地区生态系统碳储量空间分布及其影响因素

准确估算生态系统碳储量,探明其空间分布及其影响因素对区域生态管理具有重要意义,但黄土高原地区碳储量现状、空间格局及其驱动因素尚不清楚。选择黄土高原地区森林（包括乔木林和灌木林）,草地和农田生态系统为对象,基于大量实测样点通过克里金插值和地统计方法,评估了三种生态系统地上生物量碳密度、地下生物量碳密度和0-100 cm土壤有机碳密度空间分布,并通过路径分析探讨了各碳库的主要影响因素。结果表明：黄土高原地区约占全国总面积的6.7%,其生态系统总碳储量约为2.29 Pg,仅占我国生态系统碳储量的2.3%。生态系统各碳库中,地上生物量碳储量、地下生物量碳储量、土壤有机碳储量分别为0.44、0.32和1.52 Pg;森林、草地、农田（仅指土壤）生态系统碳储量分别为0.98、1.09和0.21 Pg。气候（年均温度、年均降水）、海拔、坡度、土壤质地（砂粒、粉粒、粘粒含量）、植被覆盖状况（用NDVI表示）等因子可解释地上生物量碳密度、地下生物量碳密度、农田土壤有机碳密度空间变异的12%、8%和32%,其中,年均降水、海拔、粘粒含量是黄土高原地区生态系统碳储量空间格局的主要影响因素。本研究表明,由于黄土高原地区独特的气候、地形和土壤条件,其生态系统虽然具有较大的碳储量,但是低于我国生态系统碳储量的平均水平。     

模拟冻融环境下亚高山森林凋落物分解速率及有机碳动态

森林凋落物分解是森林生态系统物质循环的重要环节,季节性冻融交替是影响凋落物分解的重要环境因素之一,但不同林型的凋落物对冻融响应的差异性很少被量化。为了解冻融环境对森林凋落物分解进程的影响,以川西亚高山森林地区阔叶林、针叶林和针阔混交林3种典型林型的凋落物为实验材料,从凋落物基质质量、冻融环境等影响凋落分解的因素着手,采用模拟冻融循环过程（-5-5℃）,研究了冻融循环中3种林型凋落物分解速率和有机碳含量的动态变化。结果发现,3中典型林型凋落物经过不同冻融处理后,其质量损失、质量损失速率均存在显著差异（P<0.05）。混交林凋落物和针叶林凋落物的分解速率呈慢-快-慢的趋势,而阔叶林凋落物的分解速率逐渐减小。在冻融循环处理下,3种林型的凋落物碳绝对含量呈波动下降的趋势,说明微生物固定外源碳和凋落物释放碳间存在动态平衡。相同林型的凋落物在不同冻融处理下,有机碳释放有显著差异（P<0.05）。其中,冻融环境显著（P<0.05）促进了混交林凋落物和针叶林凋落物有机碳的释放,但是对阔叶林凋落物有机碳的释放没有起到促进作用。这表明全球气候变暖情景下,亚高山森林土壤冻融事件频发将加快凋落物的分解,但变化程度受到凋落物质量控制。     

连续氮添加14年对温带典型草原土壤碳氮组分及物理结构的影响

全球氮沉降对生态系统造成了深远的影响,研究长时间氮沉降对草地生态系统土壤理化特征的影响有助于加强生态系统对氮沉降响应的长效机制的理解。通过连续14年长期施加N0（0 g N m^-2 a^-1）、N2（2 g N m^-2 a^-1）、N4（4 g N m^-2 a^-1）、N8（8 g N m^-2 a^-1）、N16（16 g N m^-2 a^-1）、N32（32 g N m^-2 a^-1）六种浓度尿素模拟氮沉降,并将土壤分成0-10、10-20和20-40 cm三个深度土层,研究温带草原生态系统土壤碳氮组分及物理结构对氮添加的响应及其相互关系,结果表明：（1）氮添加显著降低0-10 cm土壤酸碱度及土壤微生物量碳含量,N32相比N0分别下降了27.63%和58.40%（P<0.05）;各土层总有机碳和全氮含量对氮添加处理无显著响应,0-10 cm土层显著高于20-40 cm土层。（2）同一土层深度不同梯度氮添加处理显著增加土壤无机氮离子含量（P<0.05）,0-10 cm土层铵态氮含量N32相比N0增加了88.72%,20-40 cm土层硝态氮含量N32相比N0增加了19.55倍,土壤深度与氮添加对无机氮离子含量影响具有显著的交互效应。（3）同一土壤深度不同梯度氮添加处理土壤粒度分形维数及土壤团聚体差异不显著,相关分析表明土壤碳氮元素含量与土壤结构显著相关。土壤碳氮组分在适宜浓度氮添加的增加趋势说明氮添加在一定程度上可能促进土壤理化性质的改良,氮添加对土壤物理结构的影响还需要进一步的深入研究。     

耐高盐枯草芽孢杆菌XP合成球形纳米硒及其抑制草莓病原真菌生物活性

生物方法合成纳米材料具有低能耗、高安全性以及环境友好等优良特点,因而备受人们关注。利用细菌将硒酸盐或亚硒酸盐还原为单质硒,不仅可以降低硒毒性,而且还能获得价值更高的生物纳米材料。文中选用可耐受高盐环境胁迫的枯草芽孢杆菌亚种Bacillus subtilis subspecies stercoris strain XP构建生物模型,分别以LB液体培养基和亚硒酸钠为介质和底物 (电子受体),解析菌株XP合成纳米硒的基本规律。通过扫描电镜 (Scanning electron microscope,SEM) 观察、X射线能谱分析 (X-ray energy dispersive spectral analysis,EDAX)、X射线衍射 (X-ray diffraction,XRD) 分析、傅里叶红外变换光谱 (Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR) 技术对合成的纳米硒进行物理化学表征分析,同时选用草莓枯萎、红叶、紫斑病病原真菌对其抗菌活性进行分析。结果表明,菌株XP介导合成的单质硒为球形纳米颗粒 (Selenium nanoparticles,SeNPs),其生成量与反应时间呈正相关 (0–48 h),且细胞形态未发生褶皱或破损等变化 (耐受力强);SeNPs为非晶态,粒径范围在135–165 nm,表面元素组成以Se为主,同时存在C、O、N、S等有机元素;颗粒表面包裹生物大分子物质,-OH、C=O、N-H、C-H等官能团与SeNPs稳定性和生物活性密切相关;高浓度纳米硒对枯萎、红叶、紫斑病病原真菌均有显著抑制活性 (P<0.05),其中对草莓红叶病与枯萎病病原真菌的抑制活性明显优于对紫斑病病原真菌的抑制活性。总而言之,菌株XP不仅耐受高盐胁迫能力强,同时还可介导合成生物SeNPs,其合成的纳米硒颗粒具有良好的稳定性和生物活性,在草莓病害防治以及绿色富硒草莓种植等领域具有潜在的应用价值。