生源要素有效性及生物因子对湿地土壤碳矿化的影响

湿地土壤是全球碳存储的重要场所,湿地生态系统的碳循环过程对全球变化有重要指示作用。土壤碳矿化是湿地生态系统碳循环的重要环节,对于认知湿地生态系统生物地球化学循环过程具有重要的意义。综述了生源要素及生物因素对湿地土壤碳矿化的内在作用机制。土壤活性有机碳库通过调节土壤能源物质和微生物活性影响土壤碳库的有效性,是表征土壤碳矿化的敏感指标。湿地其它养分如N、P、S等元素的有效性也是影响土壤碳矿化的关键要素。电子受体(NO₃^-、SO₄^2-、Fe³⁺、Mn⁴⁺等)对湿地土壤碳矿化和有机碳转变的影响主要通过电子受体的还原过程完成,在厌氧分解过程中,湿地土壤利用难溶性电子受体可能是土壤C矿化的更重要途径。动物、植物、微生物群落和区系等则是土壤碳矿化的主要驱动因子。土壤动物区系在有机态养分矿化为无机态养分的过程有着独特的功能,能显著增加土壤碳矿化。土壤微生物的活性,决定着土壤中有机碎屑的降解速率,是土壤有机碳分解周转的主要诱导因素。湿地植物则通过影响根系、微生物呼吸底物的供应以及对小气候和土壤因子的调节而影响土壤有机质的分解。湿地生源要素和生物因子还极易与土壤理化性质如温度、水分、pH值和质地等环境因素形成交互和制约,共同影响土壤碳矿化。最后,提出了进一步研究生源要素和生物因素与湿地土壤碳矿化关系需要解决的一些重要问题。     

植物糖与激素信号途径的交叉会话

植物良好的生长发育状态需要体内众多生物学过程的有序参与,而其中最关键的就是光合作用及营养物质的吸收。这些复杂的生物学过程需要多种激素和糖信号的共同响应以及在各组织间的精密协同。目前,关于糖信号与激素信号的协同调控研究主要围绕DELLAs与PIFs展开,二者作为核心元件,在介导糖与赤霉素、细胞分裂素、油菜素内酯、茉莉酸甲酯、脱落酸和生长素之间的交叉会话中起着重要的串联作用。研究糖与激素的交叉会话可深入阐明植物生长发育与环境应答的分子机制,并为进一步的作物改良和育种提供新思路和理论依据。     

稻田与旱地土壤自养微生物同化碳在土壤中的矿化与转化特征

选择亚热带地区3种典型稻田和旱地土壤,应用碳同位素^14C-CO₂标记示踪技术结合室内模拟培养试验,研究自养微生物同化碳(“新碳”)在土壤碳库中的矿化和转化特征.结果表明: 在100 d的培养期内,“新碳”的矿化经历了先上升、10 d后缓慢下降、最后渐趋稳定的3个阶段.“新碳”的矿化比例为8.0%～26.9%,矿化速率为0.01～0.22 μg ¹⁴C·g^-1·d^-1,其中,稻田土壤为0.01～0.22 μg ¹⁴C·g^-1·d^-1,旱地土壤为0.01～0.08 μg ¹⁴C·g^-1·d^-1,而原有有机碳的矿化比例为1.6%～5.7%,矿化速率为1.3～25.66 μg C·g^-1·d^-1.土壤活性碳库\[可溶性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)\]中,¹⁴C-DOC在培养初期(0～10 d)先上升,升高幅度达0.3 mg·kg^-1,10～30 d又迅速下降,下降幅度达0.42 mg·kg^-1,至30 d后缓慢下降.¹⁴C-MBC的波动与¹⁴C-DOC不同,在培养初期(0～10 d)先迅速下降,10～30 d又迅速上升,至40 d后缓慢下降并趋于稳定.水稻土¹⁴C-DOC/DOC的转化更新速率明显大于旱地,而旱地¹⁴C-MBC/MBC的转化更新速率大于水稻土.
     

陆地生态系统中水溶性有机物动态及其环境学意义

水溶性有机物(DOM)是陆地生态系统中最活跃的有机碳库,也是土壤圈层与相关圈层进行物质与能量交换的重要表现形式,它对重金属、养分元素和有机污染物的活化、迁移与生态毒性有较大影响,在农业土壤溶液中DOM浓度通常在10～80mgC·L^-1,湿地土壤中多数在25～50mgC·L^-1,与森林土壤剖面淋滤水中的DOM相近,但在某些微域土壤环境(如根际和有机肥施用点附近)中DOM浓度可高达200～1000mgC·L^-1,不同来源的DOM在土壤中的迁移性与降解性明显不同,含低分子量组分或亲水性组分较多的DOM不易被土壤吸持而易被微生物降解,pH值相对较高的土壤(如石灰性土壤)对DOM吸附较弱,但pH较低和含有大量氧化物的土壤(如红壤、赤红壤和砖红壤等)则对DOM的吸附较强,施用石灰、土壤淹水或干湿交替、温度升高等有利于土壤保持较高的DOM浓度,由于DOM-金属配合物的形成,DOM能明显促进土壤重金属活化和向下迁移,而且DOM中低分子量或亲水性组分所占比例越低活化作用越强,同样地,由于DOM具有两亲性质,也能明显提高疏水性有机污染物(如农药和持久难降解有机污染物)的水溶性,增加其对环境污染的风险,特别是含疏水性组分越多的DOM这种作用越强．可以认为,继续加强有关DOM在陆地生态系统中产生与消长规律,特别是DOM及其与污染物的配合物从陆地生态系统向水体迁移的机理及其通量的研究,对合理预测污染物的环境行为和科学地进行环境风险评估有重要意义。     

北京山区3种暖温带森林生态系统未来碳平衡的模拟与分析

使用LPJ-GUESS植被动态模型, 在北京山区研究了未来100a以辽东栎 (Quercus liaotungensis) 为优势种的落叶阔叶林、以白桦 (Betula platyphylla) 为主的阔叶林和油松 (Pinus tabulaeformis) 为优势种的针阔混交林的碳变化, 定量分析了生态系统净初级生产力 (NPP) 、土壤异养呼吸 (Rh) 、净生态系统碳交换 (NEE) 和碳生物量 (Carbon bio-mass) 对两种未来气候情景 (SRES A2和B2) 以及相应大气CO2浓度变化情景的响应特征。结果表明:1) 未来100a两种气候情景下3种森林生态系统的NPP和Rh均增加, 并且A2情景下增加的程度更大;2) 由于3种生态系统树种组成的不同, 未来气候情景下各自NPP和Rh增加的比例不同, 导致三者NEE的变化也相异:100a后辽东栎林由碳汇转变为弱碳源, 白桦林仍保持为碳汇但功能减弱, 油松林成为一个更大的碳汇;3) 3种森林生态系统的碳生物量在未来气候情景下均增大, 21世纪末与20世纪末相比:辽东栎林在A2情景下碳生物量增加的比例为27.6%, 大于B2情景下的19.3%;白桦林和油松林在B2情景下碳生物量增加的比例分别为34.2%和52.2%, 大于A2情景下的30.8%和28.4%。     

雪豹（Uncia uncia）研究的文献计量评价

通过对1950—2010年SCI收录和1989—2010年CSCD收录的雪豹(Uncia uncia)研究文献分析,从年度文献数量变化、国家/地区分布、主要研究机构、期刊分布、发表文献作者、基金资助机构、刊载文献类型、学科类别和语种分布9个方面,对雪豹研究文献的分布规律和研究现状进行了统计分析。结果表明:在SCI上发表雪豹研究论文的国家排名依次是美(50.6%)、英(16.5%)、印度(12.5%)和中国(5.6%);在文献量机构排名方面,国际雪豹基金会和英国爱丁堡大学并列第一,中国科学院排名第五;中国的主要合作国家中包括了美、英和中亚国家(吉尔吉斯斯坦、蒙古)。无论是分布范围还是数量,中国雪豹资源都居于世界第一,而研究却不相匹配,国内在这方面还仍需努力。     

基于稳定同位素的SPAC水碳拆分及耦合研究进展

土壤-植被-大气连续体(SPAC)是陆地水文学、生态学和全球变化领域的重要研究对象,其水碳循环过程及耦合机制是前沿性问题.稳定同位素技术示踪、整合和指示的特征有助于评估分析生态系统固碳和耗水情况.本文在简述稳定同位素应用原理和技术的基础上,重点阐释了基于稳定同位素光学技术的SPAC系统水碳交换研究进展,包括:在净碳通量中拆分光合与呼吸量,在蒸散通量中拆分蒸腾与蒸发量,以及在系统尺度上的水碳耦合研究.新兴的技术和方法实现了生态系统尺度上长期高频的同位素观测,但在测量精准度、生态系统呼吸拆分、非稳态模型适应性、尺度转换和水碳耦合机制等方面存在挑战.本文探讨了现有主要研究成果、局限性以及未来研究展望,以期对稳定同位素生态学领域的新研究和技术发展有所帮助.     

热带假丝酵母脂肪醛脱氢酶基因CtAld1和CtAld2的功能评价

【目的】热带假丝酵母是发酵法生产二元酸的重要工业菌株,具有较高的ω-氧化活性。脂肪醛脱氢酶在ω-氧化途径中起重要作用,催化脂肪醛生成脂肪酸,但其具体催化功能及对细胞生理影响还未被系统研究。本文通过删除脂肪醛脱氢酶基因CtAld1和CtAld2鉴定了其在ω-氧化途径中的功能。【方法】通过基因组信息挖掘获得热带假丝酵母脂肪醛脱氢酶基因CtAld1和CtAld2序列,在此基础上,通过同源重组敲除CtAld1和CtAld2基因。考察突变株的生长和胞内脂肪醛脱氢酶活性变化,并评价CtAld1和CtAld2基因敲除对细胞二元酸合成能力的影响。【结果】分别获得了热带假丝酵母突变株XZX-1(ΔCtAld1/ΔCtAld1)、XZX-2(ΔCtAld2/ΔCtAld2)和XZX-12(ΔCtAld1/ΔCtAld1,ΔCtAld2/ΔCtAld2)。在以十二烷为唯一碳源的培养基中,敲除CtAld2基因显著抑制细胞的生长,胞内脂肪醛脱氢酶活性降低为出发菌株的30%;敲除CtAld1基因尽管会使细胞损失一部分醛脱氢酶活性,但能够一定程度地提升细胞在十二烷中的生长性能。敲除CtAld1或CtAld2会降低菌株二元酸产量,组合敲除CtAld1和CtAld2严重削弱菌株十二碳二元酸的合成能力。【结论】CtAld2对热带假丝酵母细胞的生长和十二碳二元酸的合成具有重要作用,缺失CtAld1或CtAld2基因降低细胞的二元酸合成能力。CtAld1和CtAld2可作为热带假丝酵母ω-氧化途径代谢工程改造的潜在靶点。     

在水生与气生状态下石莼光合作用对无机碳的响应

潮间带海藻光合作用总是处于水生(高潮时)与气生(低潮时)两种连续变化的环境状态下进行.对汕头沿岸常见的潮间带海藻石莼(Ulva lactuca L.)在水生和气生不同状态下光合作用对无机碳的响应特性进行了比较研究.在水生状态下,现有海水中溶解性无机碳浓度能充分饱和(10 ℃和20 ℃时)或接近饱和(30 ℃时)石莼的光合作用;而在气生状态下,石莼光合作用受大气CO2浓度的限制,且这种限制作用在较高温度(20-30 ℃)下比在低温(10 ℃)下更严重.在10 ℃和20 ℃时,石莼在气生状态下比在水生状态下具有更高的碳饱和最大光合速率;而在30 ℃时,石莼在这两种状态下的碳饱和光合速率相似.石莼光合作用的Km (CO2)值在气生状态下比在水生状态下高;而在气生状态下石莼对CO2的表观光合导度远小于其在水生状态下的值.认为大气CO2浓度升高将通过促进石莼在气生状态下的光合作用而增加其初级生产力.     

施入不同土层的秸秆腐殖化特征及对玉米产量的影响

耕作和秸秆还田是打破犁底层、改善黑土肥力的重要措施.本研究利用田间试验,分析了耕作和秸秆还田对秸秆腐殖化系数、总有机质含量(SOC)和玉米产量的影响.结果表明:深耕+秸秆施入20～35 cm(ST+S)能够打破犁底层,与浅耕(TT)、深耕(ST)和浅耕+秸秆还田(TT+S)相比,试验6年间土壤容重平均降低了5.7%、3.3%和5.7%,其中ST和ST+S试验第一年效果最好;试验6年后秸秆腐解率表现为0～20 cm土层(72.0%)>20～35 cm土层(59.2%);0～20和20～35 cm土层秸秆腐殖化系数在试验的第一年达到了最大值,分别为15.9%和12.7%;与初始土壤相比,TT、ST和ST+S处理0～20 cm土层SOC和轻组有机碳(LFOC)含量呈下降趋势,而TT+S处理分别增加了2.9%和12.4%,ST+S处理20～35 cm土层分别增加了9.2%和9.9%;对玉米产量的影响表现为ST+S>TT+S>ST>TT,耕作和秸秆还田的时间效应明显,其中ST处理玉米产量的影响可以持续3年,而ST+S处理可以持续6年.因此,通过耕作的方式将秸秆施入20～35 cm土层是一种有效的、可持续改善黑土质量的农业措施.