黄土高原生物结皮对SCS-CN模型初损率的影响

水文模型是水文过程研究的有效工具,初损率(λ)是径流模型SCS-CN模型的参数,对模拟流域水文过程具有重要意义。为了确定生物结皮对λ的影响,提高该模型在黄土高原生物结皮广泛分布的退耕地的预测精度,本研究以陕西省定边县鹰窝山涧流域不同盖度的生物结皮坡面为对象,采用模拟降雨试验,分析土壤潜在最大入渗量(S)与实际入渗量(F)的关系,以及生物结皮盖度对λ的影响,并修订了λ;在此基础上,采用陕西省安塞县纸坊沟流域生物结皮径流小区的模拟降雨试验数据校验了参数修订后的模型。结果表明: 生物结皮坡面S与F的关系式为: S/F=2.5×60/T(其中T为降雨历时);模型参数λ与生物结皮盖度(C_BSC)呈极显著负相关关系,二者关系式为: λ=0.0791×e^{(-0.015×C_BSC}),R²=0.60;较λ取标准值,依生物结皮盖度修订λ后,SCS-CN模型Nash效率系数提高338.7%,合格率提升16.1%。研究结果为黄土高原生物结皮坡面λ的确定提供了科学依据,对准确评估黄土高原退耕还林(草)工程的水文效应具有重要意义。     

中国国家森林公园碳储量及固碳速率的时空动态

森林生态系统在调节气候变化和维持碳平衡中具有重要作用。国家森林公园是森林保护的主要载体,探明其碳储量和固碳速率的变化对于森林生态系统的固碳能力评估和可持续经营管理具有重要意义。本研究采用生态系统过程模型CEVSA2模型,模拟了1982—2017年中国881处国家森林公园的碳密度、碳储量和固碳速率的空间分布特征。结果表明: 国家森林公园平均碳密度为255.18 t C·hm^-2,高于中国森林生态系统平均碳密度。2017年,国家森林公园总碳储量为3.56 Pg C,占全国森林生态系统总碳储量的11.0%~12.2%。1982—2017年国家森林公园平均固碳速率达到0.45 t C·hm^-2·a^-1,各地区国家森林公园固碳速率都在0.30 t C·hm^-2·a^-1以上。东北和西南地区国家森林公园的总碳储量最高。东北地区国家森林公园的土壤有机碳固碳速率最高,而华东和中南地区国家森林公园的植被碳固碳速率最高。国家森林公园面积占中国森林总面积的5.8%,在森林碳汇管理中占据着重要地位。准确评估国家森林公园的森林生长状况、固碳潜力和碳吸收特征,可为我国森林公园生态系统服务功能的总体评估提供借鉴和参考。     

宁夏东部风沙区固定沙丘土壤性质小尺度空间变异特征

随着流动沙丘的不断固定,不同地形部位的土壤机械组成、有机碳(SOC)和全氮(TN)含量的变化存在差异。为了探明固定沙丘的土壤机械组成与土壤养分空间变异特征,本研究以宁夏黄沙古渡固定沙丘为对象,分析了固定沙丘不同部位、不同土层的风沙土机械组成、SOC和TN特征。结果表明: 各土层土壤机械组成均以中沙和细沙为主。SOC和TN有明显的表聚作用,SOC和TN含量最大值分别为5.781和0.412 g·kg^-1,分布在丘间地,脊线和背风坡含量最少。随着土层深度的增加,背风坡和迎风坡的SOC含量逐渐减少,丘间地的SOC含量先减少后增加。SOC和TN在小尺度上均表现出明显的空间异质性;SOC和TN与粉沙和极细沙含量呈显著正相关,与中沙和粗沙含量呈显著负相关。土壤机械组成对SOC和TN含量有明显影响,而且SOC和TN含量随着细颗粒含量的增加而增加,表明土壤细颗粒对有机质的吸附和积累起着重要作用。     

外源微生物对木麻黄幼苗生长和土壤微生物群落的影响

将解淀粉芽孢杆菌(YB706)和伯克氏菌(BK8)外源添加至木麻黄盆栽苗中,运用Biolog生态板和磷脂脂肪酸(PLFA)技术,探究外施细菌能否改善连栽木麻黄土壤养分和微生物群落及植株生长。结果表明:与空白处理(CK)相比,YB706和BK8处理的木麻黄盆栽苗土壤碱解氮、速效磷显著增加,土壤全氮、全磷、全钾和速效钾无明显变化,幼苗株高分别增加59.1%和63.9%,BK8处理叶绿素含量提高81.9%。各处理平均颜色变化率(AWCD)呈现YB706>CK>BK8;除氨基酸类外,土壤微生物对不同碳源的利用率也表现为YB706>CK>BK8;经YB706和BK8处理的土壤微生物种类和数量均显著增加,除放线菌外,各类微生物PLFA总含量均为BK8>YB706>CK,与CK相比,土壤真菌/细菌有所提高。YB706和BK8处理的土壤微生物群落Simpson、Shannon、Brillouin和McIntosh指数均显著提高。表明外施YB706和BK8可促进木麻黄幼苗生长,且显著增加土壤速效养分含量,提高土壤微生物群落结构多样性,改善土壤微生物环境。     

亚热带典型森林地上和地下凋落物输入对土壤新老有机碳动态平衡的影响

凋落物是森林土壤有机碳(SOC)形成、稳定和周转的重要影响因子。目前针对亚热带不同类型森林地上和地下凋落物对新SOC累积和老SOC输出动态平衡的影响仍不清楚。本研究以中亚热带常绿阔叶天然林、马尾松人工林和杉木人工林为对象,基于C3/C4植物-土壤置换试验,利用稳定同位素¹³C示踪方法开展3年野外定位试验,分析了森林地上、地下凋落物输入对SOC周转的影响。结果表明: 森林类型、凋落物处理和时间均能显著影响SOC含量、土壤δ¹³C值、新SOC和老SOC含量,且存在显著的森林类型×凋落物处理交互效应。地上和地下凋落物输入均能显著提高SOC含量和净增量,与杉木人工林相比,天然林SOC对凋落物输入的响应更敏感。凋落物输入显著降低了土壤δ¹³C值,且天然林、马尾松人工林土壤δ¹³C显著低于杉木人工林。在马尾松人工林,地下凋落物处理的新SOC含量显著高于地上凋落物;在天然林和马尾松人工林,地下凋落物输入处理的老SOC含量显著低于地上凋落物处理。此外,地上凋落物归还量和地下根生物量与SOC含量和净增量呈显著正相关,而地下根凋落物量和C/N与新SOC含量呈显著正相关。森林地下凋落物比地上凋落物输入对SOC周转的影响更重要,且不同森林凋落物输入对SOC的影响存在差异性。本研究可为揭示亚热带典型森林土壤有机碳库的形成和可持续管理提供依据。     

太行山南麓坡面土壤碳氮空间变异性及其影响因素

太行山南麓是我国华北平原的重要生态屏障,研究该区域土壤养分的空间变异性对土石山区林业生态建设具有重要意义。本研究以太行山南麓典型坡面(人工林坡地和自然荒坡地)为对象,采用网格法布设采样点,运用经典统计学、地统计学和约束性排序相结合的方法对土壤养分的空间变异性进行分析。结果表明: 1)太行山南麓的土壤全碳(TC)含量为6.80～57.05 g·kg^-1,全氮(TN)含量为0.74～3.93 g·kg^-1;土壤TC、TN变异系数为25.0%～52.8%,均属于中等程度变异,该变异由随机性因素和结构性因素共同引起;养分的空间聚集性均随着滞后距的增加而下降。2)土壤养分含量从坡上到坡下均有增加的趋势,养分的高值区出现在坡下部分。3)土壤总容重、砾石含量、植被覆盖度、土壤含水量是影响太行山南麓土壤TC、TN空间变异的主要因素。4)土壤含水量是影响自然荒坡地土壤养分的主控因素,但不是影响人工林坡地的主控因素。     

植物-固定化菌剂联合修复多环芳烃污染土壤

以火凤凰根际土壤中发现的3种优势菌[分枝杆菌(Ⅰ)、产黄纤维单胞菌(Ⅱ)、少动鞘氨醇单胞菌(Ⅲ)]构建的多菌剂体系为供试菌剂,针对大港油田原油污染土壤,将固定化供试菌剂接种于修复植物火凤凰根际,探讨供试菌剂强化火凤凰修复多环芳烃(PAHs)污染土壤的效果。结果表明: 处理ⅠⅢ(有效活菌数为10⁹ cfu·mL^-1)和ⅠⅡⅢ(有效活菌数为10⁷ cfu·mL^-1)对PAHs的降解有促进作用,PAHs降解率分别为32.2%和41.4%,均显著高于相应对照处理。此外,处理ⅠⅡⅢ对火凤凰的地下生物量有明显促进作用,比对照处理增加了31.2%。表明由3种优势菌构建的多菌剂ⅠⅡⅢ可以作为火凤凰修复PAHs污染土壤的强化手段,为微生物强化植物修复技术提供了新的修复思路及方法。     

黄丘区特色治理开发小流域土壤侵蚀变化对景观格局演变的响应

研究土壤侵蚀与景观格局变化的关系对小流域的治理开发具有重要的指导意义。本研究以实施退耕还林草、生态农业、生态旅游及科技示范的黄土高原安塞南沟特色治理小流域为研究对象,基于GIS平台和通用土壤流失方程,分析小流域1981—2018年景观格局和土壤侵蚀量的时空演化特征,并利用主成分回归法,从斑块类型水平和景观水平两个尺度分析土壤侵蚀模数与3类9个景观格局指标的关系。结果表明: 研究期间,在5种景观类型中,耕地和林地面积的时空变化主导了南沟小流域景观格局的演化,并且影响整个小流域的聚集分散程度;南沟小流域的土壤侵蚀量逐年减少,1981—2018年土壤侵蚀面积减少29.7%,侵蚀模数减少61.2%,且有73.4%的区域土壤侵蚀强度减轻;耕地和林地面积的变化决定了整个小流域土壤侵蚀模数的变化,其景观格局指数的变化方向与该景观类型土壤侵蚀的变化方向一致;退耕还林草工程是流域景观格局变化、土壤侵蚀减轻的主要原因,特色开发治理可以减弱局部地区土壤侵蚀强度。景观类型的合理化配置能有效地防治小流域土壤侵蚀,将其与特色治理开发相结合有助于实现小流域可持续高质量发展。     

不同水位时期东洞庭湖湿地土壤微生物生物量碳氮和酶活性变化

为从土壤微生物的角度分析东洞庭湖不同植被类型湿地土壤质量状况,本研究选取了苔草、芦苇和柳树3种典型植被类型为对象,在平水期、丰水期和枯水期对其土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)和酶活性进行监测,并分析其主要影响因子。结果表明: 1)3个水位时期,各植被类型湿地土壤MBC、MBN、蔗糖酶和纤维素酶活性(枯水期纤维素酶除外)均表现为0～10 cm高于10～20 cm,而土壤过氧化氢酶活性则相反。2)各植被类型湿地0～20 cm土层土壤MBC、MBN和MBC/TOC(总有机碳)、MBN/TN(总氮)皆以丰水期最低。3)各植被类型湿地0～20 cm土层土壤蔗糖酶活性峰值均出现在枯水期,而纤维素酶活性峰值出现在平水期,过氧化氢酶活性季节性波动较小,以丰水期稍高。4)不同植被类型间比较:平水期和丰水期,芦苇湿地土壤蔗糖酶活性显著高于其他植被类型,而其土壤纤维素酶活性最低,枯水期不同湿地间两种酶活性差异不显著。土壤过氧化氢酶活性在平水期以苔草湿地最高,枯水期以柳树湿地最高,丰水期以芦苇湿地最低。5)相关性分析表明,土壤MBC、MBN和蔗糖酶与TOC、TN、总磷(TP)呈显著正相关,而与pH值呈显著负相关。土壤纤维素酶和过氧化氢酶与TOC、TN、TP呈显著负相关,与pH值呈显著正相关。表明季节性水位波动影响土壤C、N、P和pH值,并对土壤微生物生物量碳、氮和酶活性产生显著影响,使其呈现明显的季节性变化特征。     

产碱杆菌Alcaligenes sp.KS-85来源肌酸酶活性中心的关键氨基酸功能研究

肌酸酶(Creatinase,EC 3.5.3.3)水解肌酸生成尿素和肌氨酸,是肌酐多酶级联检测中的关键酶。为进一步解析产碱杆菌来源肌酸酶的催化机理,利用蛋白质同源建模、分子对接、丙氨酸扫描技术分析了酶与底物的相互作用,并聚焦于酶活性中心4个功能未知的保守位点Phe64、Asp102、Phe252、Phe321,通过将氨基酸残基定点突变为6种具有代表性的氨基酸,结合生化实验对其功能进行解析。经研究,所有突变体的kcat值大幅度降低;除6个突变体:F252A、F252S、F252Y、F252W、F321A、F321Y的KM值降低,其余突变体的KM均提高。结构分析表明Phe252通过与Tyr259形成的π-π堆积稳定酶-底物复合体;Asp102通过与Arg66,Gly322的氢键相互作用稳定酶反应的过渡态;Phe321,Phe64位于底物两侧,通过疏水侧链的排斥作用及空间位阻影响底物的定位。本研究通过对活性中心氨基酸残基的功能解析,为肌酸酶的催化机制解析和分子改造奠定了基础。