流域土地利用变化对不同重现期洪水的影响——以奉化江皎口水库流域为例

土地利用变化对流域洪水过程产生显著影响,并导致设计洪水发生变化。为进一步指导流域防洪及水库洪水设计,以浙东沿海奉化江皎口水库流域为例,应用HEC-HMS水文模型模拟分析土地利用/覆被变化(LUCC)对不同重现期暴雨洪水事件的影响。结果表明,流域内1985—2003年土地利用变化引起不同重现期洪水过程与洪水量级发生改变,其中,洪量和洪峰均增加,洪量较洪峰变化明显。LUCC对小洪水过程影响更明显,5年一遇以上洪水的洪峰和洪量分别平均增加3%和7.6%,而小于2年一遇洪水的洪峰和洪量分别平均增加5.41%和11.91%。同时,LUCC使100年、50年和25年一遇洪水重现期分别提前了15、6a和2a,即其对量级最高的特大洪水的重现期影响最大。此外,不同的土地利用转变方式对洪水的影响程度不一,其中,林地向裸地转变对洪水影响最大,林地向灌草地转变次之,林地向耕地变化对洪水影响最小,且这种差异性在低重现期洪水表现更明显。     

尕海湿地植被退化过程中植被-土壤系统有机碳储量变化特征

青藏高原湿地作为陆地生态系统的重要组成部分,在全球碳循环中发挥着重要作用.以青藏高原东缘尕海湿地植被不同退化程度样地(未退化CK、轻度退化SD、中度退化MD及重度退化HD)为研究对象,通过分析地上植物、凋落物、根系和土壤有机碳,研究湿地植被退化过程中植被-土壤系统有机碳储量变化特征.结果表明: 除HD外,不同退化程度湿地地上植被碳储量为99.58～205.64 g·m^-2,根系(0～40 cm)碳储量为56.96～754.37 g·m^-2,地上、根系碳储量随退化程度的加剧显著下降,土壤容重随退化程度加剧呈先增加后减少趋势,植被退化湿地各层土壤容重均大于对照样地,而凋落物碳储量为17.29～35.69 g·m^-2,CK和MD均显著高于SD;不同退化程度湿地土壤0～40 cm碳储量为7265.06～9604.30 g·m^-2,且MD＞CK＞SD＞HD,土壤有机碳储量CK和MD显著高于SD、 HD;植被-土壤系统的碳储量为7265.06～10389.94 g·m^-2,各样地大小顺序为CK＞MD＞SD＞HD,有机碳主要储存于土壤中,占湿地总碳贮量的90%以上,说明适度干扰有利于发挥高寒湿地生态系统的碳汇功能.     

黄土高原4种典型植被对土壤活性有机碳及土壤碳库的影响

对黄土高原丘陵沟壑区4种典型植被(荒草地、文冠果林地、柠条灌丛、沙棘林地)进行了活性有机碳(MBC,Microbial Biomass Carbon;EOC,Easily Oxidated Carbon;POC,Particle Organic Carbon)及有机碳的测定,结果表明:4种植被土壤活性有机碳含量随着土层深度的增加呈逐渐降低的趋势,土壤有机碳为文冠果林地荒草地沙棘林地柠条灌丛,且差异显著(P0.05)。荒草地0—40 cm范围内土壤MBC含量分别比文冠果林地、柠条灌丛、沙棘林地显著降低了8.61%、23.84%、41.42%(P0.05);荒草地土壤POC含量分别比文冠果林地、沙棘林地降低了14.47%、16.67%,比柠条灌丛POC高出了25.00%;但荒草地土壤EOC含量、碳库活度及碳库管理指数均显著高于其他3种植被类型(P0.05)。4中植被类型中沙棘林地土壤微生物熵(SME,Soil Microbial Entropy)最大,而柠条灌丛土壤有机碳储量最小。土壤SOC与土壤EOC、有机碳储量(SOCS,Soil Organic Carbon Storage)显著相关(P0.05),而土壤SOC与POC呈极显著的相关(P0.01);土壤EOC与土壤POC显著相关(P0.05),但土壤MBC与SOC、POC、EOC、SOCS均呈现出不同程度的负相关性。因此土壤活性有机碳能客观反映土壤肥力和土壤质量的变化情况,是描述土壤质量和评价土壤管理的重要指标。     

储存条件对花绒寄甲成虫寿命及产卵量的影响

花绒寄甲Dastarcus helophoroides Fairmaire是天牛类林木蛀干害虫的重要天敌昆虫,释放成虫是利用该天敌控制害虫的重要手段之一。为保持成虫释放时仍具有有效活力,本文研究了成虫在释放前的储存温度和储存时长对其产卵量和寿命的影响。试验采用饲喂和未饲喂的成虫在16±1℃、12±1℃、8±1℃和4±1℃下储存,测定成虫的死亡率,同时测试成虫在同一储存温度下保存不同时长后的产卵量与寿命。结果显示,成虫在12℃储存条件下死亡率最低,且羽化后的新成虫在储存前未饲喂更利于其存活。经历不同的储存时间后,花绒寄甲的产卵量均随时间变化呈现先升后降的规律,且不同储存时长的累积产卵量差异显著（F7,16=83.12, P<0.001）其中储存60 d的成虫产卵量最高,各处理间的累积死亡率差异显著（F7,16=277.82, P<0.001）,其中储存60 d的死亡率最低为38%。储存温度与时长对花绒寄甲成虫寿命及产卵量有显著影响,成虫适合在12℃条件下保存,保存时长在60 d效果最好。     

雨强和土地利用对黄土丘陵区径流系数及蓄积系数的影响

利用人工降雨模拟器,设计不同降雨强度和土地利用方式的区组实验,定量研究了黄土丘陵区雨强和土地利用对降雨产流和蓄积的影响.结果表明:不同雨强对土地利用平均径流系数呈极显著的正效应,雨强与径流系数呈负指数函数关系;不同雨强对土地利用平均蓄积系数也有显著的影响,雨强为1.97、2.14、2.46、2.94和3.75 mm·min-1条件下,土地利用平均蓄积系数分别为0.73、0.62、0.58、0.55和0.44;不同雨强平均径流系数为林地>耕地>栽培草地>天然草地;林地、天然草地、栽培草地和耕地的降雨蓄积系数分别为0.44、0.68、0.66和0.55.在黄土丘陵生态脆弱区草地具有良好的降雨蓄积效果,同时表明林冠层、灌木层和枯枝落叶层对降雨的截留、阻滞和削弱具有显著功效.     

植被-大气相互作用中的气孔导度及其尺度转换

气孔导度是衡量植物和大气间水分、能量及CO2平衡和循环的重要指标,探讨气孔导度在叶片、冠层及区域尺度间的尺度转换及累积效应,对更好地认识植被与大气间的水热运移过程,合理评价植被在陆面过程中的地位和作用具有重要意义.本文着重从叶片尺度气孔导度模拟、气孔导度在冠层尺度的累积表现、冠层到区域尺度转换研究及气孔导度累积效应在陆面过程模型中的作用等4个层次总结了近期国内外研究状况,指出其中存在的异质性等问题,并就今后应加强多尺度间的同步观测提出了展望.     

sgRNAcas9软件图形用户界面开发及应用

CRISPR/Cas9系统介导的基因组编辑技术是新一代功能强大的基因修饰技术。然而,脱靶效应(Off-target effects)是目前CRISPR/Cas9技术面临的最大问题。因此,设计脱靶风险低的sgRNA(single guide RNA)就成为关键。sgRNAcas9是一款专门用于sgRNA设计和评估脱靶效应的软件包。针对其核心运行程序,我们利用Java程序语言开发了其图形用户界面。此外,依据脱靶位点碱基数和sgRNA种子序列(seed sequences)的特异性,通过设置不同的风险等级对sgRNA的脱靶效应进行评估。随后,利用此软件设计了34 124条靶向人、小鼠、大鼠、猪和鸡中共4691个microRNA(miRNA)前体的sgRNAs。此外,随机挑选了一个靶向人miR-206前体的sgRNA进行脱靶效应评估和验证。结果发现,sgRNAcas9软件人机交互界面友好,大多数miRNA前体可通过该软件寻找到sgRNA,且他们的GC%含量范围集中于40%~60%。利用sgRNAcas9软件设计的靶向miR-206的sgRNA,其基因组编辑活性和脱靶位点可被实验验证。本研究表明sgRNAcas9图形用户界面软件能针对任意物种设计特异性的sgRNA,其可在BiooTools(http://www.biootools.com/)网站下载。     

烤烟根际烟碱降解细菌的多样性及其促生特性分析

【背景】挖掘兼具烟碱降解和植物根际促生细菌(Plant Growth-Promoting Rhizobacteria,PGPR)功能的细菌资源,有助于保护土壤质量,实现绿色种植。【目的】分析烤烟根际细菌多样性,筛选可降解高浓度烟碱的PGPR。【方法】采用纯培养法在选择性培养基上分离烟碱降解细菌。通过BOXA1R-PCR分析技术、16SrRNA基因测序及系统发育树构建,对菌株的遗传多样性和分类学地位进行分析。进一步评价了菌株的吲哚乙酸(Indole-3-Acetic Acid,IAA)活性、溶磷能力、病原菌拮抗能力等PGPR指标,以筛选出高效PGPR,最后通过盆栽试验验证其促生效果。【结果】分离得到58株烟碱降解细菌,根据BOXA1R-PCR指纹图谱选取11株菌进行16S rRNA基因序列测定,结果表明,58株菌分别属于芽孢杆菌属(Bacillus)、假单胞菌属(Pseudomonas)、拉乌尔菌属(Raoultella)和短波单胞菌属(Brevundimonas)4个属,以芽孢杆菌属(Bacillus)为优势菌属。58株细菌中48.28%的菌株可产IAA,27.59%具备溶磷能力,37.93%具备纤维素降解能力,G2-13、G2-3及HT2-8因促生与抗病特性突出而被筛选为目标功能菌。盆栽试验结果表明,G2-13菌株对幼苗生长的促进作用明显,可使株高与地上部鲜重分别增加33.05%与53.32%。【结论】烤烟根际存在较为丰富多样的烟碱降解细菌,它们在种植业上具有潜在的应用价值。     

基于SPEI的北京低频干旱与气候指数关系

干旱是北京地区发生最频繁、波及面积最大、持续时间最长的一种自然灾害。基于1868—2010年每月的降水和平均气温数据,应用综合了降水和气温变化共同效应的新的干旱指标标准化降水蒸散指数(SPEI)定量描述北京地区的干湿状况,并利用历史旱灾记录对其进行验证;采用连续小波转换(CWT)分析近150 a来的干旱振荡特征,并利用交叉小波变换(XWT)探论了干旱与大尺度气候因子之间的关系。结果表明:1)SPEI揭示的干旱与历史记录比较吻合,证明该指数可以在多时间尺度上有效地反映北京地区旱涝程度及其持续时间;2)北京地区干旱具有80—120个月年际尺度和250个月、480个月年代际尺度的周期振荡,呈现了同大尺度气候因子相似的变化特征;3)北京干旱变化与四大气候因子存在着多时间尺度的显著相关性,SPEI和北大西洋涛动(NAO)、北极涛动(AO)、太平洋涛动(PDO)都具有100—120个月和250个月的年代际主共振周期,而SPEI和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)在整个研究期内都表现出极显著的32—64个月年际主共振周期,同时SPEI与4个气候因子在共振周期上均体现出比较明确的时滞特征(2—6月不等)。因此,可以基于大尺度气象因子结合SPEI预测北京地区未来的干旱变化。     

茎瘤固氮根瘤菌Azorhizobium caulinodans ORS571基因组分泌蛋白的生物信息学分析

为了获取茎瘤固氮根瘤菌(Azorhizobium caulinodans ORS571)的分泌蛋白,以便更深入地了解该菌的共生固氮作用,本研究采用SignalP、TMHMM、PSORTb、TargetP、LipoP、TatP和SecretomeP软件对该菌全部4717个蛋白序列进行分析预测。结果共识别了653个分泌蛋白,其中具有分泌型信号肽的蛋白54个,具有RR-motif型信号肽的蛋白1个,具有脂蛋白信号肽的蛋白2个和非经典分泌蛋白596个。该菌含信号肽分泌蛋白仅占全部蛋白的1.2%,低于其它固氮菌。在分泌蛋白中识别了核酸内切酶和核糖核酸酶等6个核酸酶。它们可能参与宿主植物遗传物质的降解,干扰宿主遗传代谢,进一步在宿主植物侵染过程中起到重要作用。此外还识别了超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽S-转移酶等4个抗氧化酶。它们可能参与活性氧的清除以保护固氮酶,是该菌固氮过程的重要参与者。