全球降水格局变化下土壤氮循环研究进展

自然和人为因素导致全球降水格局发生改变,降水变化势必影响土壤氮循环,从而影响陆地生态系统生产力和多样性,然而不同降水变化类型对土壤氮循环的影响仍然缺乏足够的认识。因此,本文综合分析了全球和我国降水格局变化特征,简要介绍了6种降水格局变化下土壤氮循环的研究方法（长期降水固定观测、野外降水控制实验、自然降水梯度、室内培养、模型和遥感）,系统综述了3种降水变化类型（降水波动、干旱、干湿交替）,以及降水与温度、氮沉降等交互作用对土壤氮循环影响的研究进展与存在的问题,并展望了未来研究方向,为评估和预测未来降水变化对陆地生态系统功能的影响提供理论依据。     

基于BIOLOG技术分析氮沉降和降水对土壤微生物功能多样性的影响

土壤微生物是有机物分解和养分循环的主要介质,因此在维持土壤的功能多样性和持续性方面发挥着关键作用。气候变化驱动因素会影响土壤微生物的生理活动,引起其群落结构和功能多样性的改变,并对生物地球化学循环和气候―生态系统反馈产生连锁效应,其中氮沉降和降水是全球气候变化的研究热点。土壤氮(N)的有效性有可能通过改变微生物的群落组成以调节微生物对降水变化的响应,但目前关于N沉降和降水及其交互作用对土壤微生物群落功能多样性的影响机制仍不清楚。为了准确预测未来气候条件下生态系统的功能状况,需要更好地了解土壤微生物对环境变化的响应。基于BIOLOG技术综述了氮沉降和降水变化及其交互作用对土壤微生物功能多样性影响的相关研究进展,可以为进一步研究全球气候变化背景下地下生态学的发展提供参考。另外,分析阐述了当前工作中存在的一些主要瓶颈,并对未来的研究热点进行了探讨和展望。     

黄土高原降水年内分布差异对旱作果园蒸散特征的影响

天然降水是雨养农业区水文循环的主要驱动因子,在一定程度上决定着土壤水分生态环境,从而影响作物的蒸散特征。本研究通过分析静宁地区历年降水年内分布特征,明确了降水的集中趋势,在2018和2019年田间定位试验基础上,探究土壤水分随降水发生的变化过程以及果园蒸散特征对降水年内分布差异的响应规律。结果表明: 试验区历年降水集中度较高,集中期多分布在7和8月,8月所占比例达75%,且各年降水集中期出现的早晚变化较大。土壤水分对降水的响应主要集中在0～40 cm土层,深层水分只有在大雨量和连续性降水出现时才会发生明显变化。同为丰水年的情况下,2018年降水集中度高,集中期早,时间短,果树日耗水强度呈单峰结构,变幅较大;2019年降水分布均匀,集中期滞后,日耗水强度呈双峰结构,变幅小,大峰靠后。果树最大需水期历时长,2018年大雨的集中分布无法满足后期果树生理需水,果实产量受损,降水利用效率较2019年下降30.2%。黄土高原地区在苹果树幼果生长期往往会出现短暂干旱,影响果实品质,需加强该时段的水分管控。     

高寒植物叶片性状对模拟降水变化的响应

降水变化对高寒草甸生态系统产生了显著影响,植物叶片性状特别是叶脉特征对降水变化非常敏感,然而高寒植物叶片性状特征如何响应降水变化还知之较少。采用集雨棚模拟增减50%降水的条件,以高寒草甸8种主要植物叶片为研究对象,研究了降水变化对叶片的叶脉率、叶脉密度、叶片大小、比叶质量、叶片总有机碳含量、叶片全氮含量、叶片碳同位素相对含量和碳氮比等叶片性状的影响。发现增水显著增加了植物的叶片大小、稳定碳同位素千分值、总有机碳含量、全氮含量,但显著降低了叶脉密度;而减水显著降低了叶片大小、稳定碳同位素千分值。植物叶片性状各指标对降水变化的响应存在协同变化和相互制约。不同水分生态类型的植物对降水变化的响应存在差异,中生植物通过增加叶片大小和减少叶脉密度积极应对降水的增加,矮生嵩草的叶片大小分别增加了200.3%,叶脉密度减小了17.5%,而旱中生植物通过减少叶片大小和增加叶脉密度应对降水的减少,垂穗披碱草和异针茅的叶片大小分别减少54.9%和30.7%,其叶脉密度分别增加25%和22.4%。羽状叶脉植物增加叶脉密度和稳定碳同位素千分值以适应增水条件,花苜蓿、异叶米口袋的叶脉密度的增加了7.8%和4.0%,稳定碳同位素千分值增加2.5%和3.3%,但增水条件下平行叶脉植物的叶脉密度不变或降低和稳定碳同位素千分值保持不变;减水增加了平行叶脉植物叶脉密度并减低了稳定碳同位素千分值,异针茅的叶脉密度增加了22.4%,稳定碳同位素千分值减小2.9%,而对羽状叶脉植物的叶脉密度和稳定碳同位素千分值减少或不变。植物叶片性状对增水的敏感性显著大于对减水的敏感性,增水的效应约为减水的2倍;叶片大小的敏感性显著大于其它叶片性状,约为其它叶片性状的10倍。因此,植物在应对短期降水变化时,植物形态可塑性的作用凸显,放大或缩小叶片大小是植物应对降水变化的最有效的途径,但是不同水分生态类型和叶脉类型植物可塑性的方向存在显著差异。     

降水变化与氮添加对晋北盐碱化草地土壤净氮矿化的影响

于2018年在晋北典型农牧交错带盐碱化草地设置增减降水和氮添加处理试验, 2019年生长季(5—9月)采用原位顶盖PVC埋管法测定不同水、氮处理下土壤净氮矿化速率,研究盐碱化草地土壤净氮矿化速率对降水格局变化和氮沉降的响应。结果表明: 土壤净氮矿化速率表现出明显的季节动态。单独增减降水(±50%)和氮添加(10 g·m^-2·a^-1)以及氮添加+增加50%降水处理对土壤净氮矿化速率影响不显著,氮添加+减少50%降水处理显著提高土壤净硝化速率和净氮矿化速率,分别提高10.8和8.6倍。土壤净氮矿化速率与土壤含水量呈显著正相关,与土壤pH值呈显著负相关。氮添加在不同降水条件下对晋北盐碱化草地土壤氮矿化速率的影响存在差异,土壤含水量与pH值是晋北盐碱化草地土壤净氮矿化速率的主要影响因素。因此,全面评估草地土壤氮矿化过程对全球变化的响应模式,需要考虑降水格局变化与氮沉降增加的交互作用,以及盐碱化草地土壤理化性质的特殊性。     

模拟降水量变化对荒漠草原土壤酶活性的影响及其相关因素分析

为明确荒漠草原土壤酶活性对降水格局改变的响应机制, 该研究基于宁夏荒漠草原降水量不同梯度变化(减少50%、减少30%、自然降水、增加30%和增加50%)的野外试验(2014年开始试验), 于2016年5-7月采样, 测定分析不同降水梯度2年后对土壤酶活性的影响, 并分析酶活性与植物生物量、微生物生物量C∶N∶P生态化学计量特征以及土壤理化性质的关系。结果表明: (1)与自然降水量相比, 减少30%降水量对3种土壤酶活性均无显著影响, 减少50%降水量显著降低了土壤蔗糖酶活性(^P < 0.05); 增加降水量显著提高了土壤蔗糖酶和磷酸酶活性(^P < 0.05), 但对脲酶活性无显著影响。(2)减少降水量对植物生物量影响较小(尤其减少30%降水量), 但不同程度地降低了微生物生物量C、N、P, 提高了微生物生物量C∶N和C∶P; 增加降水量则不同程度提高了植物生物量及微生物生物量C、N、P。(3)土壤蔗糖酶和磷酸酶活性随植物及微生物生物量增加而增加; 对土壤酶活性影响显著的土壤因子包括: 含水量、NO₃^- N、NH₄⁺ N、C∶P、有机C、全N、C∶N和pH (P < 0.05)。研究认为, 减少降水量(尤其是减少30%降水量)对土壤酶活性影响较小, 增加降水量促进了植物的生长、刺激微生物活性, 进而提高了土壤酶活性, 但随着植物生物量增加, 土壤有机C输入增多, 磷酸酶活性相应增强并促进了有机P的矿化, 导致土壤微生物P限制增加。     

鄱阳湖流域极端降水时空分布和非平稳性特征

全球变暖背景下的极端天气气候事件显著增加。本研究基于PreWhitening Mann-Kendall(PWMK)、极点对称模态分解法和广义可加模型,利用鄱阳湖流域1959—2019年16个国家级气象站点的逐日降水数据,从极端降水的强度、频率和持续性3个维度系统检测和分析流域极端降水的时空分布和非平稳性特征。结果表明: 研究期间,鄱阳湖流域极端降水强度和频率呈显著增加趋势,持续性呈下降趋势,极端降水整体表现出强度大、频率高、持续时间短的特点;极端降水存在明显的汛期和非汛期时间分异规律,汛期极端降水集中在流域北部和中部,而非汛期多集中于中部,子流域中信江流域降水量增加趋势最显著,达到2.10 mm·a^-1;汛期极端降水的持续时间越长,强度和范围越小,非汛期极端降水则相反;鄱阳湖流域的极端降水强度和频率以平稳性特征为主,持续性表现出非平稳性特征。随着鄱阳湖流域极端降水量的不断增加,其可能引发的灾害风险将进一步增大。     

短时极端高温对松毛虫赤眼蜂成虫致死作用及子代适合度的影响

极端高温天气事件在高产作物种植区频繁发生,潜在影响了寄生蜂对害虫的防控能力.为明确短时极端高温对松毛虫赤眼蜂Trichogramma dendrolimi Matsumura成虫致死作用及子代发育适合度的影响,本研究模拟夏季田间最高气温,以42℃高温处理松毛虫赤眼蜂成蜂0.5h和1 h,统计并观测了各处理条件下母代蜂致死率、繁殖力、子代蜂寿命、羽化率、性比和畸形率.结果显示:短时高温对松毛虫赤眼蜂有致死作用,表现为雌、雄蜂直接死亡及子代羽化率降低.42℃处理1 h,雌、雄蜂死亡率分别为40.28％和58.25％.短时极端高温导致松毛虫赤眼蜂子代适合度降低,表现为雌蜂寿命缩短、繁殖力下降,子代蜂畸形率增加及子代蜂雄性比上升.结果表明,短时极端高温对松毛虫赤眼蜂适合度产生负面影响,降低种群数量.本研究为夏季田间释放松毛虫赤眼蜂提供重要理论依据.     

冠状动脉磁共振血管成像和CT对可疑冠心病患者心脏事件的预测价值的比较研究

摘要 目的：探讨与比较冠状动脉核磁共振(MR)血管成像和CT对可疑冠心病患者心脏事件的预测价值。方法：2018年4月到2020年10月选择在本院诊治的103例可疑冠心病患者作为研究对象,所有患者都给予冠状动脉MRI血管成像与64层螺旋CT冠状动脉成像检查,记录影像学特征。随访患者的预后并进行预测价值分析。结果：103例可疑冠心病患者随访到2021年4月1日,发生心血管不良终点事件23例(不良事件组),发生率为22.3%。不良事件组的MRI血管成像显示右冠状动脉血管长度与内径都低于非不良事件组(P<0.05)。不良事件组的CT显示斑块率、斑块性质等与非不良事件组对比差异有统计学意义(P<0.05),两组斑块位置对比差异无统计学意义(P>0.05)。多因素Cox回归分析显示斑块性质、斑块率、右冠状动脉血管长度与内径都为导致心血管不良终点事件的重要因素(P<0.05)。结论：冠状动脉MRI血管成像和CT都可有效预测可疑冠心病患者心脏事件发生情况,能满足临床诊断可疑冠心病与预测预后的要求。     

老年慢性心力衰竭患者甲状腺激素水平与认知功能、心功能及心血管事件的关系研究

摘要 目的：探讨老年慢性心力衰竭（CHF）患者甲状腺激素（TH）水平与认知功能、心功能及心血管事件的关系。方法：将我院2018年6月～2020年6月收治的140例老年CHF患者纳入研究,检测患者TH指标[血清三碘甲状腺原氨酸（T₃）、游离三碘甲状腺原氨酸（FT₃）、甲状腺素（T₄）、游离甲状腺素（FT₄）、促甲状腺激素（TSH）]水平。按蒙特利尔认知评估量表（MoCA）评分将患者分为认知障碍组（MoCA评分＜26分）、非认知障碍组（MoCA评分≥26分）,比较两组各TH指标与MoCA评分。比较不同纽约心脏病协会（NYHA）分级患者的TH指标与心功能指标[左室射血分数（LVEF）、左室舒张末期内径（LVEDD）、左室收缩末期内径（LVESD）]。根据患者住院期间是否发生心血管事件分为心血管事件组和非心血管事件组,比较两组各TH指标。经Pearson线性相关分析TH指标与MoCA评分、心功能指标的相关性。结果：认知障碍组血清T₃、FT₃水平及MoCA评分较非认知障碍组明显降低（P＜0.05）。Ⅲ级、Ⅳ级组的血清T₃、FT₃水平及LVEF较Ⅰ级、Ⅱ级组显著降低,其中Ⅳ级组低于Ⅲ级组（P＜0.05）。Ⅲ级、Ⅳ级组的LVEDD、LVESD较Ⅰ级、Ⅱ级组明显升高,且Ⅳ级组高于Ⅲ级组（P＜0.05）。心血管事件组血清T₃、FT₃水平较非心血管事件组显著降低（P＜0.05）。Pearson线性相关分析显示：血清T₃、FT₃水平与MoCA评分、LVEF呈正相关（均P＜0.05）,与LVEDD、LVESD呈负相关（均P＜0.05）。结论：老年CHF患者血清T₃、FT₃水平下调与其认知功能、心功能降低及心血管事件的发生密切相关,通过检测其血清T₃、FT₃水平,有利于进一步了解其病情变化。