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。     

土壤中高产蛋白酶菌株产酶条件及酶学性质

【背景】微生物蛋白酶已经成为工业用蛋白酶的主要来源,筛选具有特殊环境适应性的微生物成为生物酶资源的开发热点。【目的】通过对青藏高原土壤微生物产蛋白酶菌株的筛选、优化及相关特性研究,寻找新的蛋白酶资源,为高原菌种资源利用提供科学依据。【方法】采用形态学和分子生物学对筛选菌株进行菌种鉴定,利用单因素试验和正交试验对菌株进行发酵条件优化及酶学性质的探究。【结果】筛选出一株高产蛋白酶菌株XC2,经鉴定菌株XC2为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。XC2最优产酶条件:可溶性淀粉4.0%,牛肉膏1.0%,K~+0.6%,培养温度34°C、初始pH 7.0、接种量2.0%的条件下200 r/min振荡培养13 h,所产蛋白酶活力最高为638.5 U/mL。XC2所产蛋白酶最适反应温度60°C,最适pH9.0;40-50°C、pH8.0-10.0条件下酶活稳定性较高;Mn~(2+)对酶活力有明显激活作用,而Zn~(2+)、Cu~(2+)、Fe~(2+)、Fe3+对酶活力有明显抑制作用。【结论】枯草芽孢杆菌XC2有较强的产碱性蛋白酶的能力,具有较好的应用前景。     

典型高原湖滨带底泥细菌群落结构及多样性特征

【背景】高原湖泊的富营养化日趋严重,而湖滨带作为湖泊的保护屏障对外源污染物具有拦截净化等作用,水环境变化则会对底泥细菌产生深刻影响。【目的】探究高原湖滨带底泥细菌群落结构特征及与水体富营养化之间的联系。【方法】基于16S rRNA基因高通量测序技术分析了阳宗海南岸湖滨带8个不同样点的底泥细菌群落结构及多样性,并结合样品水体环境因子,采用主成分分析(PCA)和冗余分析(redundancy analysis,RDA)探讨了水体富营养化对底泥细菌群落结构及丰富度的影响。【结果】湖滨带底泥细菌与水体富营养化程度存在响应关系,在水体富营养化程度高的区域(S3)细菌丰富度较高,操作分类单元(operationaltaxonomicunits,OTU)高达1473。反之,在富营养化程度低的区域(S1)细菌丰富度较低,OTU为730。阳宗海南岸湖滨带底泥中主要优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi),含有少量的放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes);绿弯菌门(Chloroflexi)与水体富营养化程度具有相关性,在中度富营养化区域,绿弯菌门(Chloroflexi)的比重高达44.1%,而在轻度富营养化区域绿弯菌门(Chloroflexi)的比重仅为15.6%。通过环境因子分析发现,阳宗海湖滨底泥细菌受总磷(TP)、叶绿素a (Chla)和总氮(TN)影响较强。【结论】研究结果明确了高原湖泊湖滨带底泥细菌种群的结构、变化特征及其对于水体富营养化的响应,加深了高原湖泊底泥细菌的了解,为高原湖泊水体富营养化的防治提供理论基础。     

The historical context of contemporary climatic adaptation: a case study in the climatically dynamic and environmentally complex southwestern United States

The process of adaptation can be highly dependent upon historical and contemporary factors, especially in environmentally and topographically complex regions affected by Pleistocene glaciations. Here, we investigate Hilaria jamesii (Poaceae), a dryland C₄ graminoid, to test how patterns of adaptive genetic variation are linked to its glacial and post-glacial history. We show that the species persisted in a single, southern refugium during the last glacial period and subsequently migrated throughout its current distribution concurrent with post-glacial warming. The species’ putative adaptive genetic variation correlates with climatic gradients (e.g. monsoon precipitation and mean diurnal temperature range) that covary with the species’ probable route of demographic expansion. The short timescale and multiple climatic dimensions of adaptation imply that natural selection acted primarily upon standing genetic variation. These findings suggest that restoration and conservation practices should prioritize the maintenance of standing genetic variation to ensure that species have the capacity to respond to future environmental changes.     

中国典型冻土区土壤可培养细菌多样性

[目的]对比分析中国典型高纬度冻土区和高海拔冻土区土壤可培养细菌的多样性.[方法]采用NM、TSA 、R2A 3种培养基分离培养不同冻土区土壤可培养细菌,用通用引物扩增分离的细菌16S rRNA基因,根据系统发育分析进行鉴定.[结果]从6个样品中得到冻土土壤可培养细菌的菌落数量为4.70×103 -2.57×105 cfu/g(土壤干重),根据不同的菌落形态分离出144株可培养细菌.纯培养物的16S rRNA基因部分序列分析表明:我国高纬度冻土区土壤样品中的细菌分别属于Firmicutes分支(59.52％)、Gammaproteobacteria 分支(38.10％)、Betaproteobacteria分支(2.38％),其中假单胞菌属(Pseudomonas)、芽胞杆菌属(Bacillus)、类芽胞杆菌属(Paenibacillus)的菌株为该区域的三大优势菌群.我国高海拔冻土区土壤样品中分离细菌属于Gammaproteobacteria分支(89.22％)、Firmicutes分支(8.82％)和Bacteroidetes分支(1.96％)o优势菌群为假单胞菌属( Pseudomonas).[结论]我国高纬度冻土区和高海拔冻土区土壤具有较高的可培养细菌多样性;不同类型冻土区土壤可培养细菌群落组成不同.本文研究结果将为我国冻土区土壤细菌资源研究与利用提供理论依据.     

云南会泽废弃铅锌矿重金属污染评价

取样测定了云南会泽废弃铅锌矿土壤和植物中重金属元素Pb、Zn、Cd的含量,并采用单因子指数法、内梅罗综合污染指数法评估了会泽县废弃铅锌矿复垦地和撂荒地土壤的重金属污染状况。结果表明：1)以《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)为标准,复垦地和撂荒地的土壤重金属含量均超过国家三级标准;复垦地中Cd、Zn、Pb 3种重金属的总含量分别为国家三级标准的35.0、28.0和11.3倍;撂荒地中这3种重金属总含量分别为国家三级标准的40.7、37.6和16.7倍。2)单项污染指数评价结果表明：铅锌矿废弃地污染指数为Cd>Zn>Pb,3种重金属均达到重污染级。综合污染指数评价结果显示：铅锌矿废弃地重金属污染达到重度污染等级,复垦地已不适宜耕种农作物。废弃矿山及土法冶炼后遗留的矿渣是重金属污染的主要原因。3)当地受重金属污染的土壤中仍然有生长良好的野生植物,并且有些植物种类对重金属的吸收转运能力较强,在土壤重金属污染的生物修复中有应用潜力。     

退化高寒草原土壤有机碳时空变化及其与土壤物理性质的关系

利用网格采样法研究了藏北退化高寒草原土壤有机碳变化及与土壤物理性质的关系.结果表明：0～10和11～20 cm土层有机碳含量、有机碳密度及其土层差异均为：轻度退化草地＞正常草地＞中度退化草地＞严重退化草地;有机碳含量、有机碳密度年变化速率则呈相反趋势,且表层土壤有机碳变幅均明显高于其下层土壤.正常草地、轻度退化草地0～10 cm土层有机碳年累积量为0.018和0.003 g·kg.^-1,分别为11～20 cm土层年累积量的6.0和2.0倍;中度、严重退化草地0～10 cm土层年损失量达0.150和0.231 g·kg^-1,分别为11～20 cm土层年损失量的2.3和2.2倍.中度、严重退化草地有机碳年损失总量为正常草地和轻度退化草地年累积总量的38倍,有机碳年损失总量达7.87×10⁵ t C,且具有较大的潜在退化态势.土壤有机碳与5.0～1.0、1.0～0.5和0.5～0.25 mm团聚体含量,土壤有机碳与土壤容重、土壤含水量间均呈极显著或显著正相关.     

Investigation of bathymetry and water quality of Lake Nam Co, the largest lake on the central Tibetan Plateau, China

Comprehensive field investigations have been conducted four times on Nam Co, central Tibet, from September 2005 to September 2008. Here, we present the preliminary results focusing on the bathymetric survey and water quality measurements. The isobathic map shows that Nam Co is a high-altitude, deep lake where a flat and large basin lies in the central part with a water depth of more than 90 m. Water depth data from the northwestern bank areas of Nam Co provide unquestionable evidence of rising water levels in the last 3 decades because of the formation of two small islands that were still peninsulas in the 1970s. Water quality measurements taken at 19 stations during three summer field campaigns (2006, 2007 and 2008) covering almost all of the lake areas showed that the temperature, pH, dissolved oxygen and electric conductivity of surface water are on average 11.43°C, 9.21, 8.90 mg l⁻¹ and 1,851 μS cm⁻¹, respectively. The surface water shows no obvious spatial variability among all the stations. Vertical fluctuations of profiles, however, display some differences in thermocline and related parameters, such as pH and dissolved oxygen. According to the vertical variations of water quality parameters, the water column in relatively deep lake areas of Nam Co could be divided into three layers with distinctly various features: the epilimnion is from the surface to about 18–20 m depth in which the parameters are homogeneous with higher temperature and abundant sunlight; the metalimnion ranged from 20–60 m where a thermocline develops; the deepest layer forms a cold and dark hypolimnion.     

紫花针茅根际和体内真菌群落结构及与土壤环境因子的相关性研究

[目的] 探究青藏高原不同地区高寒草原紫花针茅根际和体内真菌群落的组成、多样性等特征,及与土壤环境因子（理化性质和酶活性）间的相互关系。[方法] 从青藏高原不同地区采集紫花针茅样品,应用土壤化学方法分析根际土壤理化性质和酶活性,并采用Illumina Miseq高通量测序技术,解析根际土壤和体内真菌群落组成和丰度、Alpha多样性和菌群结构,同时分析了紫花针茅根际真菌种群多样性与土壤环境因子的相关性,厘清了影响紫花针茅根际真菌区系的土壤环境因素。[结果] 三个采样地的根际土壤呈中性偏碱,土壤理化性质和酶活性变化各异。高通量测序共得到314801条有效序列和4491个OTUs;XZ样地的紫花针茅真菌多样性和丰富度相对偏低,GS样地最高。在门分类水平上,子囊菌门Ascomycota和担子菌门Basidiomycota是主要内生真菌类群,占总菌群的88.28%。不同采样地区紫花针茅体内真菌群落结构存在明显差异,而根际土壤真菌群落结构差异不大。相关性分析表明,紫花针茅真菌多样性与土壤pH、有效钾、铁、钙、镁、多酚氧化酶、过氧化物酶和脱氢酶呈显著（P<0.05）或极显著（P<0.01）正相关,而与海拔、土壤酸性磷酸酶呈极显著负相关。RDA分析发现,紫花针茅根际土壤真菌不同,影响的土壤环境因子也不同。[结论] 青藏高原高寒草地紫花针茅根际和体内栖息着丰富的真菌群落,其组成和多样性受多种土壤环境因子影响,且影响不同真菌群落的主要土壤环境因子也不同。本研究对于有益微生物资源的开发、利用及保护具有重要意义,并为紫花针茅草原保育和合理开发利用提供科学依据。     

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。