湿度盐度pH协同驱动锡林河景观疣微菌群空间异质性

[目的] 为了阐明锡林河不同景观要素间疣微菌群的空间分布异质性及环境驱动力。[方法] 本文基于生境及微地形差异选择水生的河床中心、河床边缘与牛轭湖床,湿生的低河漫滩与高河漫滩,旱生的低阶地与高阶地等景观要素,基于16S rRNA基因高通量测序技术研究不同景观要素土壤疣微菌群的景观异质性,结合土壤湿度等环境变量研究其驱动力。[结果] 景观要素内疣微菌群呈协同的分布特征,景观要素间呈趋异的分布特征。斯巴达杆菌纲的Chthoniobacter成员及疣微菌纲的突柄杆菌属等成员主要分布在水生河床中心,与砂粒含量存在显著正相关关系（P<0.05）;丰祐菌纲成员主要分布在湿生河漫滩,与pH存在正相关关系（P<0.05或P>0.05）;斯巴达杆菌纲的DA101_soil_group成员主要分布在旱生河流阶地,与盐度及养分含量等存在极显著正相关关系（P<0.01）。双组与三组环境变量的变异权重分析表明,湿度、盐度、pH对疣微菌群景观异质性的解释度分别高达24.7%与21.4%、24.3%与22.7%、23.1%与20.8%。[结论] 锡林河流域疣微菌群存在景观异质性。Chthoniobacter和突柄杆菌属等成员是河床中心景观要素的指示生物,DA101_soil_group是阶地景观要素的指示生物。湿度、盐度、pH协同驱动疣微菌群的景观异质性。     

短期氮、水添加对放牧背景下荒漠草原短花针茅叶片属性的影响

叶片属性是反映植物对环境变化敏感程度的重要特征,可在一定程度上预测植物对放牧干扰后的恢复能力。短花针茅（Stipa breviflora）是内蒙古荒漠草原的主要建群种。在不同放牧强度背景下的短花针茅草原开展了围封模拟放牧持续利用的实验,同时进行添加氮素和水分的恢复措施,测定了7月和9月中旬建群种短花针茅叶片的比叶面积、叶干物质含量,以及叶片全氮、叶片全磷和叶片全碳含量,分析水分和氮素添加对建群种短花针茅叶片的影响,探讨不同放牧强度下短花针茅可持续利用的氮水调控机制。结果显示,氮素和水分添加显著地增加了短花针茅叶片氮含量,降低了叶片碳氮比;放牧强度也显著地增加了叶片氮含量,且轻度放牧下的叶片氮含量（20.36 g/kg）显著高于对照（18.80 g/kg）;生长末期短花针茅的比叶面积、叶片碳含量、叶片碳氮比和叶片碳磷比显著高于生长盛期,叶片氮含量和磷含量显著低于生长盛期;在生长盛期和生长末期,不同放牧强度背景下对短花针茅所采取的氮素和水分的供给措施也不同。研究结果表明在放牧背景下短期氮、水添加提高了短花针茅的叶片氮含量,特别是在生长季后期水分添加增加了叶片氮和磷含量,可进一步促进短花针茅的生长。我们的结果也表明了资源供给水平的改善有助于短花针茅的迅速恢复。     

中国北部六种沙蒿的地理替代规律及其主导生态因子

对广泛分布于中国北部草原区沙地与荒漠区的6种沙蒿进行野外实地考察、标本查阅、分布区气象数据搜集与土壤成分测定,通过分析得到以下结果:1差不嘎蒿为东蒙古-科尔沁分布种,褐沙蒿是浑善达克沙地分布种,黑沙蒿为腾格里-鄂尔多斯分布种,白沙蒿为戈壁-蒙古种,准噶尔沙蒿为中亚种,乌丹蒿为科尔沁沙地西部种。2黑沙蒿、褐沙蒿、差不嘎蒿呈现出从西南向东北的地理替代分布,白沙蒿与准噶尔沙蒿构成东西向的地理替代分布。乌丹蒿由于与另几个种的亲缘关系较远,不作为这几个种的地理替代种。3利用方差分析的方法分析了5种沙蒿分布区内的热量、水分及土壤指标的差异,在黑沙蒿、褐沙蒿与差不嘎蒿这一地理替代中,黑沙蒿在年均温、最冷月均温、年较差、寒冷指数、6～7月份降水、湿润指数、水热综合因子、土壤酸碱度、土壤全磷含量上均与另两个种存在着显著差异。黑沙蒿向东北被褐沙蒿所替代,应该是水热以及土壤因子的综合作用。褐沙蒿与差不嘎蒿分布区内,主要是5～6月份的降水存在着显著差异,也就是生长季前半期的干旱是褐沙蒿区别于差不嘎蒿并使两者之间发生替代的原因。对于白沙蒿与准噶尔沙蒿这一对地理替代种,同样是降水的变率是两者发生替代的原因。     

矿区复合污染土壤真菌多样性及其对稀土-重金属离子的吸附特征

大量的稀土-重金属通过尾矿坝的浮尘、地表径流和渗滤液排放到周边土壤中,影响了土壤中的微生物群落结构。【目的】分析稀土和重金属复合污染土壤真菌群落结构并分离具有同时吸附稀土和重金属的菌株。【方法】本研究基于ITS基因,采用Illumina-Hiseq测序技术分析了包头稀土尾矿坝周边5份稀土-重金属污染土壤样品和距尾矿区20 km的1份相对未受污染的土壤样品的真菌群落特征,同时采用富集培养法从污染样品中筛选出金属耐性真菌,并对其进行吸附稀土-重金属的特性分析。【结果】群落结构为:在门水平,除了未分类门真菌(unclassified Fungi)外,子囊菌门(Ascomycota)真菌在所有土壤中占比较大(13.5%–90.5%);在纲水平上,除了未分类纲真菌外,粪壳菌纲(Sordariomycetes)真菌在B2 (73.1%)、B3 (28.4%)和B4 (20.8%)的丰度显著高于对照样点C (7.4%),而座囊菌纲(Dothideomycetes)在B5 (11.8%)的丰度明显高于B1 (3.5%);在属水平,除了未分类属,足孢子虫属(Podospora)是C(0.9%)和B3(23.6%)样点的优势种。曲霉属(Aspergillus)、未分类的格孢腔菌目(unclassified Pleosporales)和未分类的戴维迪科(unclassified Davidiellaceae)分别为B1 (3.0%)、B4 (10.5%)和B5(5.8%)的优势种,而蜡蚧属(Lecanicillium)真菌只在B2样点土壤存在且占优(51.6%)。Zn污染对真菌群落结构的影响大于稀土元素污染,且其浓度与优势的未分类真菌相对丰度呈负相关。从污染样品中共分离出6株真菌,它们分属于曲霉属(Aspergillus)(5株)和镰刀霉菌属(Fusarium)(1株)。所有分离菌株对镧(La~(3+))的吸附率均显著高于锌(Zn~(2+)),其中Aspergillus sp. B6-3对La~(3+)和锌Zn~(2+)的吸附率最高,分别为19.7%和3.9%。【结论】该研究为利用真菌去除稀土和重金属以优化生物吸附过程导向的环境生物修复和保护策略提供了机制基础。     

内蒙古外来植物入侵风险评价

基于内蒙古生物入侵防控及外来物种管理的需求,对内蒙古外来植物的种类组成和入侵现状进行了调查。结果表明:目前内蒙古外来植物共55种,隶属于17个科;构建了适应于内蒙古地区生态环境特点和经济社会发展特征的外来植物入侵风险评估指标体系,通过对内蒙古53种主要的外来植物进行入侵风险评价,确定其风险等级,提出相应的管理策略,从而为内蒙古地区外来植物入侵的防范和生态安全提供有利保障。     

除草剂对黄河三角洲入侵植物互花米草的影响

互花米草(Spartina alterniflora)作为我国危害最严重的外来入侵植物之一,严重威胁滨海湿地生态系统安全。筛选可高效灭除互花米草的除草剂,为互花米草防治提供技术支持。2017年7月在黄河三角洲潮间带对互花米草茎叶喷施不同除草剂,在施药当年和次年对互花米草生长状况和大型底栖动物密度进行跟踪调查。研究结果表明:1)高效氟吡甲禾灵对互花米草的灭除效果最好,既能杀死互花米草地上部分从而完全抑制有性繁殖,又可完全抑制次年的无性繁殖;2)氰氟草酯对互花米草的灭除效果也比较好,可以完全抑制互花米草的生长和结穗,但抑制根状茎无性繁殖能力的效果稍差,草甘膦可以完全抑制互花米草的有性繁殖,但无法抑制次年互花米草的无性繁殖;3)施用除草剂在短期内会毒害某些底栖动物,但在1年后底栖动物种群数量与对照处理无显著差异。除草剂对环境的影响程度与除草剂用量和施用时间息息相关,未来研究中,应在保证灭草效果的前提下,探索最佳用药时间和最低用量以最大限度地降低环境影响。     

适度放牧增加内蒙古典型草原甲烷氧化菌丰度和甲烷吸收

微生物氧化是大气甲烷唯一的生物汇.认识草原甲烷(CH₄)通量对不同利用方式的响应是制定低碳高效草原管理体系的基础.本研究通过测定内蒙古中部典型草原在放牧、割草和围封管理下生态系统的CH₄通量和土壤甲烷氧化菌丰度,旨在确定不同利用方式对内蒙古典型草原生态系统CH₄吸收的影响,验证甲烷氧化菌功能基因(pmoA)丰度调控CH₄通量.测定草原是连续5年实施4种不同利用处理的试验草原,4个处理为全植物生长季(5—9月)放牧(T₁)、春夏5月和7月放牧(T₂)、秋季割草(T₃)和围封禁牧(T₀).在测定植物生物量和土壤理化特征的基础上,采用静态箱置法测定草原植物生长季CH₄通量,采用分子技术测定草原表层土壤甲烷氧化菌pmoA功能基因的丰度.结果表明: 放牧显著促进CH₄吸收,增加甲烷氧化菌丰度(即每克干土pmoA功能基因拷贝数),其在生长季的变化范围是6.9×10⁴~3.9×10⁵.T₁处理下植物生长季的CH₄平均吸收量为(68.21±3.01) μg·m^-2·h^-1,显著高于T₂、T₃和T₀处理22.1%、37.5%和30.9%.草原CH₄吸收与甲烷氧化菌丰度呈极显著正相关,与土壤砂粒占比呈显著正相关,而与土壤粉粒占比、土壤水分含量、土壤铵态氮和硝态氮含量,以及植物地上生物量呈显著负相关.表明不同利用方式下内蒙古典型草原都是CH₄的汇,而适度放牧可增加草原土壤砂粒占比,降低土壤无机氮含量和植被生物量,提高土壤甲烷氧化菌丰度和CH₄吸收.本结果对制定低排放草原管理体系具有重要意义.     

长期施肥和增水对半干旱草地土壤性质和植物性状的影响

本文对内蒙古多伦退化草地2005年建立的长期野外控制试验中施肥和增水对土壤性质和植物群落特征的影响进行了总结和综合评述.结果表明:加氮导致了表土酸化并降低酸缓冲容量,提高了表土中碳氮磷硫有效性及DTPA-浸提态铁锰铜含量,导致盐基离子钙镁钾钠总量的消耗,降低了土壤微生物群落多样性,促进了优势植物物种叶片对氮磷硫钾及锰铜锌的吸收,抑制植物叶片对铁的吸收,而对钙镁吸收无显著影响,增加了植物地上净初级生产力(ANPP),降低了植物物种多样性和群落稳定性.单独加磷增加了表土全磷和Olsen-P含量及真菌丰度,促进了植物叶片对氮、磷、硫的吸收,但对其他土壤基本化学性质及ANPP、物种多样性无显著影响.增水提高了植物群落对干旱的抵抗力,但对ANPP增长的贡献受到土壤氮有效性的限制.增水对于加氮导致的土壤酸化、植物和微生物多样性降低等具有一定的缓冲作用;加氮增水和加磷增水下,土壤微生物多样性及功能受地上植物群落结构及功能变化的影响.长期野外控制试验对于深入理解草地生态系统结构和功能对环境变化的响应具有重要意义,但单点的研究结果仍需与不同区域多点控制试验的联网研究相结合,深入开展地上与地下生态过程的关联研究,才能深入理解草地生态系统生态学的相关机制.     

华北地区主要灌丛群落物种组成及系统发育结构特征

灌丛在中国北方广泛分布, 研究其物种组成特征及构建机制对植被恢复有重要意义。群落系统发育结构能有效反映群落组成的生态过程, 对揭示群落构建机制具有重要作用。该研究利用华北地区自然植物群落资源综合考察数据库的灌丛数据, 分析了中国华北地区主要灌丛群落的分布情况、物种组成及其系统发育结构特征。同时, 结合WorldClim数据库中的气候因子利用逐步回归和一般线性模型分析了气温和降水对灌丛不同垂直结构层物种系统发育结构特征的影响。经统计, 共调查木本植物75科207属570种; 草本植物99科491属1 221种。按植被型和群系类型分类后, 共有5种植被型, 195个群系, 其中分布最多的群系类型为虎榛子(Ostryopsis davidiana)灌丛、荆条(Vitex negundo var. heterophylla)灌丛、荆条+酸枣(Ziziphus jujuba)灌丛和沙棘(Hippophae rhamnoides)灌丛。整体上, 草本层的物种丰富度高于灌木层。草本层的系统发育结构表现为发散模式, 而灌木层的系统发育结构表现为聚集模式, 且不同植被型灌丛的系统发育结构不同。气候因子的变化对灌木层和草本层系统发育结构都表现出了明显的影响, 但对灌木层的影响要强于对草本层的影响, 且气候因子和植被型、群系类型都有明显的交互作用。分析结果表明, 区域尺度上气温和降水的变化会影响灌丛群落不同结构层的系统发育结构特征, 且对不同的植被型和群系类型的影响不同。     

半干旱草原大中型土壤动物在畜粪分解中的作用

土壤动物是陆地生态系统的重要组分, 在有机质分解过程中具有重要作用。目前有关土壤动物在生态系统分解中的作用研究主要聚焦于植物凋落物的分解, 而对动物粪便分解的研究稀少。本研究在内蒙古典型草原设置了马粪和牛粪分解原位实验, 使用不同孔径的金属隔离网排除不同体型大小的土壤动物, 通过测定大中型土壤动物对畜粪分解过程中质量损失、碳氮含量和微生物呼吸以及土壤养分动态变化的影响, 解析其在分解中的作用。设置5个处理, 即CK, 仅土壤, 无粪; T0, 粪添加+0.425 mm隔离网(排除了粪居型和掘洞型粪金龟和中型土壤动物); T1, 粪添加+1 mm隔离网(排除了粪居型和掘洞型粪金龟); T2, 粪添加+2 mm隔离网(排除了掘洞型粪金龟); T3, 仅粪添加(不排除土壤动物)。结果表明: (1)在畜粪分解60天内, 土壤动物对畜粪的干质量损失没有显著的促进作用(P > 0.05); 相反, 在畜粪分解360天, 不隔离土壤动物处理(T3)显著地提高了牛粪干质量损失(P < 0.05), 而降低了马粪干质量损失(P < 0.05)。(2)在畜粪分解的60天内, 畜粪中碳和氮含量下降速度在有土壤动物存在的情况下(T3)快于隔离土壤动物(T0和T1)。(3)两种畜粪添加增加了土壤微生物的呼吸, 且这种增加趋势在实验的第15天和第30天在土壤动物存在时(T3)最明显。(4)与对照(CK)相比, 马粪添加处理提高了土壤速效氮、有机碳的含量和土壤含水量, 且这种增加趋势在排除掘洞型粪金龟(T2)和不排除土壤动物(T3)条件下表现更显著(P < 0.05), 而牛粪添加处理没有明显改变这些指标(P > 0.05)。研究表明, 分解初期粪金龟的取食和活动会改变畜粪的理化性质, 进而影响分解后期土壤生物在畜粪分解中的作用。