树干/枝呼吸作用对环境变化的响应

树干/枝呼吸是调控森林碳平衡的关键生理过程之一,其对环境变化的响应在很大程度上决定了森林生产力及其固碳增汇能力.本文主要综述了近10年来林木树干/枝呼吸对大气CO2浓度升高、温度升高、干旱胁迫和人为管理的响应及其生理生态学调控机制,结果表明:大气CO2浓度升高和升温一般促进树干/枝的呼吸,其表观温度敏感性(Q10值)受树种、测定方法、温度范围、季节、林龄和径阶的影响,但变幅小于根系呼吸Q10值的变幅;干旱胁迫时,树干/枝呼吸速率减缓,随后进行浇水则会引发树干/枝呼吸的剧增,其生理学机制仍不清楚;不同的管理措施(如火烧、施肥、灌溉、修枝、环割等)对树干/枝呼吸的影响不尽相同.综述以往研究,提出今后值得深入探讨的4个方向:(1)明确树干/枝呼吸释放CO2的来源和去向以及建立相应的测定标准;(2)了解树干/枝呼吸对环境变化响应的生物学机制;(3)探讨树干/枝呼吸对环境变化的适应性;(4)树干液流、同位素示踪和CO2微电极技术的综合应用.     

红壤剖面土壤养分对土地利用变化响应的敏感性

为了解红壤剖面土壤养分及其有效形态的分布以及对高强度土地利用的响应,本研究选取位于湘东大围山低丘陵地带同一景观单元内花岗岩红壤发育的4种毗邻的典型土地利用方式(包括樟树天然林以及由此转变而来的杉木人工林、板栗园和坡耕地),采用自制土钻以20 cm等间隔采集0~100 cm土壤样品,测定各土层的p H、有机质、大量元素(全氮、全磷、全钾)及其有效态(碱解氮、有效磷、速效钾)、中量(钙、镁)和微量元素(铁、锰、铜、锌)有效态的含量,并计算不同养分的敏感性指数(SI),分析土壤养分对土地利用变化响应的敏感性。结果表明,天然林地改为其他土地利用方式,0~100 cm土壤剖面有机质、全氮含量分别降低9%~55%和28%~57%,全磷含量则升高0.3~52倍,高强度的人类活动(如施肥)导致土壤剖面有机质和全氮的损失,但却引起磷素的累积。较之土壤全量养分(SI介于-0.6~1.5),有效态养分含量(SI介于-0.8~51.8)对土地利用变化的响应更为敏感。土壤有效磷(SI介于-0.8~51.8)、速效钾(SI介于-0.5~2.9)、有效态铁(SI介于-0.6~3.1)、有效态铜(SI介于-0.8~2.2)含量对土地利用变化以正响应为主,反映土地利用方式的转变提高了土壤剖面上养分的有效性。与表土相比,花岗岩红壤底土有效态养分(如碱解氮、有效磷、速效钾、有效态锰、锌)含量对土地利用变化的响应更敏感。不能简单地将不同土地利用方式浅层表土养分的研究结论外推到深层底土,应重视土地利用变化引起的底土养分(尤其是有效态和中、微量元素)的演变趋势。     

土壤CO2浓度的动态观测、模拟和应用

土壤CO2浓度不仅是地上、地下生物活动的反映,其变化对未来大气CO2浓度和气候变化也有重要影响.本文综述了国内外土壤CO2浓度的原位测定方法及其优缺点,分析了不同时(昼夜、几天、季节、年际)空(剖面、立地、景观)尺度上土壤CO2浓度的变化规律和影响因素,概括了现有土壤CO2浓度的模拟模型和发展态势,并总结了土壤CO2浓度梯度法在土壤呼吸研究中的应用和限制因素.最后展望了未来有待研究的4个领域:1)研发适于恶劣土壤环境(如淹水、石质土)的土壤CO2气体采集、测定技术;2)探讨土壤CO2浓度对天气变化的响应及其调控机理;3)加强土壤CO2浓度空间异质性的研究;4)扩大通量梯度法在热带、亚热带土壤呼吸测定中的应用.     

植物根呼吸对升温的响应

植物根呼吸碳释放量高达18Pg／a,约为全球化石燃料燃烧碳排放量（6．5Pg／a）的2．8倍。了解根呼吸对升温的响应对于构建陆地生态系统碳动态模型、评价地下碳库碳收支具有重要作用。短期升温能明显提高根呼吸速率,但在近乎恒定的温度梯度下,根呼吸速率可能逐渐恢复到温度变化前的水平。根呼吸的温度敏感性与植物种和测定的温度范围有关,其Q10值介于1．1～10之间。在野外条件下,根呼吸的温度敏感性还会受到土壤湿度、养分状况、呼吸底物有效性、太阳辐射、光合产物的地下分配模式和天气状况等影响。通常根呼吸的温度敏感性比土壤微生物呼吸的温度敏感性高,但室内控制温度下和野外环割（girdling）实验中并未观测到类似现象。根呼吸是否具有温度适应性仍是一个尚未解决的重大科学问题。有关根呼吸对升温的适应机理仍不清楚,可能是碳循环研究存在不确定性的重要来源。今后的研究方向应集中在以下几方面：（1）深入探讨根呼吸的温度适应性;（2）扩大对成年植物种的研究;（3）扩大对环境因子交互影响和模拟研究;（4）扩大对植物根呼吸测定和升温新技术的研究。     

亚热带不同稻田土壤溶解性有机碳的剖面分布特征

通过选取亚热带5种不同母质发育的稻田土壤(黄泥田Ⅰ、黄泥田Ⅱ、麻砂泥、红黄泥、河沙泥),按土壤发生层次采集剖面样品,研究土壤溶解性有机碳(DOC)的剖面分布特征及其与土壤有机碳(SOC)的关系,并探讨DOC的剖面迁移规律及影响因素.结果表明:稻田土壤剖面DOC含量介于13.61 ～90.34 mg · kg-1,以耕作层(A/Aa和Ap)最高,平均达到69.40 mg·kg-1,耕作层以下相对较低.除河沙泥外,其余4种稻田土壤剖面DOC含量并未随土层深度的增加而逐渐降低,而是在渗育层(P)及以下的某些土层(如We/W2层、C层)出现DOC含量较上一层次升高的现象.这可能与稻田土壤剖面特殊的DOC淋溶和淀积、生物降解、矿物相吸附和氧化还原状况有关.DOC/SOC的比例介于0.21％～1.31％,以耕作层土壤最低,表下层土壤相对较高,反映稻田表下层土壤SOC的活性较耕作层明显增强,在人为干扰(如翻耕)下,表下层土壤SOC可能更容易损失.相关分析表明,DOC与SOC呈显著正相关,剖面SOC含量对DOC的剖面分布具有决定作用.从维持土壤质量和固碳减排的角度看,应针对不同类型稻田土壤采取不同的耕作和管理措施.     

基于TAP分子亲和力模型预测MHCⅠ类分子提呈短肽的免疫原性

主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex,MHC)Ⅰ类分子亲和力模型有助于筛选出候选短肽,为实验确定可以与MHCⅠ类分子形成复合物从而激活细胞毒性T细胞的短肽提供帮助;抗原处理相关转运体(transporter associated with antigen processing,TAP)分子亲和力模型也可用于筛选候选短肽;如何更好利用两类亲和力模型筛选出候选短肽、这两类亲和力模型对短肽选择性的异同以及这种选择性异同的生物学机制尚不清楚.本文重新整理了TAP亲和力测试集,使训练样本达到699个;使用核函数平衡矩阵算法建立的TAP亲和力模型预测精度高于同类算法,5折交叉检验Pearson相关系数0.89;结合HLA A3分子亲和力模型、TAP亲和力模型显著提高免疫原性短肽预测精度,AUC值从～0.82上升到0.87.提高的原因是两个亲和力模型对第2、9位置"最佳"氨基酸不同偏好性和这种不同偏好的互补性造成的.TAP分子与短肽模拟对接结果反映了这个结论.TAP亲和力可在线预测(http://www.bilologymaths.top/mbtwo/major.aspx).     

中亚热带山区深层土壤有机碳库对土地利用变化的响应

通过对中亚热带丘陵山区4种典型的土地利用方式(天然林以及由此转变而来的杉木人工林、板栗园和坡耕地)1 m深土壤剖面碳储量、δ13C值和细根生物量的研究,结果表明:土地利用变化7a后,土壤剖面(1 m)有机碳储量与天然林相比降低了26%—36%,且40 cm以下深层矿质土壤碳储量下降了19%—45%。1 m深土壤δ13C平均则升高1‰—3‰,说明植物群落的光合类型发生了变化,C4植物种对土壤有机碳的贡献增加。天然林转变后,严重的水土流失、人为扰动和植物物种组成的变化,诱发深层土壤碳输入减少以及碳流失和矿化损失增加,是导致深层土壤碳储量大幅下降的主因。土地利用变化后,60 cm深细根生物量锐减50%—99%,且细根主要集中于表土层。这主要与土壤理化性状劣化、资源有效性大幅降低及天然林转变后植被幼龄化有关,反映土地利用变化后土地生产力大幅退化。上述研究结果揭示在中亚热带山地开发、利用和土地转变过程中,加强天然林保育和中幼林抚育,创新减轻坡土扰动的农艺措施和加强陡坡地退耕,严控水土流失,科学施肥补充损失的土壤有机质和养分,对于维系山地土壤生产力和山区可持续经营具有长远意义。     

土壤CO2浓度的动态观测、模拟和应用

土壤CO₂浓度不仅是地上、地下生物活动的反映,其变化对未来大气CO₂浓度和气候变化也有重要影响.本文综述了国内外土壤CO₂浓度的原位测定方法及其优缺点,分析了不同时(昼夜、几天、季节、年际)空(剖面、立地、景观)尺度上土壤CO₂浓度的变化规律和影响因素,概括了现有土壤CO₂浓度的模拟模型和发展态势,并总结了土壤CO₂浓度梯度法在土壤呼吸研究中的应用和限制因素.最后展望了未来有待研究的4个领域：1)研发适于恶劣土壤环境(如淹水、石质土)的土壤CO₂气体采集、测定技术;2)探讨土壤CO₂浓度对天气变化的响应及其调控机理;3)加强土壤CO₂浓度空间异质性的研究;4)扩大通量梯度法在热带、亚热带土壤呼吸测定中的应用.     

土地利用变化对花岗岩红壤底土溶解性有机质数量和光谱特征的影响

了解底土溶解性有机质(DOM)的数量和化学结构对土地利用变化的响应,对科学评价区域土壤有机质动态和碳库稳定性具有重要意义。通过选取花岗岩红壤丘陵区同一景观单元的天然林地(常绿阔叶林)以及由此转变而来的杉木人工林、板栗园和坡耕地,采用化学分析结合光谱扫描(紫外光谱、二维荧光光谱和傅里叶变换红外光谱)技术,研究底土(0.2—1 m)和表土(0—0.2 m)DOM数量和结构对土地利用变化的响应差异,结果表明:58%—87%的DOM贮存在底土中。天然林地土壤的DOM数量最为丰富,底土DOM的宏观化学结构比表土更为简单,以碳水化合物、类蛋白为主。天然林转变为其他利用方式后,底土DOM的损失量(26%—41%)超过表土(12%—49%),冬季比夏季更为凸显;这反映底土DOM数量对人为干扰和植被变化的高度敏感性。同时,底土DOM宏观化学结构趋于复杂化,芳香类、烷烃类和烯烃类的化学抗性物质出现积累的现象。DOM光谱曲线形状、特定峰值、特征值对土地利用的响应敏感,对人为干扰后植被、土壤有机质的变化具有生态指示意义。研究显示,天然林地转变为其他利用方式后,不仅导致底土DOM的损失,也显著降低土壤有机质品质,长期上削弱底土的碳库稳定性和碳吸存能力。