铁还原细菌Shewanella oneidensis MR-4诱导水合氧化铁形成蓝铁矿的过程

【目的】研究铁还原细菌Shewanella oneidensis MR-4在细胞外诱导形成含铁矿物的矿物相、化学成分和形貌结构等特性及其变化,深化对铁还原细菌细胞外诱导矿化过程的认识。【方法】在以30 mmol/L乳酸钠为电子供体,10 mmol/L水合氧化铁为电子受体,[HCO_3~–]为30 mmol/L,[PO_4~(3–)]为5 mmol/L条件下,30°C恒温下厌氧培养,进行细菌生长和细胞外诱导矿化实验,定期采样测量反应体系的pH、生物量、Fe(Ⅱ)浓度;采用激光拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X-射线衍射(XRD)等方法对不同时间点的矿化产物进行分析。【结果】MR-4在还原Fe(Ⅲ)的过程中,细胞快速生长,表明MR-4的Fe(Ⅲ)还原和乳酸氧化过程相互耦合,从而进行细胞生长,并在细胞外诱导矿物形成。对不同阶段矿化产物的综合分析表明,反应进行到约8 d时,无定形-弱结晶的水合氧化铁部分地转化为纳米尺寸的磁铁矿晶体颗粒;约16 d时,反应体系中开始出现蓝铁矿晶体颗粒;约20 d后,几乎所有矿物转化为纤维状或者叶片状的蓝铁矿。【结论】铁还原细菌Shewanella oneidensis MR-4细胞外诱导矿化过程受环境条件控制,当以乳酸钠和水合氧化铁分别作为电子供体和受体,相对高的[PO_4~(3–]/[HCO_3~–](1:6)时,水合氧化铁先转化为磁铁矿,最后大量转化为蓝铁矿。本研究为全面认识铁还原细菌的生物诱导矿化过程和评估其参与铁元素地球化学循环提供了新的数据。     

近30年来黄河三角洲植被净初级生产力时空特征及主要影响因素

我国拥有丰富的海岸带蓝色碳汇,准确把握海岸带蓝碳生态系统净初级生产力(NPP)状况,辨识不同人为干扰下蓝碳生态系统NPP的时空分布特征具有重要意义。以黄河三角洲为研究区,以近30a(1987年、1995年、2005年、2016—2017年)为时间尺度,通过遥感手段和现场调查,对黄河三角洲NPP时空变化特征及其主要影响因素进行研究。结果显示:(1)近30年来研究区NPP均值和总量呈现先下降又略微增长的特征,2016—2017年度NPP平均值为294.38g C m~(-2)a~(-1),总量为710.05Gg C/a,表现出显著的季节差异。(2)研究区NPP在各行政区、保护区和地表覆盖类型中均表现出了明显的空间分异性;2016—2017年度NPP分区结果显示,不同分区面积由大到小依次为中生产力区(49.5%)、低生产力区(38.3%)和高生产力区(12.1%)。(3)研究区NPP的时空分异性是地表覆盖类型和植被生长状况共同影响的结果,海陆交互作用、开发利用活动和近年来的生态建设是NPP时空变化的主要影响因素。(4)湿地植被和农田是研究区碳汇的主要贡献者,20世纪90年代以来二者NPP均值逐渐上升,在2016—2016年度分别达570.28g C m~(-2)a~(-1)和335.92g C m~(-2)a~(-1);近30年来,湿地植被NPP总量逐渐减少,农田NPP总量则逐渐增加。湿地植被是海岸带蓝碳的典型载体,农田作为位于滨海地区、由湿地植被转化而来、本身具有较高固碳能力和潜力的碳汇类型,可作为海岸带蓝碳的重要补充。     

废弃盐田复垦利用后土壤盐分与有机质含量空间变异特征

针对目前莱州湾南岸废弃盐田复垦过程中存在的土壤盐碱、瘠薄等障碍问题,以该区两个典型复垦地块为研究对象,综合运用经典统计学和地质统计学的克立格法,研究不同复垦年限下各层土壤盐分和表层土壤有机质的空间变异性,对二者进行相关性分析,并绘制了各土层盐分和表层土壤有机质含量的空间分布图。结果表明:两个区域各层土壤含盐量较高,均超过1g/kg;受复垦年限、土地平整水平和施肥等人为复垦措施影响,二区土壤含盐量明显低于一区;两个区域土壤有机质含量普遍较低,其中一区为4.37g/kg,二区为3.66g/kg;两个区域各层土壤含盐量和表层土壤有机质变异系数在32.79%—83.83%之间,在水平方向上呈中等变异强度;相关性分析结果表明各层土壤含盐量与有机质含量均呈极显著负相关;各土层土壤含盐量和有机质含量的块基比均小于25%,表明二者具有强烈的空间相关性;空间自相关距离最小为440m,超过采样间距(最小为160m),表明采样间距设置合理;Kriging插值结果表明两个区域土壤含盐量和有机质含量呈条带状分布;一区土壤含盐量以中部为高值区逐渐向南北部降低,二区土壤含盐量则以东南部最低,逐渐向西北部高值区过渡;一区土壤有机质含量表现为中部低南北部较高,二区则为东南部最高,中北部含量较低。研究结果为后期高含盐量的水盐运移模拟研究提供初步论证,也为盐田复垦区盐渍土的合理分区,改良利用和科学管理提供了技术支撑。     

实验室培养下温度和盐度对底栖有孔虫Ammonia aomoriensis (Asano,1951)存活和生长的影响——基于形态测量

在三个温度(6℃,12℃和18℃)和四个盐度(20‰,25‰,30‰和35‰)完全交互条件下,对中国近海常见底栖有孔虫Ammonia aomoriensis活体进行单个体分组培养实验,每组12个体,实验周期为28d,每两天测量虫体长径和短径、记录房室数目和存活情况,以研究温度和盐度对A.aomoriensis存活、生长和形态变化的影响。统计结果显示,在实验设计的温度和盐度范围内,低温对其存活具有抑制作用,6℃时虫体出现死亡早且最终存活率低,而盐度无明显影响;温度对A.aomoriensis长径和短径的生长均有极显著的影响(p0.001),随着温度升高,生长加快;盐度对A.aomoriensis长径和短径的生长均无显著的影响。实验设计中最适宜的18℃时,两圈房室以上的A.aomoriensis每生长一个房室平均时间3.5-7d,长径和短径的生长速率分别为0.7~1.3μm/day、1.2~1.9μm/day。培养结束后A.aomoriensis的虫体长宽比与温度显著相关(p0.05),与盐度无显著相关,且温度升高,个体长宽比减小,形态更接近于圆形,推测其可以作为指示温度变化的指标。温度和盐度对A.aomoriensis的交互作用在长径的生长中显著,在短径的生长和长宽比中不显著。本研究结果表明,在实验室培养条件下,相比于盐度,温度对A.aomoriensis存活、生长和形态变化影响更显著。     

温度对热带西太平洋活体浮游有孔虫Globigerinoides sacculifer生长的影响研究

2016年2-4月搭乘"科学"号科学考察船对采自热带西太平洋海区的浮游有孔虫进行船上现场分离,分别在两种不同温度(22℃和27℃)下对Globigerinoides sacculifer进行单种培养,研究温度对G.sacculifer生长的影响。培养实验结果表明:G.sacculifer的个体生长受温度的影响显著,27℃下生长率(29.72μm/day)显著大于22℃(17.28μm/day)(P0.05)。22-27℃之间的温度系数Q10为2.96,G.sacculifer体长每天增长约17.28~29.72μm,达到成体大小(~400μm)约需2周。本研究结果显示,热带西太平洋海区G.sacculifer的温度系数较高,表明其对温度的反应极为敏感。     

黄渤海湿地芦苇光合特征对增温的响应

滨海湿地是高效的蓝碳碳汇系统,但气候变暖正在直接或间接地影响着滨海湿地植物的光合作用特征,从而影响湿地的碳汇功能。本研究在少雨的黄河三角洲(东营)和多雨的江苏盐城两地芦苇湿地建设增温观测站,采用Li-6800光合测量系统研究在东营和盐城两地芦苇的光合特征对模拟增温的响应机制,并对比了东营6月与8月两个生长季的差异。结果表明：与8月相比,6月芦苇光合作用能力更强,增温在2个生长季均提高了芦苇的净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(g_s)和胞间CO₂浓度(C_i),但在8月P_n的正响应波动较小;与东营相比,盐城湿地的芦苇具有更高的P_n和水分利用率(WUE),且盐城湿地芦苇的最大净光合速率(P_{n max})、光饱和点(LSP)、表观量子效率(AQY)和暗呼吸速率(R_d)对增温的正响应更为显著,其AQY、LSP和P_{n max}在增温样地分别提高了16.7%、53.6%和30...     

初夏渤海湾初级生产力分布特征及影响因素

根据2016年初夏在渤海湾周边重要经济开发区外海域所进行的调查和研究数据进行分析,利用稳定同位素¹³C示踪技术估算海域内初级生产力（Primary Productivity,PP）等,同时结合叶绿素a（Chlorophyll-a,Chl a）,营养盐以及透明度等水文环境参数,深入分析和探讨初夏渤海湾环境特征对浮游植物生物量（Chl a）和初级生产力的影响。结果表明：受陆地径流和渤海中部冷流输入等因素的影响,调查海域呈现3个温盐特征差异显著的海区,即近岸高温低盐海区、中部高温高盐海区和湾口低温高盐海区。Chl a受温度和营养盐等因素影响整体呈现近岸高湾口低、表层高底层低的分布特征,含量变化范围为1.27-20.82 mg/m³;在近岸营养盐含量充足,温度适宜,浮游植物生产旺盛,Chl a平均含量达（8.37±2.90）mg/m³,其中表层近27.5%水样中含量超10 mg/m³,存在发生赤潮的风险。而在中部和湾口区域受营养盐限制和温度的影响,Chl a含量远低于近岸。PP整体水平在44.79-792.73 mg C m^-3 d^-1之间,平均为（144.13±137.79）mg C m^-3 d^-1。其中近岸营养盐含量充足浮游植物生长旺盛,初级生产力水平较高,而中部和湾口海域受营养盐和温度的限制,初级生产力水平较低。初级生产力指数I（同化系数）变化范围在0.79-5.90 mg C/（mg Chl a·h）之间,平均为（3.40±1.33）mg C/（mg Chl a·h）。利用标准深度积分模型对水柱初级生产力（Depth-integrated primary productivity,∑PP）进行估算,结果表明其范围在56.88-772.31 mg C m^-2 d^-1之间,平均为（232.26±126.47）mg C m^-2 d^-1,近岸受陆源输入影响Chl a较高,在天津海河口和黄骅市排污河外出现高值点,受透明度的影响,中部和湾口部分站点出现高生产力区。     

江苏滨海湿地芦苇和互花米草光合特性对模拟增温的响应

滨海湿地生态系统具有较高的初级生产力,是地球生态系统主要的碳库之一。然而,气候变暖和外来物种入侵通过改变植物光合特征性能使这一碳库的稳定性存在诸多的不确定性。利用在江苏盐城芦苇湿地和互花米草湿地建设的两个增温观测站,采用便携式光合荧光测量系统研究了本土植物芦苇（Phragmites australis）和入侵物种互花米草（Spartina alterniflora）光合特性对模拟增温的响应特征和机制。光合作用日调查变化曲线显示,增温使芦苇的净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）、蒸腾速率（T_r）和水分利用效率（WUE）都发生了显著的下降,但互花米草的各同名参数却表现出相反的变化特征,表明增温使互花米草的生理机能增强,促进了光合作用;根据P_n和胞间CO₂浓度（C_i）的变化趋势推断互花米草和芦苇光合速率变化均为非气孔限制因素驱动。利用直角双曲线修正模型拟合的光响应曲线结果显示,芦苇增温组的光响应曲线位于对照组下方,互花米草增温组的光响应曲线位于对照组上方;增温降低了所研究植物的光补偿点（LCP）,表明增温可提高两种植物利用弱光的能力;增温增加了互花米草光补偿点（LCP）和光饱和点（LSP）间值域范围,从而揭示了增温可有效提高互花米草利用光合有效辐射的能力;增温降低了芦苇的暗呼吸速率（R_d）,芦苇受到增温的胁迫,在减缓新陈代谢的同时也减弱了光合作用,而互花米草表现出相反特征。由此推测增温条件下入侵植物互花米草同化大气CO₂的能力（即碳汇能力）优于本土植物芦苇,这也是互花米草成为入侵物种的主要原因之一。     

黄河三角洲湿地不同景观类型影响下植被与土壤因子的空间分布特征

以黄河三角洲湿地为研究区, 结合遥感影像和实地调查数据, 构建湿地景观类型和主要影响因子的空间分布格局, 解析不同景观类型下的植被及土壤因子的空间分布特征以及耦合关系。结果表明: 农田、湿地植被区是研究区内面积最大的景观类型, 分别占有46.87%、20.6%, 而植被覆盖贡献率59.07%、37.62%, 生物量贡献率59.08%、36.04%, 是湿地蓝碳资源的重要补充。另外, 黄河三角洲湿地年均有效磷(AP)以Ⅳ级土壤为主, 土壤肥力标准处于缺乏状态, 景观类型中农田区年均AP最高, 湿地植被区最低; 年均有效钾(AK)以Ⅲ级土壤为主, 处于中等状态; 光滩、盐田区年均AK高、湿地植被区最低。最后,相关性分析显示: 春秋两季, 有效钾与Shannon-wiener指数、植被覆盖度呈显著负相关, 成为植物生长、凋零过程中主控因子。