Effects of the supply levels and ratios of nitrogen and phosphorus on seed traits of Chenopodium glaucum

全球氮沉降不仅改变土壤氮和磷的有效性, 同时也改变氮磷比例。氮磷供应量、比例及其交互作用可能会影响植物种子性状。该研究在内蒙古草原基于沙培盆栽实验种植灰绿藜(Chenopodium glaucum), 设置3个氮磷供应量水平和3个氮磷比例的正交实验来探究氮磷供应量、比例及其交互作用对灰绿藜种子性状的影响。结果发现氮磷供应量对种子氮浓度、磷浓度和萌发率影响的相对贡献(15%-24%)大于氮磷比例(3%-7%), 而种子大小只受氮磷比例的影响。同时氮磷供应量和比例之间的交互作用显著影响种子氮浓度和磷浓度。同等氮磷比例情况下, 低量养分供应提高种子氮浓度、磷浓度和萌发率。氮磷比例只有在养分匮乏的环境中才会对种子大小和萌发率产生显著影响。总之, 灰绿藜种子不同性状对氮或磷限制的敏感性不同, 同时种子性状也对养分限制表现出适应性和被动响应。     

德国科隆市Stammheim污水处理厂简介

介绍德国科隆市Stammheim污水处理厂各构筑物和生产运行情况。     

“绿色革命”新进展:赤霉素与氮营养双重调控的表观修饰助力水稻高产高效育种

以半矮秆育种为代表的“绿色革命”极大地提高了作物产量,但也带来氮营养利用效率降低的严重问题。“绿色革命”主要基于调控赤霉素的代谢和信号转导而实现。前期的研究发现,赤霉素信号转导关键因子DELLA蛋白通过调控GRF4而负调控氮素的吸收利用,为半矮秆品系氮利用效率低的问题提供了解决方案。最近的一项研究进一步揭示了GA信号途径与氮响应交叉互作的新机制。该研究发现水稻(Oryza sativa)NGR5是氮素调控分蘖数目的一个关键基因,其表达受氮诱导。通过招募PRC2,NGR5对D14和OsSPL14等分蘖抑制基因所在位点进行H3K27me3甲基化修饰,从而抑制其表达。而在半矮秆背景下超表达NGR5可以提高低氮水平下的水稻产量。NGR5同时也被发现为赤霉素受体GID1的一个新靶标,受到其负调控。该研究发现了调控赤霉素信号通路的新机制,并对高产高效的新一代“绿色革命”育种实践具有重要启示。     

The relationship between the reduction of nonstructural carbohydrate induced by defoliator and the growth and mortality of trees

Large scale herbivorous insect outbreaks can cause death of regional forests, and the events are expected to be exacerbated with climate change. Mortality of forest and woodland plants would cause a series of serious consequences, such as decrease in vegetation production, shifts in ecosystem structure and function, and transformation of forest function from a net carbon sink into a net carbon source. There is thus a need to better understand the impact of insects on trees. Defoliation by insect pests mainly reduces photosynthesis (source decrease) and increases carbon consumption (sink increase), and hence causes reduction of nonstructural carbohydrate (NSC). When the reduction in NSC reaches to a certain level, trees would die of carbon starvation. External environment and internal compensatory mechanisms can also positively or negatively influence the process of tree death. At present, the research of carbon starvation is a hotspot because the increase of tree mortality globally with climate change, and carbon starvation is considered as one of the dominating physiological mechanisms for explaining tree death. In this study, we reviewed the definition of carbon starvation, and the relationships between the reduction of NSC induced by defoliation and the growth and death of trees, and the relationships among insect outbreaks, leaf loss and climate change. We also presented the potential directions of future studies on insect-caused defoliation and tree mortality.     

混合电子供体促进非光合微生物菌群固碳效率的分子生态机制

前期研究已从全国各地的表层海水中分离驯化得到了能有效固碳的非光合固碳微生物菌群(Non-photosynthetic microbial community,NPMC),并发现在好氧条件下,混合电子供体(Mixture of Electron Donors,MEDs)(配比为0.46%NaNO_2、0.50%Na_2S_2O_3和1.25%Na_2S)能显著提高其固碳效率。但其与最佳H_2作为电子供体相比促进效果如何,其促进机制是什么,尚未见有报道。本文在比较了NPMC以MED和H_2为电子供体的固碳效率基础上,从NPMC的固碳基因丰度和表达活性角度分析了MED促进NPMC固碳效率的分子生态学机制。结果表明:(1) MED系统的固碳效率可以达到H_2系统的水平,并显著高于传统的NH_4~+系统的固碳效率;(2)卡尔文循环关键基因cbbL和cbbM在MED系统中的较高基因丰度和同时较高的表达可能是MED促进NPMC固碳效率的一个重要原因;(3)由于MED系统含有不同价态的N和S,有利于多种微生物生长,丰富了微生物多样性,为形成不同菌种之间的相互作用促进cbbL和cbbM的同时高表达提供了条件。     

Effects of exotic plant invasion on soil nitrogen availability

外来植物入侵对土壤氮循环和氮有效性的影响是入侵成功或进一步加剧的重要原因。通过对比相同研究地点入侵区域和无入侵区域的土壤原位氮状态差异, 探讨了外来植物入侵对土壤氮有效性的影响程度和生理生态学机制。基于107篇相关研究文献数据的整合, 发现植物入侵区域相对于无入侵区域土壤总氮、铵态氮、硝态氮、无机氮、微生物生物量氮含量显著增加, 增幅分别为(50 ± 14)%、(60 ± 24)%、(470 ± 115)%、(69 ± 25)%、(54 ± 20)%。土壤硝态氮含量增幅较大反映硝化作用增强, 这可能增加入侵植物硝态氮利用以及喜硝植物的共存。温带地区植物入侵后土壤的硝态氮含量增幅显著高于亚热带地区。固氮植物入侵后土壤的总氮和无机氮含量增幅均显著高于非固氮植物入侵。木本和常绿植物入侵后土壤的总氮含量增幅分别高于草本和落叶植物入侵; 而土壤铵态氮含量的增幅没有显著差异且与固氮入侵植物占比无明显关系; 然而硝态氮含量的增幅普遍较高且与固氮入侵植物占比显著正相关。外来入侵植物固氮功能以及凋落物质量和数量是影响土壤氮矿化和硝化过程的关键因素。该研究为理解外来植物入侵成功和加剧的机制以及入侵植物功能性状与土壤氮动态之间的关系提供了新的见解。     

森林固碳释氧服务价值与异养呼吸损失量评估

固碳释氧是森林最重要的生态系统服务之一,将森林碳收支与固碳释氧服务价值评估相结合对于准确评估生态系统服务价值具有重要意义。应用森林碳收支模型(CBM-CFS3),分别基于净初级生产力(NPP)和净生态系统生产力(NEP)评估了2009—2030年湖北省兴山县森林生态系统总、净固碳释氧服务价值的时空动态,量化了异养呼吸造成的固碳释氧服务价值损失。模拟期间兴山县森林生态系统NPP逐渐增加(0.46—0.70 Tg/a),NEP由0.12 Tg/a先增加至0.21 Tg/a,然后逐渐下降至0.18 Tg/a;所对应的森林总、净固碳释氧服务价值范围分别为7.59—11.53亿元/a和2.21—3.70亿元/a。异养呼吸逐年增加,导致固碳释氧价值每年损失平均值为7.29亿元/a或4509元hm~(-2) a~(-1),约占总价值的68.6%。兴山县东南部异养呼吸造成的森林固碳释氧服务价值损失较高,而中部及西南部森林净固碳释氧价值较高。模拟期间兴山县森林为碳汇,稳定地提供固碳释氧服务。与NPP相比,使用NEP评估固碳释氧服务价值更为合理。忽视异养呼吸将严重高估森林生态系统固碳释氧服务价值;因而必须将物质循环过程与生态系统服务评估相结合,以降低评估结果的不确定性、提高生态系统服务的评估能力。     

氮负荷增强对闽江河口芦苇残体分解及其养分释放的影响

选择闽江河口鳝鱼滩西北部的纯芦苇湿地为研究对象，基于野外氮负荷增强分解试验，探讨了氮负荷增强对芦苇残体分解及其养分释放的影响。试验设置了4个氮负荷水平，即NL0（无氮负荷处理，0 g N m^-2 a^-1）、NL1（低氮负荷处理，12.5 g N m^-2 a^-1）、NL2（中氮负荷处理，25.0 g N m^-2 a^-1）和NL3（高氮负荷处理，75.0 g N m^-2 a^-1）。结果表明，不同氮负荷处理下残体的分解速率整体表现为NL2（0.00284 d^-1）>NL1（0.00263 d^-1）>NL0（0.00257 d^-1）>NL3（0.00250 d^-1），低氮和中氮负荷总体促进了残体分解，而高氮负荷抑制了残体分解，原因主要与不同处理下残体分解过程中基质质量及pH的明显改变有关。不同氮负荷处理下，残体中的全碳（TC）含量在分解期间均呈不同波动变化特征；全氮（TN）和全磷（TP）含量均在分解初期（0-30 d）骤然降低，之后则呈不同波动变化，其中TN含量呈波动上升变化，而TP含量呈小幅波动变化。残留率是影响不同氮负荷处理下残体分解期间碳（C）、氮（N）和磷（P）净释放的共性因素，而氮负荷增强导致的残体基质质量（C/N、C/P、N/P）和主要环境因子（pH、电导率（EC））改变影响了其释放强度。研究发现，在氮负荷增强背景下残体养分的累积与释放发生了明显改变，闽江河口氮负荷水平的增加整体将抑制芦苇残体中C、N养分的释放，但其在分解中后期（90-240 d）可能对P养分释放具有较为明显的促进作用。     

Responses of nitrogen and phosphorus resorption from leaves and branches to long-term nitrogen deposition in a Chinese fir plantation

为了解森林养分内循环对全球变化的响应, 基于长期模拟氮沉降试验, 研究了杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林不同龄级(一年生、二年生和衰老)叶和枝的氮(N)、磷(P)养分分配及其再吸收特征, 并分析了不同模拟N沉降处理时间(7年和14年)杉木叶N、P养分再吸收差异。在12年生杉木中开展模拟N沉降试验, 以尿素(CO(NH₂)₂)为N源, 设N0、N1、N2和N3 4个处理水平, 施氮量分别为0、60、120和240 kg·hm ^-2·a ^-1, 每个处理重复3次。结果表明: (1)叶和枝在衰老过程中碳(C)、N和P含量逐渐降低, 且叶的C、N和P含量比枝高; N含量大小依次为一年生叶>二年生叶>衰老叶>一年生枝>二年生枝>衰老枝, 且N3 > N2 > N1 > N0, 而C:N则呈现相反的趋势; 衰老器官的C:N、C:P、N:P比新鲜器官高; N沉降增加了不同龄级叶和枝(除二年生叶外)的N、N:P和C:P, 但降低了P和C:N。(2)叶和枝的N、P养分再吸收率(RE_N、RE_P)随龄级的增加至衰老有规律地递减, 且RE_P > RE_N; 受长期N沉降的影响, RE_N叶(28.12%) <枝(30.00%), 而RE_P则为叶(45.82%) >枝(30.42%); 杉木叶和枝N:P与RE_N:RE_P之间存在极显著的线性相关关系。(3)随N沉降处理时间的增加, 叶RE_N呈降低态势, 各处理(N1、N2和N3)分别降低了9.85%、3.17%和11.71%; 而RE_P则明显上升, 分别增加了71.98%、42.25%和9.60%。研究结果表明: 不同器官、不同龄级的养分再吸收率随氮沉降处理的水平、处理时间而所有不同; RE_N:RE_P与N:P之间存在紧密关系。