北方风沙区生态修复的科学原理、工程实践和恢复效果

北方风沙区位于欧亚草原的东部,是我国生态环境最为脆弱的地区之一,其在北方生态安全屏障和丝绸之路经济带建设中具有十分重要的战略地位。在国家一系列生态保育工程的支持下,该地区的生态环境得到明显改善。但是,由于受人类活动和全球气候变化的影响,该地区仍然面临着严峻的环境压力。在中国科学院科技服务网络计划(STS计划)等项目支持下,开展了北方风沙区土地沙化成因及退化土地空间分布研究,集成了北方风沙区重点脆弱区生态恢复的理论和技术体系,以内蒙古中部的阴山北麓地区、内蒙古浑善达克沙地和蒙辽交界的科尔沁沙地为重点研究区域,进行了高效人工草地建植、天然草地恢复和管理、沙化草地治理等相关工程技术的示范,开展生态恢复模式的效果跟踪监测和生态效益评估,确定生态恢复技术和模式的技术参数和指标,明确不同集成技术与模式在北方风沙区的适用区域和范围,为技术模式的推广应用提供科学依据。通过上述研究,可以为中央和地方政府制定生态系统管理和退化生态系统恢复政策、建立我国北方生态安全屏障提供决策依据,为生态修复产业提供技术指南,为相关研究提供全面系统的基础数据支撑。     

氮水添加对放牧背景下荒漠草原生产力的影响

水分与氮素作为干旱和半干旱草原生产力的共同限制性因子在退化草原的生态快速修复过程中备受关注。以不同放牧强度背景下的短花针茅荒漠草原为研究对象,开展围封模拟放牧利用实验,同时添加氮素和水分。通过分析历史放牧强度与年份对生产力的影响,以及添加氮素和水分对不同功能群植物生物量的作用,探讨放牧强度对短花针茅草原生产力的内在作用机制,以及如何实现荒漠草原资源合理开发和可持续利用。研究结果显示,降雨量与放牧强度决定着短花针茅草原的植物群落结构。氮素和水分添加可分别提升11%-29%和12%-32%的群落地上生物量,且二者存在显著的交互作用。不同功能群植物的地上生物量对氮素与水分添加的响应存在差异,多年生丛生禾草对氮素和水分添加响应最敏感。氮素与水分添加可显著提高多年生丛生禾草的地上生物量,但与自然降水量相关。氮素添加对地上生物量的影响在正常降雨和稍旱年份作用显著,而水分添加在干旱年份作用显著。在正常降雨年份,以半灌木植物为优势种的轻度放牧背景以添加水分对提升生产力最宜,以多年生丛生禾草和半灌木为共优种的中度放牧背景和以多年生丛生禾草为优势种的重度放牧以同时添加水分和氮素对提升生产力最为宜;在干旱年份不同放牧强度背景下均以同时添加水分和氮素对提升生产力最为宜。我们的结果表明了养分与资源的改善有利于退化短花针茅草原的快速恢复和可持续生产。     

内蒙古半干旱草原土壤水分对降水格局变化的响应

在全球气候变化背景下, 未来我国北方半干旱地区的降水格局将呈现出季节与年际间降水波动增强和极端降水事件增加的趋势。水分是半干旱草原的主要限制因子, 降水格局变化导致的土壤水分状况的改变必然对生态系统的结构和功能产生显著的影响。该研究选取内蒙古多伦和锡林浩特两个典型半干旱草原群落, 通过分析2006-2013年的降水和多层次土壤(0-10 cm, 10 cm, 20 cm, 30 cm和50 cm)含水量连续观测数据, 研究降水格局变化对土壤水分状况及其垂直分布的影响, 特别是土壤水分对降水事件的脉冲响应过程。结果表明: 两个站点的土壤含水量均呈现显著的季节及年际间波动, 其中土壤表层 0-10 cm水分波动更剧烈。锡林浩特50 cm处土壤含水量波动较大, 主要由于春季融雪的影响。年际间多伦和锡林浩特生长季土壤表层0-10 cm土壤含水量与降水量存在显著的正相关关系, 下层(10-50 cm)土壤含水量与降水量相关性不显著。研究发现小至2 mm的降水事件就能够引起两个站点表层0-10 cm土壤含水量的升高, 即该地区有效降水为日降水量> 2 mm。表层0-10 cm土壤含水量对独立降水事件的脉冲响应可通过指数方程很好地拟合。降水事件的大小决定了降水后表层0-10 cm土壤含水量的最大增量和持续时间, 同时这个脉冲响应过程还受到降水前土壤含水量的影响, 但该过程中并未发现植被因子(叶面积指数)的显著影响。降水后水分下渗深度及该深度的土壤含水量增量主要由降水事件的大小主导, 同时受到降水前土壤含水量的影响。在多伦和锡林浩特, 平均每增加1 mm降水, 下渗深度分别增加1.06和0.79 cm。由此作者认为, 在内蒙古半干旱草原, 降水事件大小和降水前土壤干湿状况是影响土壤水分对降水响应的主要因素, 而植被因子的影响较小。     

氮和水分添加对内蒙古荒漠草原放牧生态系统土壤呼吸的影响

土壤呼吸是生态系统碳循环的重要组成部分, 同时也是评价生态系统健康状况的重要指标, 对于评估退化草地恢复过程中生态系统功能具有重要意义。该研究在内蒙古四子王旗短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原长期放牧实验平台上进行, 该平台设置对照(CK)、轻度(LG)、中度(MG)和重度(HG) 4个放牧强度。通过在4个放牧处理区设置氮、水添加实验处理, 探讨不同放牧强度背景下, 氮、水补充对荒漠草原土壤呼吸过程的影响。结果表明: (1)历史放牧强度除2015年对土壤呼吸无显著影响, 2016和2017年都有显著影响, 放牧区3年平均土壤呼吸速率基本都高于对照区。此外, 氮和水分添加显著增加了MG区土壤呼吸速率, HG区氮、水同时添加对土壤呼吸速率有显著增加作用; (2)无论是历史放牧强度, 还是氮、水添加处理, 都没有改变荒漠草原生长季土壤呼吸速率的季节动态变化趋势, 土壤呼吸速率基本表现为单峰曲线模式, 峰值出现在水热同期的7月份; (3)不同年份生长季土壤呼吸速率对氮、水处理的响应并不相同, 氮添加至第3年产生显著影响。水分添加在平水年份(2015和2017年)对土壤呼吸产生显著影响, 但在丰水年份(2016年)无显著影响。氮、水共同添加分别在CK、LG和HG区3年平均土壤呼吸速率显著高于单独加水处理, 说明氮添加的有效性依赖于水分条件, 两者表现为协同作用; (4)不同处理下荒漠草原土壤呼吸的温度敏感性(Q₁₀)值介于1.13-2.41之间, 平均值为1.71。在无氮、水添加时, 放牧区的Q₁₀值都小于CK区, 总体表现为CK 大于 MG 大于 LG 大于 HG; 加水和氮水共同添加处理后, Q₁₀值都有明显增加, 其中NW处理下Q₁₀值都增加到2.0以上。上述结果说明在过去受不同放牧强度影响的荒漠草原在停止放牧后的恢复过程中, 土壤水分仍是影响土壤呼吸的主导环境因子, 外源氮添加只有在满足一定水分供给的基础上才起作用, 尤其是过去的重度放牧区土壤呼吸速率对氮、水补充的响应最为强烈。该研究结果可以为评估荒漠草原恢复过程中土壤呼吸速率受养分和水分影响提供基础资料和依据。     

住院糖尿病患者中甲状腺结节的流行病学研究

目的:观察住院糖尿病患者中甲状腺结节的患病率,探讨二者间潜在的关系。方法:于2008年8月~2011年12月间对上海交通大学附属第一人民医院南院因糖尿病收治入院的全部患者进行甲状腺相关病史收集、血清甲状腺激素检测及超声波检查,以筛查甲状腺结节。结果:在收治的660例糖尿病患者中,住院期间发现并诊断合并有甲状腺结节患者为221例,患病率为33.5%。进一步分析糖尿病患者临床特征与甲状腺结节关系,男性为29.8%,女性为38.4%,明显高于男性患者,二者相比差异有统计学意义(P<0.05);糖尿病患者甲状腺结节患病率有随年龄增长而升高的趋势,与≤30岁年龄组相比,年龄51岁~70岁组及≥70岁组结节患病率均明显升高,差异有统计学意义(41.1%,37.6%15.4%,均P<0.05);1型糖尿病患者甲状腺结节患病率为24.1%,2型糖尿病中为35.3%,高于1型糖尿病,差异有统计学意义(P<0.05);糖尿病患者中,不同体重指数、病程、治疗方法组中甲状腺结节患病率相互比较均无明显差异性(均P>0.05)。结论:住院糖尿病患者中甲状腺结节患病率较高,尤其是女性、较大年龄及2型糖尿病患者更为突出,临床上有必要对这些患者进行甲状腺结节的筛查。     

蚯蚓对土壤微生物残留物的影响研究评述与展望

蚯蚓如何影响土壤有机碳的固持是土壤生态学的关键科学问题之一。蚯蚓能同时促进土壤有机碳分解和稳定，这种两面作用带来的不确定性被研究者称为"蚯蚓困境"。研究证据和新兴的"土壤微生物碳泵"概念模型表明土壤微生物残留物是土壤有机质的主要贡献者。为系统了解蚯蚓对土壤微生物残留物的影响与可能的机制，研究分析和总结了已有的国内外蚯蚓与微生物残留物（氨基糖）的相关研究成果，表明：（1）过往的研究忽略了蚯蚓对微生物残留物的影响，导致这一方向的研究严重滞后；（2）蚯蚓对土壤微生物残留物影响的方向和大小仍有很大的不确定性，可供量化分析其驱动机制的研究还很缺乏。研究尝试将蚯蚓整合到"土壤微生物碳泵"概念框架中，分析蚯蚓影响土壤微生物残留物3个方面的可能机制，即：（1）改变土壤微生物量、群落结构，（2）改变微生物生理特性，（3）改变土壤团聚体结构等，影响土壤有机碳的积累。同时，本文提出了未来相关研究的6个重点方向，包括：（1）蚯蚓对微生物的选择性取食，（2）肠道介导的微生物"涨落"现象，（3）蚯蚓对矿质结合有机物的"破坏"与"重组"，（4）蚯蚓引起的"激发"和"续埋"效应，（5）多生态型相互作用，（6）全球变化背景下的蚯蚓生态学等，以期为进一步揭示蚯蚓-微生物相互作用影响土壤有机碳累积与稳定性的机制提供参考。     

不同形态和水平的氮添加对内蒙古草甸草原土壤净氮矿化潜力的影响

由全球变化和工农业生产引发的大气氮沉降增加已经对生态系统结构和功能产生了不可忽视的影响, 但是氮沉降的组成成分存在多种形态, 不同形态的氮对生态系统的结构与功能的影响是否有差异目前还不清楚。因此, 该研究选择内蒙古草甸草原开展不同形态和不同水平的外源氮添加试验, 每年添加5种不同形态的氮肥, 包括: 尿素、碳酸氢铵、硝酸铵、硫酸铵、缓释尿素, 添加量分别为: 0 (N0)、2 (N2)、5 (N5)、10 (N10)、20 (N20)及50 (N50) g·m ^-2·a ^-1, 均为纯氮添加量。通过野外原位取土、室内控制温度和水分(25 ℃和60%田间持水量)的培养试验测定土壤净氮矿化(mg·kg ^-1·h ^-1)潜力、土壤微生物呼吸(μg·g ^-1·h ^-1)潜力、土壤微生物生物量碳(氮)(mg·kg ^-1)的潜力以及土壤碳(g·kg ^-1)、氮(g·kg ^-1)、磷(g·kg ^-1)含量等指标, 研究添加不同形态和不同水平的氮对土壤净氮矿化潜力的影响。试验结果表明: (1)短期内不同形态、不同水平的氮添加改变了土壤中无机氮的含量、铵态氮和硝态氮的累积量, 并且表现出铵态氮肥的促进作用比硝态氮肥更加显著, 铵态氮的累积显著提高了土壤净氮矿化潜力, 短期铵态氮和硝态氮的累积可增加微生物和植物对有效氮的快速固持; (2)不同形态、不同水平氮添加导致土壤微生物活性发生改变, 包括土壤微生物生物量碳(MBC)含量、微生物生物量氮(MBN)含量及其碳氮比(MBC:MBN), 并且在低水平氮添加下显著增强土壤微生物的呼吸速率, 高水平氮添加显著降低微生物呼吸速率和呼吸熵; (3)不同形态、不同水平氮添加短期内对土壤含水量、土壤有机碳含量、土壤全磷含量、土壤全氮含量无显著影响, 但是高水平氮添加不仅提高了速效磷的含量, 而且导致土壤迅速酸化。室内培养净氮矿化潜力的结果进一步验证了内蒙古草甸草原受氮限制, 添加中低水平的氮可以通过提高土壤微生物的活性而增加该地区草原土壤的净氮矿化潜力, 从而提高草地生产力。     

凋落物输入变化和氮添加对半干旱草原群落生产力及功能群组成的影响

不同的草原利用方式(围封、放牧和割草等)随着大气氮沉降的不断加剧, 改变了凋落物输入量。凋落物作为连接地上-地下碳循环过程的关键环节, 对草原生态系统生产力和碳循环过程影响显著。氮是草原生产力的主要限制因子, 凋落物输入量的变化对草原生态系统结构和功能的影响仍缺乏长期实验证据支持。该研究在内蒙古半干旱典型草原建立一个凋落物输入变化和氮添加控制实验平台, 通过连续6年对群落生产力和功能群组成的监测, 研究了凋落物添加与去除和氮添加对半干旱草原群落生产力和功能群组成的影响。研究发现: 1)凋落物输入量增加和氮添加均显著提高了群落生产力, 在对照和氮添加处理下, 凋落物去除处理导致生产力分别降低了8.4%和7.6%, 而凋落物添加处理使生产力分别提高了10.7%和6.3%; 2)不同植物功能群对凋落物输入变化和氮添加的响应存在差异, 导致群落功能群结构发生变化。随着凋落物输入量增加和氮添加, 群落优势功能群多年生禾草(包括多年生丛生禾草和多年生根茎禾草)的生物量显著提高, 对群落生产力的贡献增加, 在群落中的优势地位增强; 而另一优势功能群多年生杂类草生物量对凋落物和氮添加处理均无显著响应, 进而导致在氮添加处理下其对群落生物量的贡献比例显著降低; 3)凋落物输入主要改善土壤水分状况, 而氮添加则主要通过提高土壤养分含量, 促进群落生产力, 并通过影响主要功能群生物量, 导致群落结构发生变化。以上结果表明, 适当的草原管理方式如围封禁牧和降低放牧强度等都能通过增加凋落物的输入来提高草原生产力, 维持生态系统稳定性。而适量的氮等养分添加管理也有助于提高草原生产力, 促进其恢复。     

胍丁胺通过AMPK途径诱导间充质干细胞的凋亡

间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSCs)具有强大的组织再生修复及免疫调节功能,广泛应用于损伤性和免疫相关性疾病的治疗,但其过早凋亡会降低临床疗效,且机制不明。研究发现,胍丁胺(agmatine, AGM)可通过抑制一氧化氮(nitric oxide, NO)生成发挥抗炎功能,对脓毒症小鼠具有保护效应。移植MSCs治疗脓毒症也是一种有效的治疗方式,但二者是否存在相互作用及AGM是否影响MSCs生存却未见报道。该研究旨在探讨AGM对MSCs生存的影响及其分子机制。研究MSCs之前,该研究通过检测细胞表面marker(CD29、CD34、CD44、CD45、CD90和CD105)及三系分化(成脂、成骨、成软骨)对其进行了鉴定。为了深入探究AGM对MSCs的作用,使用流式细胞术检测AGM处理后MSCs的凋亡率(Annexin V)以及Western blot检测经AGM处理后MSCs的凋亡相关信号通路蛋白p-AMPK、p-mTOR、p-S6K1、Cl-Caspase3的表达水平。之后进一步添加AMPK siRNA检测AGM诱导MSCs凋亡的分子机制。结果显示, AGM在体外以剂量依赖性的方式,通过抑制mTOR信号通路诱导AMP活化蛋白激酶(AMPK)活化,导致凋亡相关蛋白表达上调,从而介导MSCs凋亡。而AMPK siRNA处理能明显恢复mTOR通路,并抑制AMPK活化,使凋亡相关蛋白表达降低,进而减弱AGM诱导的凋亡效应。该文揭示了AGM可通过AMPK途径诱导MSCs的凋亡。     

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。