小叶锦鸡儿根际微生物群落功能多样性对环境变化的响应

利用Biolog技术对内蒙古草原灌丛优势种小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)根际土壤微生物群落功能多样性特征及其对大气CO2浓度、土壤氮水平和土壤水分3个环境因子变化的响应进行了研究。结果表明:(1)小叶锦鸡儿根际土壤微生物利用碳源总量在整个培养过程中呈逐渐增加的趋势。其利用比例较高的碳源类型为聚合物、糖类和氨基酸。(2)主成分分析表明,8个处理组的微生物群落功能多样性差异显著,其中与主成分1显著相关的碳源有14种,分别属于聚合物、糖类、氨基酸和羧酸。(3)加倍CO2浓度极显著提高平均颜色变化率(AWCD)以及丰富度指数和Shannon均匀度。(4)氮素添加使AWCD、丰富度指数和Shannon均匀度均极显著降低,其抑制效应在加倍CO2浓度时有所缓解。(5)加水处理对上述指标均有一定的促进作用,但是差异未达显著水平。(6)加倍CO2浓度和氮素添加联合处理下,小叶锦鸡儿根际微生物活性高于对照处理,说明加倍CO2浓度对微生物活性的促进效应强于添加氮素的抑制效应。(7)CO2和氮素对上述指标有交互作用。综上所述,小叶锦鸡儿根际土壤微生物群落的功能在很大程度上受到外界环境因子的影响,对环境变化较敏感的碳源类型为聚合物、糖类、氨基酸和羧酸,与利用比例较高的碳源类型基本一致。     

中国东部南北样带森林优势植物叶片的水分利用效率和氮素利用效率

通过测定中国东部南北样带主要森林生态系统中10种优势植物(兴安落叶松、蒙古栎、水曲柳、紫椴、色木槭、红松、杉木、木荷、马尾松、锥栗)叶片的碳氮含量(Cmass、Nmass)、同位素丰度(δ13C、δ15N)以及光合响应曲线,分析了不同优势植物叶片的水分利用效率和氮素利用效率之间的差异及其相互关系.结果表明： 不同生活型植物叶片的Nmass和δ15N差异显著,表现为阔叶植物>针叶植物,落叶植物>常绿植物;最大光合速率(Pn max)表现为针叶植物>阔叶植物,落叶植物>常绿植物;植物叶片的瞬时水分利用效率(WUEi)和长期水分利用效率(WUE)均表现为阔叶植物>针叶植物,常绿植物>落叶植物;植物叶片的瞬时氮素利用效率(NUEi)和长期氮素利用效率(NUE)则表现出相反的规律,且常绿植物和落叶植物叶片的NUE差异显著;WUEi和WUE之间相关性不显著,而NUEi和NUE之间呈显著正相关.植物叶片的水分利用效率与氮素利用效率显著负相关.两种资源利用效率均受植物生活型的影响,并且存在一定的制约关系.     

黄土丘陵区两种主要退耕还林树种生态系统碳储量和固碳潜力

黄土丘陵区是中华文明的起源地,而原有植被却遭受严重破坏。因此,自20世纪70年代末开始的三北防护林工程、退耕还林工程和天然林保护工程等大型生态恢复工程,在本区均有大面积分布。这些工程已经对生态恢复起到重要作用,并将对全球碳素循环起到积极作用。以黄土丘陵区的主要造林树种--油松(Pinus tabulaeformis Carr.)和刺槐(Robinia pseudoacacia L.)为研究对象,共设置样方28个,测定森林乔木、灌木、草本生物量及凋落物碳储量;钻取并分析土样516份,获得土壤有机碳储量。结合文献数据和农田碳储量数据,建立0-86年生油松林和0-56年生刺槐纯林生态系统碳储量-林龄序列;在此基础上分析造林对生态系统碳储量和固碳潜力的影响。结果表明,造林后的油松林和刺槐林生态系统的植被、凋落物及土壤碳储量逐渐增加;在没有人为干扰的情况下,19、27、36、86年生油松林生态系统碳储量分别为70.76、143.43、167.30、271.23-332.26 Mg/hm²;8、17、39年生刺槐林生态系统碳储量分别为80.37、94.08、140.77 Mg/hm²。受间伐干扰、45\,52年生油松林生态系统碳储量分别为136.42\,168.56 Mg/hm²,相对于没有人为干扰的油松林,其植被碳储量明显下降,而土壤碳储量保持稳定甚至升高。受乱砍滥伐干扰的71年生油松林和56年生刺槐林的生态系统碳储量分别为118.87\,76.99 Mg/hm²,相对于没有人为干扰的森林,其植被碳储量和土壤碳储量均呈明显下降趋势。种植油松林之后的86a时间内,其生态系统固碳潜力为211.61-272.64 Mg/hm²;而种植刺槐林、在39a时间内的生态系统固碳潜力为81.15 Mg/hm²。     

内蒙古草原3年生小叶锦鸡儿根瘤特征及其对环境变化的响应

小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)是氮素匮缺的内蒙古草原的灌丛优势种, 研究其根瘤性状及其对不同环境因子的响应特征, 可以进一步了解草原生态系统共生固氮过程及其对全球变化的响应机制。在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站, 利用开顶式生长室(Open-top chamber, OTC)控制实验模拟环境变化, 研究了3年生小叶锦鸡儿播种苗根瘤特征, 及其对氮素添加、干旱和加水和大气CO₂浓度升高的响应。结果表明: 1) 3年生小叶锦鸡儿明显有根瘤着生, 多着生于侧根。根瘤形状多样, 以浅黄色的梨状和球状根瘤为主(占根瘤总数的68%); 另有少数棕褐色棒状和纺锤状根瘤(占根瘤总数的30%); 还有极少数较大的Y状根瘤。2)添加氮素极显著地抑制根系和根瘤的生长发育: 根系有发白现象, 且着生在其上的几乎都是干瘪根瘤。这种抑制效应随着水分增加和CO₂浓度升高有所减缓。3)干旱抑制根系和根瘤生长, 而加水促进二者生长。与干旱和正常水分相比, 加水时根系更发达, 根瘤形态多样, 出现掌状和珊瑚状等大型根瘤。随着水分增加, 根瘤着生部位由主根渐向侧根再向须根发展。与正常水分相比, 减水时根瘤平均长度降低了50.4% (p<0.05); 在加水条件下根瘤生长状况最为良好, 单株根瘤数量和重量以及根瘤平均重量均显著增加。4) CO₂浓度升高对根瘤生长有促进作用, 但未达到显著。5)根瘤数量对环境因子的变化比根瘤大小更敏感; 氮素和水分对单株根瘤数量和重量具有交互作用; 对于水分和氮素相对缺乏的内蒙古草原, 水分是限制小叶锦鸡儿根瘤菌侵染根系形成根瘤的关键因子。