稻田与旱地土壤自养微生物同化碳在土壤中的矿化与转化特征

选择亚热带地区3种典型稻田和旱地土壤,应用碳同位素14C-CO2标记示踪技术结合室内模拟培养试验,研究自养微生物同化碳("新碳")在土壤碳库中的矿化和转化特征.结果表明:在100 d的培养期内,"新碳"的矿化经历了先上升、10 d后缓慢下降、最后渐趋稳定的3个阶段."新碳"的矿化比例为8.0%~26.9%,矿化速率为0.01~0.22μg14C·g-1·d-1,其中,稻田土壤为0.01~0.22μg14C·g-1·d-1,旱地土壤为0.01~0.08μg14C·g-1·d-1,而原有有机碳的矿化比例为1.6%~5.7%,矿化速率为1.3~25.66μg C·g-1·d-1.土壤活性碳库[可溶性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)]中,14C-DOC在培养初期(0~10 d)先上升,升高幅度达0.3 mg·kg-1,10~30 d又迅速下降,下降幅度达0.42 mg·kg-1,至30 d后缓慢下降.14C-MBC的波动与14C-DOC不同,在培养初期(0~10 d)先迅速下降,10~30 d又迅速上升,至40 d后缓慢下降并趋于稳定.水稻土14C-DOC/DOC的转化更新速率明显大于旱地,而旱地14C-MBC/MBC的转化更新速率大于水稻土.     

武陵源风景区生态承载力预警

随着人类面临的严重环境挑战,可持续发展模式作为全人类共同的选择变得越来越重要。生态承载力作为可持续发展的衡量指标,通过生态承载力水平与生态荷载状况表现出来。可持续承载力预警是以可持续发展为目标进行生态承载力调控。利用主成分分析法、层次分析法构建了武陵源风景区的生态承载力评价指标体系,作为模型的输入层预警指标,并利用状态空间法求算的生态承载指数进行警度区间的划分,通过样本训练、建立BP神经网络模型,进行生态承载预警。从风景区的资源承载、环境承载、生态弹性和生态承压等方面来考虑,析出17个资源类、环境类、社会经济类指标作为评价指标体系。对于武陵源风景区的承载状态,从时间上看,2000年曾出现超载状态,主要是风景区的核心区范围内出现城市化现象所致;从空间上看,协和乡出现超载状态,其主要原因在于资源的开发利用上。基于BP网络模型实现的生态承载力预警,用于预测预报未来的可持续发展的发展状态,可以及时反映可持续状态的调控效果,为区域系统的可持续发展提供科学依据。     

喀斯特峰丛洼地不同森林表层土壤有机质的空间变异及成因

基于动态监测样地(200 m×40 m)的网格(10 m×10 m)取样,以农作区为对照,用地统计学方法研究了喀斯特峰丛洼地人工林、次生林和原生林3类典型森林生态系统表层土壤(0—15 cm)有机质的空间变异,通过主成分分析和相关分析,探讨了其生态学过程和机制。结果表明:喀斯特峰丛洼地土壤有机质很高,沿着农作区-人工林-次生林-原生林的恢复梯度,土壤有机质显著提高,变异系数逐步增大;农作区和3类森林土壤表层有机质均具有良好的空间自相关性;农作区试验半变异函数C0/(C0+C)值为26.5%,呈中等程度的空间相关性;3类森林的C0/(C0+C)值为9.0%—22.6%,呈强烈的空间相关性;农作区和人工林土壤有机质呈单峰分布,次生林呈凹型分布,原生林呈凸型分布;不同森林的主导因子不同,农作区的主导因子为主要土壤养分,人工林为地形和物种多样性,次生林为森林结构和物种多样性,原生林为地形和物种多样性,且同一因子在不同森林与土壤表层有机质的正负作用关系和相关程度也不同。因此,农作区和3类森林应根据其土壤表层有机质的空间变异及主要影响因子制定相应的固碳措施。     

贵州雷公山秃杉的种群结构和空间分布格局

在贵州雷公山秃杉分布区域选择6类典型样地,运用相邻格子法,对秃杉种群进行生态学调查,采用空间序列代替时间序列的方法,编制种群的特定时间生命表与存活曲线,并应用均值(-X)、聚集度指数(I)、聚集指数(Ca)、扩散系数(C)、负二项分布指数(K)等聚集强度指数分析种群分布格局,为贵州雷公山秃杉种群的保护提供一定的理论依据。研究结果表明:(1)秃杉种群年龄结构呈金字塔形,幼苗严重不足,成年阶段个体较为丰富,种群有衰退趋势;(2)秃杉种群的死亡率qx从Ⅰ龄级至Ⅶ龄级增大,其中在Ⅴ龄级与Ⅵ龄级有两次死亡高峰,存活曲线基本接近DeeveyⅡ型;(3)种群分布格局整体上呈聚集分布。     

不同土地利用方式下喀斯特峰丛洼地土壤微生物群落特征

基于对喀斯特峰丛洼地6种土地利用类型(坡耕地、草丛、灌丛、人工林、次生林、原生林)的土壤微生物、养分、矿物质和植被4组变量35个指标的调查分析,研究了不同土地利用方式下土壤微生物种群数量、微生物生物量C、N、P及其分形特征,以及土壤微生物与植被、土壤养分、矿物质的关系.结果表明:不同土地利用方式下喀斯特峰丛洼地的土壤微生物种群数量及组成不同.微生物种群数量均以原生林和坡耕地最高,人工林最低;3种森林土壤的细菌比率较大,坡耕地、草丛、灌丛的放线菌比率较大,真菌的比率均很小;土壤微生物生物量C、N、P的含量均很高,其中原生林最高;土壤微生物生物量碳与土壤微生物种群数量具有良好的分形关系,而土壤微生物生物量氮、磷与种群数量不存在分形关系;土壤微生物与植被、土壤养分、土壤矿物质显著相关,其中土壤微生物生物量碳与乔木层的Shannon指数、土壤速效氮、Fe₂O₃、CaO含量显著相关.     

自养微生物同化CO_2的分子生态研究及同化碳在土壤中的转化

大气中CO2浓度持续升高和全球气候变暖是亟待解决的重大环境问题。自养微生物在环境中广泛分布,能直接参与CO2的同化,因此研究自养微生物同化CO2的分子生态学机制具有重大的科学意义。以往对自养微生物的研究多针对基因组DNA,从DNA水平揭示了不同生态系统中碳同化自养微生物的种群结构和多样性,但这些微生物在生态系统中的具体功能有待进一步的研究。近年来,随着转录组学研究技术和稳定同位素探针技术(SIP)的发展,自养微生物同化CO2的生态机理研究不断深入,这些研究明确揭示了碳同化自养微生物是河流、湖泊和海洋生态系统中CO2固定作用的驱动者,并新发现了一些具有CO2同化功能的微生物群落。基于国内外有关研究进展,从DNA和RNA水平上对自养微生物同化CO2的分子机理以及稳定同位素探针技术(SIP)在碳同化微生物研究中的应用进行了分析和总结,初步展望了RNA-SIP技术在陆地生态系统碳同化微生物分子生态学研究中的前景。同时,探讨了陆地生态系统同化碳的转化和稳定性机理,以期为深入了解生态系统碳循环过程和应对气候变化提供理论依据。     

衡阳紫色土丘陵坡地植被恢复阶段土壤特性的演变

采用空间代替时间序列方法,对衡阳紫色土丘陵坡地不同恢复阶段的土壤理化性质、土壤微生物数量、土壤微生物学性质和主要酶活性特征以及它们之间的相互关系进行研究。结果表明:不同恢复阶段土壤理化特征存在明显差异,从狗尾草群落阶段(Ⅰ)、紫薇-狗尾草群落阶段(Ⅱ)、牡荆+剌槐群落阶段(Ⅲ)到枫香+苦楝-牡荆群落阶段(Ⅳ),0—40cm土壤含水量、容重、非毛管孔隙度、孔隙比、大于0.25mm水稳性团聚体含量、有机碳(SOC)、全氮(TN)、碱解氮(AN)与速效磷(AP)显著增加,土壤容重显著减小,土壤pH值逐渐减小,土壤全磷(TP)、全钾(TK)与速效钾(AK)其差异变化不大,土壤理化特征的差异引起土壤微生物数量、微生物学性质与土壤酶活性的变化;不同恢复阶段土壤微生物总数显著增加,其中细菌数量显著增加,而真菌与放线菌数量显著减少;不同恢复阶段土壤基础呼吸(SBR)、土壤微生物量碳(SMBC)、土壤微生物量氮(SMBN)、土壤微生物量磷(SMBP)、土壤微生物熵(Cmic/Corg)显著增加,而代谢熵或呼吸熵(qCO2)显著减小,碳氮比(C/N)逐渐减小;不同恢复阶段均显著地增加了脲酶(URE)、蔗糖酶(INV)与磷酸酶(APE)的活性;土壤理化性状、土壤微生物数量、土壤微生物学性质与土壤酶活性之间存在密切的相关性。     

桂西北石灰土土壤有机碳矿化对外源有机物质和碳酸钙的响应

为明确外源有机物质和无机碳酸盐对桂西北石灰土土壤有机碳矿化的影响,加深对土壤有机碳周转特征的认识,本文以广西环江县喀斯特地区的棕色石灰土、黑色石灰土和地带性红壤(对照)为研究对象,进行为期100 d的室内培养试验[对照(无外源物添加,CK)、添加14C-稻草(S)、添加Ca14CO3(C)],并对土壤呼吸释放的CO2及14C-CO2含量进行测定.结果表明:培养100 d后,外源物的添加均明显促进了红壤、棕色和黑色石灰土有机碳的矿化,外源14C-稻草和Ca14 CO3对上述土壤有机碳矿化的激发效应分别为28.7％、46.2％ 、15.5％和127.0％ 、175.3％、100.1％;土壤表观累积矿化量中外源Ca14CO3的贡献率分别为40.4％、48.4％、19.6％;土壤类型和添加物及两者间的交互作用均对土壤有机碳矿化的激发效应、土壤表观累积矿化量中外源物的贡献、土壤有机碳的矿化速率、土壤有机碳累积矿化量/率有显著影响.因此,外源有机物质和碳酸钙的添加改变了土壤有机碳的矿化特征,对于含碳酸盐的石灰土,研究土壤有机碳矿化、周转规律,评估其对大气CO2的影响必须考虑无机碳酸盐的贡献.     

大豆叶片光合、蒸腾的日变化及其与生态因子的相关性研究

 两年的试验结果表明：大豆叶片光合作用、蒸腾作用、叶水势及叶片对水分扩散的导性在大田自然条件中呈“单峰”或“双峰”型日变化。其变化的产生并非系生物内生物节奏引起,而实属同期生态条件影响的结果。在本研究中,光强、叶温及水蒸汽压亏缺是主要诱因。这些生态因子在量上的不同组合,导致所测生理特性的日变化呈不同趋势。