Distribution and pollution evaluation of fluoride in a soil–water–plant system in Shihezi,Xinjiang, China

Fluoride (F) pollution is a serious environmental problem in some areas of China, but it has yet to be reported in a soil–water–plant system in Shihezi, Xinjiang. This study was undertaken to investigate the distribution and migration rule of F in soil, water, and plants, and to evaluate F pollution of soil. Results showed that the average concentration of total F (T-F) in the topsoil in the northwest, north, and southeast of Shihezi was higher than the national average T-F (478 mg/kg), while it was lower in southwest. The highest T-F contents of the soil profile were detected in the depth of 20 cm. The F content in groundwater in the northwest region was higher than the GB/T 14848–93 (1.0 mg/L), whereas the F contents in other water samples were within the standard. The F contents (1.75?2.81 mg/kg) in plant leaves were higher than the food limits (1.0 mg/kg). The obtained comprehensive pollution index of the soil was 1.86, which means a mild concentration of F in Shihezi. This research has reference value for the study of F pollution and comprehensive control in the northwest oasis with the typical arid and saline conditions.     

植物生态化学计量内稳性特征

化学计量内稳性是生态化学计量学研究的核心概念之一,是指生物在面对外界变化的时候保持自身化学组成相对稳定的能力,其反映了生物对周围环境变化作出的生理和生化响应与适应。通过研究植物生态化学计量内稳性,有助于深入了解植物对环境的适应策略和生态适应性,以及植物化学计量内稳性与生态系统功能的关系,但目前关于植物生态化学计量内稳性的研究较少。已有的研究结果表明:不同物种或功能群由于其生长策略不同而具有不同的生态化学计量内稳性特征;同一物种的不同器官、不同生长阶段以及不同元素的内稳性存在较大的差异。该文对植物生态化学计量内稳性概念、内稳性指数的测算方法,不同植物物种或功能群、不同器官、不同生长阶段内稳性特征,以及植物内稳性与生态系统结构、功能和稳定性的关系等方面进行了综述,并结合现已开展的工作,对有待进一步拓展的相关植物生态化学计量内稳性研究领域进行了展望,以期为促进国内相关研究工作的开展提供参考。     

The response of soil respiration to different N compounds addition in a saline–alkaline grassland of northern China

不同形态氮化合物添加对中国北方盐渍化草地土壤呼吸的影响 持续增加的氮沉降在提高陆地生态系统生产力的同时也会对土壤微生物产生显著影响;土壤呼吸由植物根系呼吸和土壤微生物呼吸组成,因此影响植物生产力和微生物的因子都会影响到土壤呼吸。以往氮富集对土壤呼吸的研究主要在土壤中性的草地生态系统开展,而对于盐渍化草地土壤呼吸是如何响应氮沉降的研究尚不多见,这限制了全球变化陆地生态系统土壤呼吸模型预测的准确性和完整性。本研究以中国北方农牧交错带盐渍化草地为研究对象,通过3年(2017–2019年)野外监测土壤呼吸及相关生物和非生物因子的变化,探讨了不同形态氮化合物添加(NH₄NO₃、(NH₄)₂SO₄和NH₄HCO₃)对盐渍化草地土壤呼吸的影响及其调控机制。结果表明：(i)土壤呼吸受大气温度、土壤温度及降水的调控,呈现双峰的季节动态变化趋势和显著的年际差异。(ii)与对照相比,经过3年的处理,土壤呼吸在NH₄NO₃、(NH₄)₂SO₄和NH₄HCO₃添加处理下分别提高了19.9%、13.0%和16.6%。(iii)NH₄NO₃添加对土壤呼吸较高的促进作用与较高的地上生物量、地下生物量以及土壤NO₃⁻含量有关。(iv)在NH₄HCO₃ 添加处理下,土壤碳排放(土壤呼吸)显著增加而碳输入(净生产力)无显著改变,表明NH₄HCO₃添加会降低土壤碳的固持。(v)净地下生产力(BNPP)是盐渍化草地土壤呼吸的最主要调控因子,并且土壤阳离子浓度和pH值通过影响土壤微生物间接影响土壤呼吸。上述研究结果表明,草地添加NH₄NO₃的研究高估了氮沉降对土壤呼吸的影响,并且在碳循环预测模型中应充分考虑盐渍化草地土壤碳动态。     

桂西北喀斯特地区退化群落灌草不同器官N、P生态化学计量内稳性特征

植物的生态化学计量内稳性特征是长期适应环境的结果,与其生态适应性策略有关。探明喀斯特退化群落灌草不同器官N、P元素的化学计量特征及其内稳性特征,为喀斯特地区植被群落退化过程中植物的适应策略研究提供依据,基于桂西北喀斯特地区５种退化程度植被群落的调查取样,测定不同退化群落灌木(叶、茎和根)和草本(地上部分和地下部分)N、P 含量,分析其化学计量特征、不同器官间的相互关系及其与土壤理化性质的相关性以及内稳性特征。结果表明:(1)灌木不同器官P含量表现为叶>茎>根,N含量和N ∶ P表现为叶>根>茎,草本P、N含量及N ∶ P均为地上部分> 地下部分;随退化程度加剧,灌木各器官和草本地下部分的N、P含量及灌木根N ∶ P均呈降低变化趋势,草本地上部分的N、P含量在前四个退化阶段为降低趋势,在Ⅴ阶段有所升高,草本地下部分N ∶ P则呈现先升高后降低趋势,其他N ∶ P无显著性变化;灌草叶片N ∶ P均小于14;(2)N和P含量在各器官中均呈显著正相关关系;灌草的不同器官之间的同一营养元素及元素比,以及灌木和草本之间的各器官的同一营养元素及元素比均呈正相关关系;(3)灌草各器官N、P含量、N ∶ P与土壤TN、TP、N ∶ P存在显著的正相关关系,灌草各器官P含量与土壤C ∶ P显著负相关;(4)灌木各器官H_N、H_p和H_{N ∶ P}均表现为叶>茎>根,草本地上部分的H_N大于地下部分,H_p和H_{N ∶ P}则反之;灌草同种器官不同元素之间则表现为N>P>N ∶ P。喀斯特地区退化群落中灌木较草本具有更高的内稳性,灌草生长主要受N限制,且N元素表现较高的内稳性;灌草各器官在植被群落退化过程中对N、P含量变化的响应具有一致性和协同性。     

黄土丘陵区植被与地形特征对土壤和土壤微生物生物量生态化学计量特征的影响

研究黄土丘陵区植被与地形特征对土壤和土壤微生物生物量生态化学计量特征影响有助于深入理解黄土丘陵区不同植被带下土壤和土壤微生物相互作用及养分循环规律.选择黄土丘陵区延河流域3个植被区(森林区、森林草原区、草原区)和5种地形部位(阴/阳沟坡、阴/阳梁峁坡、峁顶)的土壤作为研究对象,利用生态化学计量学理论研究植被和地形对土壤和土壤微生物生物量生态化学计量特征的影响.结果表明: 土壤及土壤微生物生物量碳、氮、磷含量在不同地形之间的差别主要表现在沟坡位置和阴坡高于其他坡位和阳坡.植被类型的变化对两个土层(0～10、10～20 cm)土壤和土壤微生物生物量碳、氮、磷的影响均达到显著水平,坡向对表层(0～10 cm)土壤和土壤微生物生物量碳、氮、磷的影响强于坡位,而在10～20 cm土层,坡位对土壤和土壤微生物生物量碳、氮、磷影响更显著.植被类型显著影响土壤C∶N、C∶P、N∶P和土壤微生物生物量C∶N、C∶P,坡向和坡位仅影响土壤C∶P和N∶P,植被类型的变化是影响土壤C∶N的主要因素.同时,植被类型对土壤养分和微生物生物量碳、氮、磷含量及其生态化学计量特征的影响大于地形因子.标准化主轴分析结果表明,黄土丘陵区不同植被带土壤微生物具有内稳性,特别在草原带,土壤微生物生物量生态化学计量学特征具有更加严格的约束比例.在黄土丘陵区,土壤微生物生物量N∶P或许可以作为判断养分限制的另一个有力工具,若将土壤微生物生物量N∶P与植物叶片N∶P配合使用可能有助于我们更加精确地判断黄土丘陵区的土壤养分限制情况.     

The role of soil-borne fungi in driving the coexistence of Pinus massoniana and Lithocarpus glaber in a subtropical forest via plant–soil feedback

亚热带森林土壤真菌类群对马尾松和石栎物种共存的驱动机制 植物-土壤反馈(plant–soil feedback, PSF)是促进森林生态系统物种共存和多样性维持的关键机制之一。大量证据表明大树周围具有物种特异性的土壤病原菌对其同种幼苗的存活和生长具有明显的抑制作用,而对于异种幼苗更新的影响则相对较弱。然而,时至今日我们仍然未能全面解读PSF这一影响 的内在生物学机制。本研究通过对我国亚热带常绿落叶阔叶林常见树种——马尾松(Pinus massoniana)和石栎(Lithocarpus glaber)开展交叉接种盆栽试验,探讨PSF过程对目标树种共存的作用机制。盆栽实验所用接种土壤取自天然林地两种目标树种林冠下的表层土壤,分别检测来源于同种大树和异种大树的接种土壤对马尾松和石栎幼苗存活和生长的影响。同时,通过杀菌处理评估不同土壤真菌功能类群,尤其是土壤病原真菌类群在PSF过程中的相对重要性。研究结果表明,石栎幼苗在接种异种大树土壤的情况下生长更好,而马尾松幼苗并未受到接种土壤来源的影响。然而,进行杀菌处理之后,在接种同种大树土壤的盆栽中石栎幼苗的长势更优于接种异种土壤的幼苗,说明土壤真菌类群是调控其PSF过程的关键环节。该研究验证了土壤病原真菌和菌根真菌类群是PSF过程重要的驱动因素,而PSF过程通过调控石栎幼苗的存活和生长,从而促进石栎树种与马尾松树种在群落中的共存。