盐分对湿地甲烷排放影响的研究进展

当前在全球气候变化和人类活动双重作用下,湿地正在或者将要面临着显著的盐分变化形势,尤其是内陆和滨海咸化湿地。湿地是大气甲烷的重要排放源。甲烷排放是甲烷产生、氧化和传输过程综合作用的结果。盐分变化将影响湿地水-土环境,降低植物群落初级生产力和有机物积累速率,改变微生物主导的有机物矿化速率和途径等,进而改变湿地生态系统的结构和功能,影响湿地甲烷产生、氧化、传输和排放系列过程。本文综述了盐分(浓度与组成)对湿地甲烷产生与排放的影响结果,从底物供给、微生物(产甲烷菌和甲烷氧化菌等)数量、活性与群落组成、酶活性、植物、电子受体、p H和氧化还原电位等几个关键方面分析了盐分影响湿地甲烷排放过程的内在机制。在此基础上提出了今后需重点关注的5个方面:1)加强盐分浓度与组成对湿地甲烷产生、氧化、传输与排放影响的系统性、框架性研究;2)深入探讨盐分背景、变化幅度与速率的耦合如何影响湿地甲烷系列过程;3)不同离子组成及其交互效应如何影响湿地甲烷动态过程;4)结合生物学、基因组学及同位素技术等,加强湿地产甲烷菌与甲烷氧化菌与盐分的关系及其响应研究;5)湿地甲烷对盐分变化响应的时空分异规律。     

植物释放甲烷研究进展

植物是否在有氧条件下自身产生甲烷、其产生机制和释放速率等问题目前还存在很大争议,如果确证植物在有氧条件下产生较大量的甲烷,就必须重新认识和计算全球甲烷的源汇及其收支平衡。已有研究表明,植物排放的甲烷有一部分是由土壤或木本植物的根和树干内部产甲烷微生物产生,再通过植物传输进入大气中的;植物本身产生甲烷的机制可能主要是在活性氧自由基的作用下,将植物细胞壁成分果胶、木质素等中的甲氧基转化为甲烷,这一过程受到高温、强光和UV辐射等环境胁迫的刺激。根据植物排放速率或大气甲烷浓度与碳同位素组成的实测值,对区域和全球植物源甲烷排放率做出的估算还存在相当大的不确定性,需要对更多植物和更多地点开展实测研究,深入了解植物产甲烷的机制和过程,并结合大气传输模型才能进一步提高估算准确性。     

陆生植物自身能否排放甲烷?

一般认为自然来源的甲烷是在厌氧环境下形成的,而最近研究却发现在有氧环境下植物自身也能释放甲烷,这将对全球甲烷收支产生重大影响。但这一发现目前还存在很大争议,一些研究证实植物在有氧环境下能排放甲烷,果胶、聚半乳糖醛酸等含甲氧基官能团的组分是植物产生甲烷的主要来源物质,甚至纤维素、木质素等植物结构组分也能排放甲烷;而另一些研究却发现植物并不能排放甲烷或者排放速率极小,而观测到的植物甲烷排放可能来自于土壤中,即溶解有甲烷的土壤水分被被植物吸收并通过蒸腾或蒸发作用而排放到大气中。有氧环境下植物排放甲烷的机制仍不清楚,光照、温度、紫外辐射、机械损伤等环境胁迫可能是导致植物排放甲烷的重要原因,但这些因素的影响作用仍存在很大的不确定性。即使如此,一些研究仍对全球或区域植物甲烷排放的通量进行了估算,估计全球植物甲烷排放通量为10-236Tg.a-1。未来研究应在更多地区针对不同生境的各种植物是否排放甲烷进行独立检验,并在此基础上探讨植物排放甲烷的机制。     

湿地甲烷排放研究若干问题的探讨

甲烷是大气中最重要的温室气体之一,天然湿地是全球目前已知的最大排放源,每年向大气中排放的CH4约占全球CH4排放量的21％。本文就天然湿地甲烷排放研究的若干问题,包括研究方法、影响因素以及排放通量的时空变异性进行了探讨,最后对有关湿地甲烷排放模型进行了简单介绍,并对今后的研究方向提出了几点建议。     

多年冻土退化对湿地甲烷排放的影响研究进展

全球气候变暖导致北半球大部分多年冻土区的冻土已经开始退化。多年冻土退化对冻土区湿地CH₄排放产生重要影响,可能直接决定冻土区湿地对全球气候变暖的反馈方式。综述了近年来多年冻土退化对湿地CH₄排放影响的研究。多年冻土退化导致的土壤活动层深度增加和植被类型由中生向湿生的转变都可能会大大增加冻土区湿地CH₄排放量,从而可能对全球气候变暖产生正反馈作用。但多年冻土退化导致的水文条件变化、土壤温度变化和微生物组成及活性变化对湿地CH₄排放的影响却存在一定的不确定性。多年冻土退化除了影响湿地CH₄排放量之外,还可能通过改变土壤冻融过程而影响湿地CH₄排放的季节分配模式。最后提出目前研究中存在的问题,并对未来研究方向进行了展望。     

维管植物对自然湿地甲烷排放的影响

综合评述了维管植物在自然湿地甲烷产生、氧化、传输和排放过程中的作用。维管植物光合作用的产物是甲烷产生的主要碳源,植物根系的周转和碳物质的分泌为产甲烷细菌提供底物;维管植物根际氧化是甲烷氧化最主要的途径,在植物的生长期占到总氧化量的80%左右。植物传输O2的能力和根际O2的需求是影响根际氧化的主要因素;维管植物通气组织的传输促进了甲烷从土壤向大气的输送,但所采用的传输机制影响着气体的输送效率。此外,自然湿地甲烷排放的各个过程均受到维管植物形态和植被类型的影响。维管植物在甲烷排放中的作用可以部分解释自然湿地甲烷在排放的时间(季节性变化、日变化)和空间尺度上的差异。维管植物对于自然湿地甲烷排放具有指示意义,可以用于大尺度自然湿地甲烷排放量的估算。     

猪粪与沼气渣对双季稻田甲烷排放的影响

随着环境温度的升高,稻田甲烷排放通量增加。早稻期间甲烷排放通量随着水稻生育期的增加而逐步加快,而晚稻甲烷排放主要集中在水稻生长的前中期,而且排放量很高。一天中甲烷排放具有很强的周期性,在6：00～8：00时,甲烷排放通量进入谷底,14：00时甲烷排放通量达到峰值。稻田甲烷排放通量与土壤5cm处的温度及土壤水溶解甲烷含量具有较高的相关性。猪粪和沼气渣的施用分别提高稻田甲烷排放量22．14％和4．40％。在早稻期间,施用猪粪和沼气渣分别提高土壤水溶解甲烷含量40．3％和11．9％,而晚稻期间仅分别提高23．9％和5．04％。     

植物对羰基化合物的排放与吸收研究进展

综述了植物排放、吸收羰基化合物的研究成果,讨论了植物与大气之间羰基化合物的交换补偿点问题.气孔和角质层的吸收是醛类被植物净化的重要途径.羰基化合物进入植物叶片后,在叶片体内酶的作用下绝大部分被代谢为有机酸、糖类、氨基酸、二氧化碳等产物.根据补偿点及周围大气中羰基化合物的浓度可初步推断出植物与大气之间羰基化合物的交换方向.简要叙述了目前植物排放羰基化合物以及植物叶片中羰基化合物的分析方法,如DNPH/HPLC/UV和PFPH/GC/MS法.最后指出未来的研究热点为:改进和优化植物排放羰基化合物的分析方法和研究体系(如植物-土壤体系)、扩大植物排放羰基化合物的检测种类范围、筛选净化污染能力强的植物物种,以及推广植物修复大气污染技术.     

稻鸭共作对甲烷排放的影响

利用密闭箱技术,于2006和2007年研究了稻鸭复合系统CH₄的排放规律及影响因素.结果表明：与常规淹水稻田（CK）相比,由于鸭子的活动,养鸭稻田（RD）的田面水溶解氧浓度(DO)增加,CH₄的排放显著减少.2006年RD的平均CH₄排放通量为（6.84±1.49） mg·m^-2·h^-1,比CK的（10.17±1.25）mg·m^-2·h^-1降低32.7%,CH₄排放总量为（19.34±1.15） g·m^-2,比CK的（26.25±2.17） g·m^-2减少26.3%; 2007年RD的平均CH₄排放通量为(7.68±0.74) mg·m^-2·h^-1,比CK的（9.53±0.40）mg·m^-2·h^-1降低19.0%, CH₄排放总量为（18.41±1.05）g·m^-2,比CK的（22.81±0.75） g·m^-2减少19.3%.在水稻全生育期,各处理CH₄的排放通量分别在分蘖期和抽穗期出现2个排放高峰;CH₄排放通量的季节变化与土壤温度和土壤水溶性有机碳含量呈显著正相关,但与土壤总有机碳含量相关不显著.     

中国陆地自然植物有氧甲烷排放空间分布模拟及其气候效应

区域尺度陆地植物有氧条件下排放甲烷及其气候效应研究不仅对甲烷收支平衡研究具有重要意义,对于全球变化研究也具有重要推动作用。通过改进Keppler提出的公式,模拟了中国区域植物有氧甲烷排放的时空分布。利用IBIS模拟的NPP数据结合相关文献统计生物量与NPP的比值,计算得到中国区域自然植物叶片生物量,以及叶片甲烷排放。结果显示,2001年至2012年中国植物生物量与植物叶片甲烷排放量在Sres A2和Sres B1两种情景下差异不明显;但是气候变化模式差异的影响会随着时间的推移而扩大。在Sres A2情景下,中国地区年均植物生物量为10803.22Tg C,叶片生物量为1156.15Tg C。如果不考虑天气对光照的影响,植物叶片甲烷排放年均2.69Tg,约是全国年甲烷排放总量7.01%,是中国稻田甲烷排放总量的29.05%。在各植被类型中,草地叶片甲烷排放量最高,达到47.53%,其次是混交林。森林(针叶林、阔叶林、混交林)是主要的植物甲烷排放源,占中国区域植物甲烷排放总量的51.28%,其次是草地,占47.47%。中国区域植物叶片甲烷排放南高北低,东高西低的分布状态主要由地表植被覆盖类型决定,光照和温度也是重要影响因素。对Sres A2和Sres B1两种气候情景下中国植物甲烷排放预测分析,中国区域植物甲烷排放不断增加,在Sres A2情景下不同时期的平均增长率为9.73%,高于Sres B1情景的5.17%,且两种情景下的增长率都在降低。21世纪Sres A2和Sres B1变化情景下,年均植物排放的甲烷CO_2当量分别为83.18Tg和77.34Tg,约占中国年均CO_2排放总量的1.39%和1.29%。     

太湖流域主要植物异戊二烯排放研究

采用封闭式采样方法及光离子化气体分析仪 (GC_PID)直接分析测定了太湖地区的 94种植物的异戊二烯排放通量 ,结果表明 :在太湖地区 ,排放异戊二烯的植物有山茶、芭蕉、白栎、茶、垂柳、刺槐、短柄抱栎、法国梧桐、风尾竹、枫香、钻天杨、合欢、河柳、胡枝子、槐树、黄檀、箭竹、苦楝、苦竹、莲、芦苇、罗汉松、毛白杨、毛竹、女贞、山鸡椒、十大功劳、柿子、算盘子、甜槠、香蒲、水稻、云实、樟树、梓榈、紫荆、紫穗槐、紫藤。毛竹作为太湖地区分布非常广泛的一种人工植被 ,大量释放异戊二烯 ,排放潜力达 1 1 6 .0 4± 2 3 .3 5ug·g- 1 dw·h- 1 ,有可能会影响到该地区的大气臭氧浓度。     

Research Advances on the Mechanisms of Heavy Metal Tolerance in Plants

Heavy metals impact on the cytoplasmic function in a number of different ways, principally by their binding to protein sulflhdryl groups, by producing a deficiency of essential ions and, eventually, by substituting the essemial ions. Other modes of toxicity are possible, including disruption of cell transport processes and oxidative damage by free radicals generated by metal redox cycling. Plants have developed a variety of biochemical defense strategies to prevent heavy metal poisoning. The possible defense mechanism in plant may involve: metal binding to cell walls, avoidance of uptake these toxic metal ions, reduction of heavy metal transport across the cell membrane, active efflux, compartmentalization and metal chelation. Phytochelatins that can tightly bind and sequester metals may play an important role in the accumulation of heavy metals and preventing them from entering the cell metabolic pathway, the rates of high molecular weight (HMW) metal phytochelatin complexes (Cd-Sa-complex) formation may be an important determinant of the plant tolerance. In addition, plants possess several antioxidant defense systems to protect themselves from the oxidative stress by heavy metals.     

植物抗病分子机制研究进展

近十年来,植物抗病分子机制研究取得显著进展.综述了植物抗病基因的克隆及其结构分析、病原菌无毒基因及其相关致病因子的克隆与研究、信号传导相关因子的克隆及其结构分析以及植物-病原菌的相互作用研究,重点介绍了以植物特异抗病基因为介导的诱导防卫作用机制(包括抗病基因编码毒素蛋白,进而抑制病原菌的繁殖;显性基因编码病原菌致病性的靶标物;抗病基因表达产物直接引发抗病反应和基因对基因的抗病作用机制等)的研究进展,以期为植物抗病育种提供有益的信息.     

植物蔗糖磷酸合成酶研究进展

蔗糖磷酸合成酶(Sucrose Phosphate Synthase,以下简称SPS)是植物体内控制蔗糖合成的关键酶。植物体内蔗糖的积累与SPS活性正相关,SPS还参与植物的生长和产量形成,并在植物的抗逆过程中起重要作用。高等植物中至少存在A、B、C三个家族的SPS,而禾本科植物至少存在A、B、C、DIII和DIV五个家族的SPS。不同植物体内不同家族的SPS基因的表达特性不同,它们所发挥的功能也存在差异。SPS的活性在基因表达调控和SPS蛋白磷酸化共价修饰作用两个层面受到植物生长发育、光照、代谢产物、外源物质如激素和糖类等多种因素的复杂调控。转基因研究表明,转SPS基因是提高作物产量和品质、增强作物抗逆性的有效途径,值得深入研究。全面总结了国内外在植物蔗糖磷酸合成酶方面的研究进展,并提出问题与研究展望,期望为进一步研究并利用植物SPS基因改良作物品种提供参考。     

Species-specific Effects of Vascular Plants on Carbon Turnover and Methane Emissions from Wetlands

Species composition affects the carbon turnover and the formation and emission of the greenhouse gas methane (CH₄) in wetlands. Here we investigate the individual effects of vascular plant species on the carbon cycling in a wetland ecosystem. We used a novel combination of laboratory methods and controlled environment facilities and studied three different vascular plant species (Eriophorum vaginatum, Carex rostrata and Juncus effusus) collected from the same wetland in southern Sweden. We found distinct differences in the functioning of these wetland sedges in terms of their effects on carbon dioxide (CO₂) and CH₄ fluxes, bubble emission of CH₄, decomposition of ¹⁴C-labelled acetate into ¹⁴CH₄ and ¹⁴CO₂, rhizospheric oxidation of CH₄ to CO₂ and stimulation of methanogenesis through root exudation of substrate (e.g., acetate). The results show that the emission of CH₄ from peat–plant monoliths was highest when the vegetation was dominated by Carex (6.76 mg CH₄ m⁻² h⁻¹) than when it was dominated by Eriophorum (2.38 mg CH₄ m⁻² h⁻¹) or Juncus (2.68 mg CH₄ m⁻² h⁻¹). Furthermore, the CH₄ emission seemed controlled primarily by the degree of rhizospheric CH₄ oxidation which was between 20 and 40% for Carex but >90% for both the other species. Our results point toward a direct and very important linkage between the plant species composition and the functioning of wetland ecosystems and indicate that changes in the species composition may alter important processes relating to controls of and interactions between greenhouse gas fluxes with significant implications for feedback mechanisms in a changing climate as a result.     

基于主成分分析水稻植株CH4排放估算模型

估算稻田甲烷（CH4）排放量是开展稻田甲烷排放研究的重要内容之一．通过观测南方红黄壤稻田不同水稻品种甲烷排放通量,测定了16个早稻、20个晚稻品种的植株节间组织的数量特征．选取株高、茎秆长度、茎秆维管束面积／茎壁横切面积、茎壁横切面积／节间横切面积、叶鞘横切面积／节间横切面积、气腔面积／茎壁横切面积、维管束总面积／茎壁横切面积等相关因子进行了主成分分析,建立基于水稻植株的CHa排放估算模型,早、晚稻估算模型相关系数分别为0．827、0．853．同时构造了综合评价函数,得出了水稻品种CH4排放综合分值,与实测结果相比较,吻合度较高．利用估算模型进行模拟,比较模拟值与实测值,相对误差较小,证明模型具有有效性和可行性,为估算水稻CH4排放提供参考依据,为评价水稻品种CH4排放高低提供经验参考．     

植物细胞程序性死亡研究进展

植物细胞死亡分为坏死和程序性死亡。细胞程序性死亡是具有信号或一系列分子参与,并且由细胞内在的死亡程序介导的有序过程。它在植物生长发育和抵御外界胁迫中具有重要作用。简要介绍了植物PCD的特征,对植物PCD中的信号分子和类caspase的作用等进行了综述,并对植物PCD存在的问题进行分析和展望,为深入研究植物PCD提供参考。     

植物无融合生殖研究的新进展

植物无融合生殖是指不经过雌雄配子融合而产生种子的一种特殊生殖方式,能使基因型的杂合性得以保持,从而可固定杂种优势。对近几年来植物无融合生殖的研究进展及发展动态作一综述,列举了新发现的具有无融合生殖特性的植物种类：总结了控制无融合生殖的遗传机理：指出该研究领域中存在的问题：展望了该领域的发展前景。     

Emission of Methane and Nitrous Oxide by Australian Mangrove Ecosystems

Abstract: The fluxes of the greenhouse gases methane (CH₄) and nitrous oxide (N₂O) were measured in mangrove wetlands in Queensland, Australia, using the closed chamber technique. Large differences in the fluxes of both gases from different study sites were observed, which presumably depended on differences in substrate availability. CH₄ emission rates were in the range of 20 to 350 μg m^‐2 h^‐1, whereas N₂O fluxes were lower, amounting to ‐ 2 to 14 μg m^‐2 h^‐1. In general, the field sites with high substrate availability showed higher emissions than sites with poor nutrient supply. This assumption is supported by the observation of dramatically increased N₂O emissions (150 ‐ 400 μg m^‐2 h^‐1) if study sites were artificially fertilised with additional N. As expected, N fertilisation did not alter CH₄ fluxes during the period of investigation. In the present study, it was confirmed that the mangrove vegetation may play a role as a transport path for CH₄ and N₂O by facilitating diffusion out of the soil. Prop roots from Rhizophora stylosa emitted CH₄ and N₂O at rates of 2.6 and 3.3 μg m^‐2 root surface h^‐1, respectively, whereas the soil of this stand acted as a sink for CH₄. As a consequence, the ecosystem as a whole could constitute a CH₄ source despite CH₄ uptake by the soil. In contrast to prop roots, the presence of pneumatophores in Avicennia marina led to a significant increase in CH₄ emissions from mangrove soils, but did not enhance N₂O emissions. These findings indicate that mangrove ecosystems may be considered a significant source of N₂O and that anthropogenic nutrient input into these ecosystems will lead to enhanced source strengths. For an up‐scaling of greenhouse gas emissions from mangrove forests to a global scale, more information is needed, particularly on the significance of vegetation.