硫稳定同位素技术在生态学研究中的应用

随着人为SO₂释放的增加, 硫稳定同位素的动态已成为生物地球化学循环过程中研究的热点。该文对天然硫稳定同位素在大气自然过程中的硫来源分析及其在森林生态系统、农田生态系统和水域生态系统中的硫动态研究, 人为添加的硫稳定同位素在生态环境中的应用及硫稳定同位素技术在我国酸雨研究中的潜在贡献等进行了综述, 并从硫稳定同位素技术应用研究的范围、分析手段及源解析模型方面介绍了可能的发展方向。     

基于植被羰基硫通量估算陆地生态系统总初级生产力研究进展

羰基硫(COS)是大气中的长周期痕量气体，其分子结构、对流层大气混合比的昼夜和季节动态类似于二氧化碳(CO₂)。植物光合作用及其水解过程中，受扩散通路导度和酶活性影响，气孔的COS与CO₂吸收紧密相关，同时，植物自养呼吸并不释放COS。最新研究中，采用植被COS通量直接指示生态系统总初级生产力(GPP)。综述了植被COS通量与光合作用中碳固定过程的关联机制，以及采用涡度相关观测、整合大气COS监测和生态系统过程模型等方法开展植被COS通量与GPP研究的最新进展，探讨了关键生态过程和参数，发现方法存在以下瓶颈：(1)生理过程、尺度效应和解析效应影响了COS与CO₂的叶片相对吸收率，(2)观测与模拟手段有待进一步耦合，(3)全球COS观测密度限制了方法验证，(4)硫循环过程影响了多区域模拟精度。方法发展的前沿领域包括：(1)开展重点地区植被COS通量观测，(2)提高COS卫星柱浓度的覆盖范围，(3)完善生态系统过程模型的COS吸收机理。展望未来研究关注的科学问题是：对于亚热带等尚待开展COS连续观测的区域，采用植被COS通量...     

湖泊硫循环微生物研究进展

湖泊是响应气候和环境变化的关键生态系统,是研究元素(如碳、氮和硫等)生物地球化学循环的热点环境。湖泊(尤其咸盐湖)具有硫酸盐含量高且含硫化合物种类丰富的特点,因而湖泊中硫元素生物地球化学循环过程非常活跃。微生物是驱动湖泊硫循环的重要推手。因此,研究湖泊中微生物参与的硫元素生物地球化学循环过程以及相关微生物类群构成,对于深入探索微生物在湖泊生态系统中的作用具有重要意义。本文综述了湖泊中驱动硫循环的微生物(硫氧化菌和硫酸盐还原菌)种群多样性、功能基因、代谢途径、硫氧化/硫酸盐还原速率及其对环境条件变化响应等方面的研究现状,并对未来湖泊微生物驱动的硫循环研究方向进行了展望。     

气候变化对树木凋落物分解的影响研究进展

全球气候变化已成为世界广泛关注的热点。以气候变暖、大气CO_2浓度升高等为主的各种因子对森林生态系统的影响已有大量研究和报道。树木凋落物作为森林生态系统中主要的物质循环载体,其对气候变化的响应近年来也有不少研究,但对影响的结果和机制仍存有不少争议。另外,目前非常缺乏气候变化对树木凋落物分解影响研究最新进展的综合性报道,即便有一些相关进展报道也比较零散,局限于很小的某一领域。因此,本文结合我们多年来在树木凋落物研究基础上,针对气候变化中最常见的几个问题如气候变暖、干旱、大气CO_2和臭氧浓度升高以及氮沉降等5个方面对树木凋落物质量及其分解的影响,就目前国内外有关研究的最新进展做一综合归纳;同时,也对未来有关研究做了简要的展望,以期为完善我国气候变化背景下森林凋落物研究以及丰富森林生态系统物质循环的有关生态学理论提供借鉴。     

海岸盐沼湿地土壤硫循环中的微生物及其作用

硫及硫化合物的动态循环是海岸盐沼湿地的重要组成部分,硫酸盐还原菌(SRB)和硫氧化菌(SOB)是推动硫循环的重要微生物。硫酸盐还原菌把硫酸盐还原为硫化物,同时消耗土壤中的有机物质;硫氧化菌把还原性硫化合物氧化为硫酸盐,缓解土壤中硫化物的积累,它们共同维持硫循环的动态平衡。本文综述了海岸盐沼湿地土壤中硫的存在形式、硫的地球化学循环以及在硫循环过程中扮演重要角色的硫酸盐还原菌和硫氧化菌的生物多样性、活性测定方法及其生态学意义等的最新研究进展,并提出了存在的问题及研究展望。     

养分循环研究数据管理概念模型的构建

近年来,农田生态系统NPK养分循环研究已经积累了大量的数据,迫切需要建立可长期保存数据、并为养分循环研究全局决策服务的数据管理系统,本文描述了用于养分循环数据管理的概念模型的设计,并说明构建模型的过程,最后给出依据该模型建立数据库系统应用实例。结果表明,依据模型建立的数据库系统可提供按照时间、地点、专题查询的功能,能够管理野外观测数据、专题图和研究报告等多种类型数据,并快速提取和分析数据。     

微生物驱动的滨海湿地N2O产生及其机制研究进展

滨海湿地位于海陆交界,具有初级生产力高、生物多样性丰富以及微生物驱动的营养元素循环活跃等特点,同时也是大气中一氧化二氮(N_2O)的重要排放源。N_2O是仅次于二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)的第三大温室气体,而全球90%以上的N_2O排放由微生物主导,并与滨海湿地氮循环的微生物群落多样性及功能密切相关。因此,滨海湿地系统中N_2O的产生与转化逐渐受到关注。本文综述了滨海湿地生态系统中微生物驱动下N_2O的产生过程,以及氮元素及其与碳、硫和金属元素耦合过程中产生N_2O的代谢途径,N_2O排放的时空变化与微生物调控,并对未来相关研究方向进行了展望,旨在揭示微生物驱动的N_2O产生及环境调控机制,为减缓全球变暖提供科学依据。     

微生物硫循环网络的研究进展

硫元素是所有生物的基本组成成分,是生物体必需的营养元素之一。硫氧化还原微生物的数量多、分布广、代谢途径多样化,硫化合物之间的平衡依赖于微生物代谢网络中的各种硫转化反应与代谢过程。此外,硫循环与碳、氮循环紧密相关,对地球生态循环起到了至关重要的作用。本文综述了近期微生物硫循环网络的研究进展,包括所涉及的主要微生物、硫循环的生物化学途径、硫循环的环境意义和工业应用潜能等,深入了解自然和人工生态系统中存在的硫循环过程,可为控制工农业生产中硫元素的增减与利用提供理论基础与应用方案。     

大气汞源解析受体模型研究进展

大气汞循环演化对全球汞的生物地球化学循环起着极其重要的作用。人为活动(化石燃料燃烧、水泥生产、氯碱制造以及金属冶炼与加工等)已成为大气汞的重要来源。在一定条件下,大气中的汞会发生干湿沉降而对某一局部环境——受体产生很大的影响。大气汞沉降在城市和工业区呈现出很强的空间梯度现象,排放源附近的汞沉降量明显较强。利用对受体的研究开展大气汞的源解析工作,是大气汞研究的一个重要领域。本文综述了污染物源解析的受体模型的研究及应用,介绍了化学质量平衡法、因子分析法、正交矩阵因子分解法、多元线性回归法等方法,概括了源解析在大气汞方面的应用成果,对我国区域大气汞源解析受体模型的建立及应用进行了探讨。     

红树林沉积物中微生物驱动硫循环研究进展

红树林滨海湿地是在周期性咸水、淡水作用下形成的特殊生态系统,其沉积物中有机质含量丰富,微生物驱动的营养物质循环活跃。由于红树林沉积物中硫酸盐含量高、硫化物种类多,因此红树林是研究硫元素生物地球化学循环过程和机制的理想系统。本文综述了红树林生态系统中主要的硫元素循环过程,重点总结了硫氧化和硫酸盐还原过程及其功能微生物,分析了影响硫氧化和硫酸盐还原的主要环境因素,并对红树林沉积物中微生物驱动硫循环的重点研究方向进行了展望。鉴于微生物驱动的硫循环过程耦合碳、氮和金属元素循环,本文可为深入探究微生物驱动的生物地球化学元素循环耦合机制提供参考。     

红树林沉积物中微生物驱动硫循环研究进展北大核心CSCD

红树林滨海湿地是在周期性咸水、淡水作用下形成的特殊生态系统,其沉积物中有机质含量丰富,微生物驱动的营养物质循环活跃。由于红树林沉积物中硫酸盐含量高、硫化物种类多,因此红树林是研究硫元素生物地球化学循环过程和机制的理想系统。本文综述了红树林生态系统中主要的硫元素循环过程,重点总结了硫氧化和硫酸盐还原过程及其功能微生物,分析了影响硫氧化和硫酸盐还原的主要环境因素,并对红树林沉积物中微生物驱动硫循环的重点研究方向进行了展望。鉴于微生物驱动的硫循环过程耦合碳、氮和金属元素循环,本文可为深入探究微生物驱动的生物地球化学元素循环耦合机制提供参考。     

硫氧化细菌的种类及硫氧化途径的研究进展

硫,作为生物必需的大量营养元素之一,参与了细胞的能量代谢与蛋白质、维生素和抗生素等物质代谢。自然界中,硫以多种化学形态存在,包括单质硫、还原性硫化物、硫酸盐和含硫有机物。硫氧化是硫元素生物地球化学循环的重要组成部分,通常是指单质硫或还原性硫化物被微生物氧化的过程。硫氧化细菌种类繁多,其硫氧化相关基因、酶和途径也多种多样。近几年,相关方面的研究已取得很多进展,但在不同层面仍存在一些尚未解决的科学问题。本文主要围绕硫氧化细菌的种类及硫氧化途径的研究进展进行了综述。     

CO_2浓度升高对水体硝化、反硝化作用的影响研究进展

大气CO_2浓度升高潜移默化地影响着水体生态系统的碳循环过程.然而,该过程如何影响与其耦合的氮循环过程仍不明确.水体硝化、反硝化过程作为水体氮循环的重要环节,必然会对大气CO_2浓度升高产生一系列的响应.本文总结了国内外关于大气CO_2浓度升高对水体理化性质、硝化作用、反硝化作用及N形态转化影响方面的研究工作,发现大气CO_2浓度升高会降低水体的p H,增加水中CO_2和HCO_3^-含量,但对富营养化与寡营养化水体中硝化、反硝化作用的影响具有明显差异.大气CO_2浓度升高抑制寡营养化水体的硝化作用和反硝化作用,降低N2_O的释放通量,抑制富营养化水体的硝化作用,但当水体pH在7～9时,可能促进反硝化作用,增加N2_O的释放通量,最终可能导致水体中NH_4^+的积累及NO_3^-浓度的降低,影响水体中微生物的多样性.在此基础上提出目前相关研究存在的瓶颈问题及值得深入探讨的科学问题,为进一步深入理解温室效应背景下全球CO_2浓度升高对水体生态系统N循环的影响提供参考.     

三江平原小叶章湿地生态系统硫的生物地球化学循环

以三江平原小叶章湿地生态系统为研究对象，应用分室模型研究了硫在大气-土壤-植物系统各分室中的分布及循环过程。结果表明，在植物-土壤系统内，土壤是主要的贮存库和流通介质，有97.78%的硫贮存在土壤中，且主要以有机硫的形态存在，2.22%的硫贮存在植物中。在植物亚系统中，根是主要的贮库，79.60%的硫贮存在根中。湿地植物地上部分吸收的总S量为0.75gS/m^2;向地下再转移的总S量为0.24gS/m^2，向枯落物S库转移的总S量为0.51gS/m^2;根吸收的总S量为3.76gS/m^2;根向土壤S库转移的总S量为3.07gS/m^2;现存枯落物中的总S量为0.75gS/m^2;枯落物向土壤S库的转移量最低为0.52gS/m^2·a。输入和输出过程的研究表明，小叶章湿地生态系统在生长季（5-9月份）向大气排放H2S的量为1.42mgS/m^2，从大气吸收COS的量为1.83mgS/m^2;通过大气降水输入到生态系统中的硫为4.85mgS/m^2，其差值为5.26mgS/m^2，这表明硫在小叶章湿地生态系统中处于累积状态，湿地存在潜在的酸化趋势。     

生态系统模拟模型的研究进展

从四个方面概述了生态系统模拟模型的发展现状：1)个体及种群,种群动态模型主要模拟在一个生境中单个种的动、植物个体出生或发芽、成长及其死亡过程,还有种内竞争和种间相互作用,主要分析生境中生物之间的相互作用。主要概述了林窗模型和土壤一植物一大气系统模型。2)群落与生态系统,概述了生态系统生产力模型、生物地球化学循环模型及演替模型。主要模拟植物种类在整个生态系统发展过程中的变化,以及植被类型的转变和相关的生物地球化学循环过程的改变,从而反映生物群落对气候变化的响应。3)景观生态系统,景观动态研究包含了时空两个方面的动态变化,一般可分为随机景观模型和基于过程的景观模型。随机模型用于模拟群落格局在演替过程中的动态变化等,基于过程的景观模型深入研究组成景观的各生态系统的空间结构。4)生物圈与地球生态系统,基于过程的陆地生物地球化学模式被用来研究自然生态系统中碳和其它矿物营养物质的潜在通量和蓄积量,较为流行的模式有陆地生态系统模式TEM、CENTURY、法兰克福生物圈模式FBM、Biome-BGC、卡内基-埃姆斯-斯坦福方法CASA等。这些模式己被用于估算自然生态系统对大气CO2加倍及相关气候变化在区域和全球尺度的平衡响应。最后,结合实际工作展望了生态系统模拟模型在各方面的发展方向。     

不同大气校正方法对森林叶面积指数遥感估算影响的比较

利用TM原始图像以及经过6S模型和基于影像自身的Gilabert模型大气校正后的地面绝对反射率图像,分别计算了褒河流域阔叶林和针阔混交林2种林型的5类光谱植被指数(SR、NDVI、MNDVI、ARVI和RSR),并建立各林型森林叶面积指数与同时相的各个植被指数的相关关系。结果表明,2种大气校正模型均显著提高了各植被指数与森林叶面积指数的相关关系,除了对森林叶面积指数与植被指数SR和NDVI的相关关系影响不显著外,对森林叶面积指数与植被指数MNDVI、ARVI和RSR相关关系的影响均非常显著。说明不同大气校正模型对叶面积指数的遥感估算结果有较大影响。因此,在利用遥感数据进行定量分析、信息提取和生态遥感应用时,不仅要进行大气校正,而且还要慎重选择大气校正模型和植被指数。     

磷影响陆地生态系统碳循环过程及模型表达方法

全球气候变暖已大大改变了陆地植物碳吸收能力, 提高了全球植被净初级生产力。随着气候变暖的加剧, 磷对植物生长的限制作用逐渐显现且不断增强, 磷影响陆地生态系统碳循环的机理和模型研究已成为研究热点。该文系统分析了磷影响陆地生态系统碳循环的相关机理以及模型对相关过程的定量化表达方法。综合对比分析了国际上的Carnegie- Ames-Stanford Approach-CNP (CASA-CNP)、Community Land Model-CNP (CLM-CNP)和Jena Scheme for Biosphere-Atmosphere Coupling in Hamburg-CNP (JSBACH-CNP)等碳、氮、磷耦合模型中磷影响植物光合作用与同化物分配过程、植物对磷的吸收过程、土壤中磷的转化过程以及生态系统磷输入与输出等过程的相关数学表达方法, 指出了模型算法的局限与不确定性以及未来模型发展与改进的方向。同时综合对比分析了CASA-CNP、CLM-CNP、JSBACH-CNP模型的基本特征, 总结了磷循环模型的建模方法, 为未来开展磷影响陆地生态系统碳循环的模型模拟研究提供了借鉴方法与参考思路。     

磷影响陆地生态系统碳循环过程及模型表达方法

全球气候变暖已大大改变了陆地植物碳吸收能力,提高了全球植被净初级生产力。随着气候变暖的加剧,磷对植物生长的限制作用逐渐显现且不断增强,磷影响陆地生态系统碳循环的机理和模型研究已成为研究热点。该文系统分析了磷影响陆地生态系统碳循环的相关机理以及模型对相关过程的定量化表达方法。综合对比分析了国际上的CarnegieAmes-Stanford Approach-CNP (CASA-CNP)、Community Land Model-CNP (CLM-CNP)和Jena Scheme for Biosphere-Atmosphere Coupling in Hamburg-CNP (JSBACH-CNP)等碳、氮、磷耦合模型中磷影响植物光合作用与同化物分配过程、植物对磷的吸收过程、土壤中磷的转化过程以及生态系统磷输入与输出等过程的相关数学表达方法,指出了模型算法的局限与不确定性以及未来模型发展与改进的方向。同时综合对比分析了CASA-CNP、CLM-CNP、JSBACH-CNP模型的基本特征,总结了磷循环模型的建模方法,为未来开展磷影响陆地生态系统碳循环的模型模拟研究提供了借鉴方法与参考思路。     

农业废弃物养分循环利用技术模式评估模型的研究进展

农业废弃物的养分循环利用技术模式是实现农业循环经济的重要手段,其评估模型为优化养分循环利用技术提供了重要支撑。本文总结了农业废弃物养分循环技术模式评估框架、评估模型及评价指标、模型的数据源及其不确定性分析,以及模型应用尺度的研究进展。当前,常用于评估养分流动的模型主要是过程数学模型和产业生态学模型。过程数学模型和产业生态学模型在评估结果的可靠性和模拟尺度上存在较大差异,前者主要集中在实验室或中试规模,精度较高;后者可以实现从微观到宏观的多尺度模拟,数据的获取方式导致其具有较高的不确定性。最后,本文对农业废弃物养分循环利用技术评估模型的研究进行展望,提出为了在区域尺度上实现对农业生产系统废弃物资源化利用技术的准确评估,可以将过程数学模型与工业生态学模型相结合,建立可靠的模型框架和数据库,同时,在工厂、农场、村落、乡镇、区域等地理尺度进行模型拓展研究。     

土壤微生物群落对全球气候变化响应的研究进展

全球气候变化对陆地生态系统过程和功能产生重要影响,土壤微生物群落在陆地生态系统几乎所有的生物地球化学循环过程起到关键作用。本文针对气候变化对土壤微生物的影响研究结果,主要从土壤微生物活性(土壤呼吸与酶活性)和微生物群落结构对大气CO₂升高、增温、降水变化、氮沉降等全球变化单因子和多因子的直接或间接响应进行综述,并进一步阐述参与土壤碳氮循环过程的功能微生物对气候变化的响应机制与适应规律。全球变化因子改变了土壤微生物的群落组成,呈现降低、增加和无影响3种效应,且不同功能微生物也呈现不同的敏感性。多个全球变化因子对土壤微生物群落结构的交互效应可能存在加性、协同、拮抗作用,产生加和的、相互促进或抵消的整体效果。然而,目前对多种全球变化因子如三因子或四因子的组合作用,以及多因子的高阶交互作用研究较少;已有的研究地理分布不均匀,且时间和空间大尺度的研究不足;缺乏综合生态系统模型对全球变化的影响进行模拟和预测。最后指出今后的研究发展方向：进行多种全球变化因子、长时间、多生态系统点位、大空间尺度的土壤微生物群落动态研究;探究多种全球变化因子的高阶交互作用;建立综合响应的生态系统模...