土壤健康的生物学表征与调控

如何有效判定土壤健康状态是实现农业绿色发展的基本问题。在现有的土壤健康评价体系中,很少考虑土壤生物在维持土壤健康方面的作用。基于此,本文论述了土壤健康的内涵,从土壤生物健康的角度,总结了土壤健康的生物学表征指标,阐述了土壤微生物、土壤酶活性、土壤微食物网及蚯蚓对土壤健康的指示作用。基于上述生物指标,从作物和土壤管理等方面探讨了不同农田管理措施对土壤健康状况的调控途径,并对土壤生物健康的未来发展趋势进行了展望。本文旨在增强科学家和决策者对维护土壤生物健康的认识,充分发挥土壤生物在生态系统服务中的重要作用。     

鱼腥藻 PCC7120外膜的纯化和外膜蛋白的鉴定

鱼腥藻(Anabaena sp.)PCC7120是一种丝状同氮蓝藻,在缺氮诱导条件下,沿着丝体约每隔10个营养细胞分化出一个固氮细胞即异形胞,在细胞分化中伴随着复杂的基因表达和调控,成为一维原核生物体细胞分化及图式形成研究的模式[1].     

微生物介导铁还原耦合氨氧化过程的研究进展

铁的氧化还原过程可以显著影响环境中次生矿物的形成、养分转化和污染物的归趋。作为厌氧环境中新发现的铁循环过程,铁氨氧化过程对自然和农田生态系统中氨氧化的贡献可达10%以上,对环境保护和农业生产具有深远的意义。文章主要从发展历程、相关微生物、反应机制、影响因素和环境意义等方面综述了铁氨氧化过程。在此过程中,Acidimicrobiaceaesp.A6和异化铁还原菌(DIRB)是驱动铁氨氧化过程的关键微生物,环境pH、Fe(Ⅲ)的浓度和种类、碳源和Mn(Ⅳ)氧化物是重要环境影响因子。铁氨氧化过程可能由微生物独立驱动完成,也可能由微生物-化学耦合作用驱动完成。从环境意义看,铁氨氧化过程对减少温室气体排放、固定重金属等方面具有积极影响,但也会导致氮素流失等负面环境效应。后续的研究可以从纯化微生物、拓展研究方法等方面着手,进一步提升铁氨氧化过程的研究广度和深度。     

肠道菌群功能与影响因素研究进展

人体肠道作为一种营养丰富的天然环境有多达100兆个微生物,其中绝大多数存于结肠内,密度接近1011~1012/m L。人类肠道内的微生物多样性是微生物菌落和宿主共同进化的结果,自然选择和进化使肠道菌群与宿主处于一种动态平衡且稳定的关系。文章综述了肠道菌群对宿主可能产生的影响以及引起肠道菌群发生改变的某些因素,肠道微生物影响宿主的代谢、营养吸收、免疫功能以及神经功能调节,而饮食及其他条件又能引起肠道菌群的改变。深入分析肠道菌群的具体结构、探索不同微生物在宿主体内究竟发挥着怎样的作用以及如何充分利用微生物的不同特性改善人类健康应成为今后研究的重点方向。     

黄河三角洲滨海滩涂不同密度柽柳林的根系形态及生长特征

为探讨黄河三角洲滨海滩涂不同密度柽柳根系形态及生长特征,以山东省滨州港附近滨海滩涂的低密度（1100株/hm²）、中密度（4100株/hm²）和高密度（7100株/hm²）柽柳林为研究对象,采用全挖法对不同密度柽柳根系进行挖掘,测定分析柽柳地上生物量、根系生物量、空间分布特征、拓扑结构和连接长度等指标。结果表明：（1）中、高密度下,柽柳对根系生长的投入量更大,以保证对地下资源的吸收利用,根冠比分别为0.59、0.53;而低密度柽柳根冠比为0.44。（2）低、中密度下柽柳根冠生长关系均表现为异速生长,高密度下为等速生长。（3）不同密度柽柳根系生长都以水平分布为主,表现出水平根型特征。中、高密度柽柳根幅及侧根长均小于低密度,低密度柽柳根系水平分布范围最大,可利于增强觅养和固定能力。（4）林分密度与拓扑指数显著相关,低密度柽柳根系拓扑结构趋向于叉状结构（拓扑指数TI=0.62）;中、高密度柽柳拓扑结构趋向于鱼尾形分支（TI=0.86;TI=0.81）。（5）不同密度柽柳根系外部连接长度显著大于内部连接长度,呈现滨海滩涂柽柳根系向外扩张的生长策略。滨海滩涂不同密度柽柳根冠异速生长关系、根系形态及生长特征既有差异性又有相似性,表现出不同的密度适应特征。不同密度柽柳根系均以地表分布、向外扩张为主。低密度柽柳主要通过增加分支,扩大根系生长空间;中、高密度柽柳减少分支,加强对内部资源的利用,以降低与邻株间的竞争。柽柳密度与土壤含水量、电导率、扎根深度、侧根长、拓扑指数显著相关。     

基于增强回归树与区域增温敏感性指数的城市升温效应空间分异

热岛效应已成为城市化进程中备受关注的城市生态环境问题。有关城市热岛效应的研究对区域在地表升温过程中的空间分异关注尚不足。通过设计区域增温敏感性指数,借助增强回归树（boosted regression tree,BRT）机器学习算法,量化城市不同区域在地表升温过程中的敏感性差异。结果表明：（1）上海市各辖区增温敏感性从高至低依次是：黄浦区、杨浦区、虹口区、静安区、普陀区、徐汇区、长宁区、宝山区、闵行区、浦东新区、嘉定区、奉贤区、松江区、青浦区、金山区、崇明区;（2）区域增温敏感性在不同的温度梯度下具有明显差异,在高温梯度下区域间指数值的差异最大;（3）地表覆被的增温敏感性存在明显的区域分异特性;（4）基于BRT的增温敏感性指数具有较好的指示意义和较高的灵敏度。在城市热环境持续恶化背景下,探讨城市异质空间中地表温度变化的敏感性可为城市热环境调控提供科学依据。     

基于赤水河流域生态补偿的政府和社会资本合作项目风险识别与分担

赤水河流域为生态脆弱区域,现行的流域生态补偿机制存在补偿资金来源单一、总量不足且持续性较差、补偿方式较为单一等问题。将政府和社会资本合作（Public-Private Partnership,PPP）模式应用于建立赤水河流域生态补偿机制,有助于拓宽补偿资金来源、增加资金总量、丰富补偿方式,推动各利益相关方收益共享、风险共担。与传统PPP项目相比,基于流域生态补偿的PPP项目具有更为复杂的风险结构,风险因素的正确识别和合理分担是成功运用PPP模式完善赤水河流域生态补偿机制的关键。识别基于赤水河流域生态补偿的PPP项目运作关键环节,甄别各环节面临的主要风险因素;基于云理论建立风险分担模型;将有关风险在政府和社会资本间进行分担。研究结果表明：（1）基于赤水河流域生态补偿的PPP项目运作过程共包括项目准备、项目实施和项目合同终结等三个阶段、共11个关键环节,各环节共面临26个主要风险因素。（2）分析了有关风险因素可能对赤水河流域生态补偿机制或PPP项目产生的不利影响,并指出了风险引致方。（3）在项目准备阶段,政府拥有绝对的资源优势,以政府为主承担主要风险;在项目实施阶段,项目风险总体上由政府承担为主向社会资本承担为主转移,80%的风险主要由社会资本承担;特许经营期满后,社会资本将项目的经营权（或所有权与经营权同时）向政府移交,在项目合同终结阶段,有关风险再次以政府承担为主。     

三峡库区消落带草本植物根际细菌群落季节变化特征及功能预测

为了研究三峡库区消落带人工修复植被下不同季节根际细菌群落特征,选取位于三峡库区核心地带的忠县石宝镇汝溪河流域消落带生态修复示范基地内两种适生草本狗牙根(Cynodon dactylon)、牛鞭草(Hemarthria altissima)根际土壤进行16S rDNA高通量测序。研究结果显示:在消落带退水后的春季、夏季、秋季3个季节共检测到细菌60门、151纲、403属,主要优势门为变形菌门、酸杆菌门、拟杆菌门;放线菌门和芽单胞菌门的相对丰度在季节水平上存在差异,夏季芽单胞菌门丰度较高,秋季放线菌门相对丰度显著减少。适生草本的根际土壤细菌α多样性表现出一定的季节变化规律,即秋季>夏季>春季;通过冗余分析发现,影响细菌群落结构的环境因子主要有土壤全磷(TP)、速效钾(AK)、含水量(SWC)、有机质(OM)。基于未观测状态重建的群落系统发育研究(PICRUSt2)功能预测共发现6个一级功能层和45个二级功能层;代谢功能在一级功能层中占比最高,其有利于提高消落带适生草本植物抑制病原菌的能力,促进植物的生长;一级功能层中有两个功能基因表现出季节差异,二级功能层中有14个子功能的相对丰度在不同季节存在显著差异。由此可见,根际细菌群落对狗牙根、牛鞭草两种草本植物能够广泛分布且适生于三峡库区消落带的土壤环境起到了重要的促进作用。     

四川黄龙钙华沉积区附生藻垫生物与水环境因子相关性分析

【背景】近年来,四川省黄龙风景区钙华沉积地貌上藻垫大面积滋生,厚度达3-5cm,严重影响了钙华的持续沉积及欣赏价值。【目的】为有效控制藻类过度生长,并提出相关治理方法措施,需要对藻垫的结构特征及滋生原因进行深入分析。【方法】利用PE-250高通量测序平台对黄龙钙华沉积区典型附生藻垫剖面的不同层次进行真核物种组成分析,同时通过场发射扫描电子显微镜对其微观形貌进行表征,并且对藻垫的生长厚度与水环境参数进行了相关性分析。【结果】藻垫内的真核生物有400种左右,优势藻类主要为硅藻门(Diatomea)、轮虫动物门(Rotifera)和链型植物门(Streptophyta),硅藻门主要为桥弯藻属(Cymbella)。非度量多维尺度分析(non-metric multidimensional scaling,NMDS)统计和聚类分析表明,藻垫的中层和底层真核物种组成具有较高的相似性。场发射扫描电子显微镜的结果显示,硅藻主要分布在藻垫上层,中层主要为丝状藻类,底层为钙华颗粒填充在丝状藻构成的网状结构中。水质参数与藻垫生长的相关性分析表明,藻垫厚度主要与水体中的总氮(total nitrogen, T...     

天然沙冬青器官生态化学计量特征对异质生境的响应

以我国重点保护的珍稀濒危植物且是西北荒漠地区唯一常绿阔叶灌木沙冬青（Ammopiptanthus mongolicus）为研究对象,分析异质性荒漠生境（固定沙地、半固定沙地、石质沙地、洪积砾石坡地和盐碱滩地）对沙冬青叶、茎、根、花和种子生态化学计量学特征的影响,了解其生长的适应机制和生存策略。结果表明：沙冬青各器官碳（C）含量表现为叶 > 茎 > 根 > 种子 > 花,而氮（N）、磷（P）、钾（K）营养元素含量均表现为种子 > 花 > 叶 > 根 > 茎,N、P、K三大营养元素在繁殖器官中的富集,可以促进沙冬青由营养生长向生殖生长的转变,反映了资源分配模式和植物生长策略。沙冬青各器官的碳氮磷钾含量和各元素化学计量比在不同生境条件下变化较复杂,其中在沙质土壤（固定和半固定沙地）具有更高的C、N、P储存能力,而K在砾质土壤（石质沙地和洪积砾石坡地）含量较高,且砾质荒漠沙冬青的C：N、C：P 及 N：P 均显著高于沙质土壤,表明沙冬青在石质沙地和洪积砾石坡地有更高的养分利用效率。各器官元素含量相关分析表明器官间的养分协同性远高于器官内部。化学计量比C：N、C：P、C：K均表现为：茎 > 根 > 叶 > 花 > 种子,N：P为根 > 叶 > 茎 > 花 > 种子,N：K为茎 > 根 > 叶 > 种子 > 花,K：P 为叶 > 根 > 种子 > 茎 > 花,各器官中的C：N和N：P比在各生境间相对较稳定,而K：P比变化巨大,N：P与P含量呈显著的负相关（P <0.05）,与N含量的相关性不显著（P >0.05）,说明P作为敏感性元素决定了沙冬青体内N：P比值的变化,且不同生境叶片N：P比值均大于16,说明沙冬青生长主要受P限制。器官与生境对沙冬青化学计量特征都有影响,生境对C含量和N：K、K：P的影响较大,器官对N、P、K含量及C：N、C：P、C：K、N：P的影响较大。除P元素外,各元素含量及其化学计量比均受器官和生境交互作用影响。了解植物根-茎-叶-花-种子的整体资源权衡和协变策略,为沙冬青物种资源的保护和开发提供理论依据。