用RS和GIS技术评价福建省长汀县土壤保持功能对生态系统变化的响应

人类活动直接影响生态系统的变化,而生态系统变化又改变着其土壤保持功能。通过对生态系统及其土壤保持量变化的对比分析可以发现两者间响应机制,分析水土保持工作的得失,并进而为下一步治理提供指导。基于e Cognition平台利用landsat影像解释出长汀县2000、2010和2016年的生态系统类型,并利用RULSE模型定量评估土壤保持功能,探讨土壤保持量相对于生态系统变化的响应规律。结果表明:2000—2016年间,长汀县生态系统变化主要表现为两大特征:其一是低覆盖类型向高覆盖类型转变,表现为稀疏林大量地转为常绿阔叶林和常绿针叶林,研究期内稀疏林减少14729.38hm~2(减幅56.75%),而常绿阔叶林和常绿针叶林分别增加6791.50hm~2(增幅23.21%)、10228.07hm~2(增幅5.80%);其二是受经济利益驱动,大量耕地和常绿针叶林转为城镇和茶果园,研究期内城镇、茶果园分别增加4469.14hm~2(增幅85.43%)、1949.32hm~2(增幅69.38%)。研究期内全县土壤保持量显著提高,单位面积土壤保持量从2000年217.32t hm~(-2)a~(-1)提高2016年246.02t hm~(-2)a~(-1)。各生态系统中,常绿阔叶灌丛和常绿阔叶林土壤功能最强,单位面积土壤保持量大于277t hm~(-2)a~(-1),而城镇土壤保护功能最弱,单位面积土壤保持量低于65t hm~(-2)a~(-1);研究期内大部分生态系统的土壤保持能力有不同程度提高,只有城镇和茶果园下降,单位面积土壤保持量分别减小21.03t hm~(-2)a~(-1)和16.74t hm~(-2)a~(-1),这说明城镇和茶果园迅速扩张可能引发新的水土流失。从空间上看,土壤保持量提高的区域占全县96.5%,其中东北部森林区和中南部增幅最显著,说明了十几年的水土流失综合治理工作极具成效;另一方面土壤保持量下降的区域散布于人类活动较频繁的各个山间盆谷,其中汀州、大同最为集中,迅速的城镇化与茶果园开发是造成保土功能下降的主要原因。     

典型草原区不同生境反硝化菌群的空间特征

【背景】锡林河-河滨湿地-阶地草原是蒙古高原典型草原区代表性的水生-湿生-陆生生境,但不同生境中反硝化菌群的空间分布特征尚不明晰。【目的】阐明典型草原区不同生境反硝化菌群的组成、丰度、空间分布特征及异质性成因。【方法】利用16S rRNA基因测序研究锡林河流域水生、湿生、陆生生境6个样带沉积物/土壤细菌群落组成及相对丰度。基于2014年及以前文献报道的反硝化细菌及16S rRNA基因信息构建参比菌库,筛选生境关联的反硝化菌属。通过典范对应分析等探究反硝化菌群空间异质性成因。【结果】参比菌库包含80种反硝化细菌(65个属),6个样带测序获得的469个细菌属中36个为反硝化细菌属。3种生境共存的反硝化细菌有14个属,其中黄杆菌属(1.65%-14.17%)和噬氢菌属(1.56%-1.69%)是水生和湿生生境共有的优势菌,假单胞菌属(1.85%)是低河漫滩样带的优势菌。空间分布特征显示反硝化菌群沿水生-湿生-陆生生境呈现先升后降的分布趋势,在低河漫滩湿地达到最高值。典范对应分析表明:黄杆菌属、噬氢菌属、气单胞菌属、鞘氨醇单胞菌属等与pH值、水分及沙粒含量呈正相关关系,而芽孢杆菌属、链霉菌属、马杜拉放线菌属等与粘粒、粉粒、有机质、总氮含量等呈正相关关系。【结论】典型草原区反硝化菌群组成及丰度具有明显的生境异质性,低河漫滩湿地是反硝化细菌生长繁殖的最佳生境,由颗粒组成、水分含量和pH等环境因子共同驱动。     

温郁金内生拮抗细菌B-11的分离及其抑菌活性

【背景】植物内生菌广泛分布在自然界中,具有巨大的潜在开发与应用价值。【目的】对温郁金内生细菌进行分离鉴定,并从中筛选出具有生防潜能的菌株。【方法】采用常规组织分离法对温郁金根茎内生细菌进行分离并利用16S rRNA基因序列分析进行初步鉴定;采用平板对峙法以铁皮石斛炭疽病菌(Colletotrichum gloeosporioides)为供试菌株对温郁金内生细菌进行拮抗菌的筛选;通过形态学鉴定、生理生化鉴定以及16S rRNA基因序列分析,确定拮抗菌株B-11的分类地位;以6个不同属的植物病原真菌为供试菌株对拮抗菌株B-11的抑菌谱进行测定,并研究其对病原菌菌丝的影响;利用特异性平板和MALDI-TOF-MS检测技术对拮抗菌株B-11产生的抑菌物质进行检测;采用离体叶片接种法研究拮抗菌株B-11对铁皮石斛炭疽病菌的防治效果。【结果】从温郁金根茎中分离得到25株内生细菌菌株,这些细菌菌株分属于12个属,其中芽孢杆菌属为优势菌属,占分离菌株的28%;通过初筛获得8株对C.gloeosporioides有抑菌活性的菌株,其中菌株B-11的抑菌活性最强,经鉴定该菌为贝莱斯芽孢杆菌(Baclliusvelezensis);抑菌谱测定发现菌株B-11能够对供试的属于不同属的6种植物病原真菌的菌丝生长具有抑制作用,显微观察发现经对峙培养6 d后这6种病原菌的菌丝体出现畸形膨大、分枝增多等现象;特异性平板检测结果表明拮抗菌株B-11能够产生蛋白酶、β-葡聚糖酶和嗜铁素,但不产生几丁质酶;MALDI-TOF-MS检测结果表明拮抗菌株B-11能够产生伊枯草素、丰源素和表面活性素3种脂肽类抗生素,其中伊枯草素的产量最高;离体叶片接种实验表明,拮抗菌B-11的离心去菌发酵液对铁皮石斛炭疽病的防治效率可达64%。【结论】温郁金根茎含有丰富的内生细菌资源,其内生细菌菌株B-11有潜力作为开发抗真菌代谢物和新药物的重要微生物资源。     

有机碳对海洋着色菌YL28去除无机三态氮的影响

【目的】在无机三态氮(氨氮、亚硝氮和硝氮)共存的模拟海水水体中,阐明有机碳尤其是海藻寡糖对海洋着色菌(Marichromatium gracile)YL28生长及去除无机三态氮的影响规律。【方法】采用次溴酸钠氧化法、N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法和紫外分光光度法分别测定水体中氨氮、亚硝氮和硝氮的含量,菌体生物量采用比浊法测定。【结果】在光照厌氧环境中,小分子有机酸盐(乙酸钠、丙酮酸钠、琥珀酸钠和柠檬酸钠)是YL28生长和去除无机三态氮的良好有机碳,亚硝氮、硝氮和氨氮去除率分别达到97.92%、99.98%、73.23%-87.15%。单糖(葡萄糖和果糖)、双糖(麦芽糖和蔗糖)和寡糖(壳寡糖和海藻寡糖)是YL28可利用的有机碳,亚硝氮和硝氮去除率分别达到99%和87%以上,氨氮去除率在44.82%-54.53%之间。多糖(β-环糊精、淀粉、黄原胶、琼脂粉、海藻酸钠和卡拉胶)不是菌体利用和去除无机三态氮的有机碳。酵母提取物可作为菌体生长、去除硝氮和亚硝氮的良好有机碳,但严重抑制氨氮去除。海藻酸钠、β-环糊精和卡拉胶分别与乙酸钠共存时,YL28生长和对无机三态氮去除能力与乙酸钠为唯一有机碳的水平相当。乙酸钠体系中添加海藻寡糖,YL28生长速率、最大生物量以及氨氮的去除速率和最大去除率均升高,添加酵母提取物时,生长速率和最大生物量升高,但氨氮去除速率和最大去除率降低。黑暗厌氧环境下,以乙酸钠和氨氮为唯一有机碳和氮源时,YL28不生长,但在无机三态氮共存时,则能良好生长并去除无机三态氮。【结论】在无机三态氮共存海水体系和厌氧条件下,无论是光照还是黑暗环境,YL28均能良好地生长和去除无机三态氮,小分子有机酸盐(乙酸钠、丙酮酸钠、琥珀酸钠、柠檬酸钠)是其良好的有机碳,相对而言,乙酸钠和丙酮酸钠更好。海藻寡糖与乙酸钠复合可提高菌体生长和脱氮能力。本研究为研制开发高效脱氮微生物制剂及其合理性应用提供了指导。     

三峡库区森林凋落叶化学计量学性状变化及与分解速率的关系

凋落物分解是森林生态系统生物元素循环和能量流动的重要环节,其过程是植物与土壤获得养分的主要途径。为了量化凋落叶化学计量学性状变化过程对分解的影响及对凋落物-土壤生物化学连续体的深层理解,用凋落物分解袋法研究了不同林型各自凋落叶化学计量学性状变化及与分解速率关系,结果表明:林下各自凋落叶分解速率是马尾松林栓皮栎林马尾松-栓皮栎混交林,马尾松林、栓皮栎林、马尾松-栓皮栎混交林凋落叶分解50%和95%的时间分别是2.11 a和9.15 a,1.93 a和8.45 a,1.76 a和7.77 a;凋落叶分解过程中,化学计量学性状变化明显,分解450 d后马尾松-栓皮栎混交林碳释放最快,栓皮栎林最慢;3种凋落叶起始N含量是栓皮栎林最高,马尾松林最低,分解450 d后马尾松林、栓皮栎林和马尾松-栓皮栎混交林N含量分别增加了66.67%、44.91%和44.52%,而P含量分别释放了30.80%、38.89%和42.29%。凋落物不同化学计量学性状与分解速率关系不同,3种林型凋落叶分解速率均与N含量呈正相关(P0.01),与C含量(P0.01)、C/N比(P0.01)呈负相关,与N/P比呈负二次函数关系(P0.01),而P含量与3种林型关系不同,与栓皮栎林(P0.01)和马尾松林(P0.05)呈负线性关系,与马尾松-栓皮栎混交林呈负二次函数关系(P0.05)。研究表明,不同林型凋落叶分解中的养分动态趋向利于分解变化,N、P养分动态是生态系统碳平衡和凋落物分解速率的主要因素,混交林中混合凋落物的养分迁移是分解相对较快的原因。     

香蕉枯萎病田间分布型及病原菌在植株上的分布

为探讨香蕉枯萎病大田病株及其体内尖孢镰刀菌(Fusarium oxyporum f.sp.cubense)的分布情况,首先对大田病株的发病情况进行调查,通过分布频次检验、聚集指标测定、Taylor幂法则、Iwao m*-m模型等对田间病株的空间分布型进行研究,在此基础上,检验聚集均数λ,分析其聚集原因。同时,在香蕉植株不同部位取样,检测病原菌在植株体内的分布情况。结果表明:香蕉枯萎病大田病株的理论分布符合聚集类型,各项聚集度指标均满足C1、I0、m*/m1、CA0、K0。大田病株的空间图式也趋于聚集分布,聚集程度随着种群密度升高而升高,病株间互相吸引,以病株群为单元在蕉地分布均匀,其相对聚集度随种群密度变化的速率为(11.0962+0.1752)m,密度越高,相对聚集度随密度变化速率越大。这种聚集分布是环境作用导致。建立最适理论抽样数模型后,根据一定置信水平下的允许误差值可估测相应发病情况时所配套的最适理论抽样数,且随着病情加重,配套抽样数随之减少。在进行序贯抽样时,假如累计病情等级高于判据上限即可视为防治蕉地,若累计病情等级低于判据下限可视为安全蕉地,如果累计病情等级在判据上限和下限之间,需增加抽样量,但可以理论抽样模型中的最大抽样量终止抽样。最适宜的抽样方法为棋盘式取样法和单、双对角线取样法。此外,枯萎病菌在香蕉植株体内的分布因样地发病程度和植株部位不同而有显著差异,植株球茎的平均含菌量显著高于其它部位。     

中国西南喀斯特植物群落演替特征及驱动机制

植被恢复是西南喀斯特石漠化治理和生态重建的关键步骤。通过总结已有的结果和分析中国科学院环江喀斯特试验站部分试验数据,研究了西南喀斯特植被演替过程中群落的动态特征,结果发现:西南喀斯特沿北、中、南亚热带至北热带的海拔递减、气温和降雨量升高的梯度格局下,群落的高度、盖度增加,密度、科属种数量和物种多样性呈递减趋势;不同区域沿草丛、灌丛、灌乔丛、乔丛的顺向演替方向上,群落的高度、盖度增加、密度减小,科属种数量及物种多样性除北亚热带持续增加外,其他3个区域的最大值均出现在灌乔丛,乔丛反而有所下降;西南喀斯特植被演替是生物驱动因素与环境阻力相互作用的结果,不同区域不同演替阶段植被演替的建群种和关键种不同,其植物群落的稳定性受多样性和结构性的共同控制,因地质和生态环境恶劣,植被退化容易恢复难,充分理解和认识植被演替规律对西南喀斯特植被恢复和生态重建意义重大。     

三峡水库长期水淹条件下耐淹植物甜根子草的资源分配特征

为研究历经三峡水库长期水淹的驯化后,不同海拔高程之间相同种源的甜根子草的生物量分配特征是否发生改变,进而探讨该物种对水淹胁迫表现出的适应性进化特征,试验于2008年初选育相同种源的甜根子草同龄幼苗栽植于三峡水库消落区甜根子草种植试验示范区,并考察了2012年、2013年不同海拔高程甜根子草植株的形态和生物量特征。试验共设置3个海拔高程,即水淹高程168、172m和不受水淹对照高程176m。试验结果表明:(1)较低高程的甜根子草植株较矮小细弱,168m高程的甜根子草植株主茎长和主茎基径显著低于对照176m高程(P0.05);平均节间长度随高程的降低而缩短;与之相反,主茎长/主茎基径随高程的降低而增大。(2)甜根子草的叶片厚度、叶片长/叶片宽、叶片长/叶鞘长均随海拔高程的降低而减小;与之相反,比叶面积随高程的降低而增大。(3)水淹前,甜根子草近端成熟节间的质量密度随高程的降低而增大;水淹后,其地上存活茎段基部成熟节间的质量密度在各高程之间无显著差异(P0.05)。以上研究结果表明,甜根子草历经三峡水库长期水淹的驯化后,生物量分配特征在不同海拔高程之间发生了改变,表现出了相应的驯化特征。相较于高高程的甜根子草植株而言,低高程的植株生长缓慢,采取低株高下的高向生物量投资策略;对叶的物质投资大部分分配到叶面积的增加、叶鞘的伸长生长和叶片的直立生长上,以加强植株的光合生产。     

树木位置和胸径对人工林细根水平分布的影响

通过研究福建三明莘口林场33年生格氏栲和杉木人工林细根生物量与树木位置和胸径大小的关系,探讨人工林细根水平分布特点。用土芯法(土钻内径6 .8cm,深10 0 cm)测定细根生物量,格氏栲和杉木人工林分别随机取土芯4 1个和4 0个,同时记录离取样点最近的第1棵、第2棵和第3棵树的距离和胸径。格氏栲和杉木人工林细根生物量平均值分别为3.2 6 6 t/ hm2和2 .0 4 8t/ hm2 ,变异系数分别达37.3%和4 2 .8% ,细根生物量均遵从正态分布(p<0 .0 5 )。格氏栲和杉木人工林细根生物量均与离取样点最近第1棵、第2棵树的距离有显著的负相关,且以与最近第1棵树距离的相关系数最大。格氏栲人工林细根生物量与最近第1棵树的胸径呈显著的正相关(p<0 .0 1) ,而与最近第2、第3棵树的胸径无关(p>0 .0 5 ) ;而杉木人工林细根生物量则与最近第1、第2和第3棵树的胸径均无显著相关(p>0 .0 5 )。逐步多元线性回归分析表明,离取样点最近第1棵树距离和胸径可解释格氏栲人工林细根生物量水平变异的4 1.0 % ,而离取样点最近第1、2棵树距离则可解释杉木人工林细根生物量水平变异的4 0 .6 %。由于人工林细根水平分布呈现特定模式,规则取样估计细根生物量将产生系统误差。     

植物提取物和常用药剂对蚜茧蜂的存活、羽化和寄生的影响

天然源药剂由于具有与环境良好的相容性而日益受到重视。研究测试苍耳XanthiumsibiricumPetr.etWidd.和白蝴蝶SyngoniumpodophyllumSchott的提取物以及几种药剂在田间常用浓度下对蚜茧蜂的影响。结果表明,几种药剂对蚜茧蜂成虫有明显杀伤力,毒性的大小次序是绿福(4.5%高效顺反氯氰菊酯乳油)(稀释3000倍)>0.3%印楝素乳油(稀释2000倍)>0.6%阿维菌素(稀释2000倍),2h内可致半数以上的试虫死亡,2.5%鱼藤酮精(稀释800倍)次之,99.9%机油乳剂(稀释400倍)和两种植物提取物(0.04gDW·ml-1)对成蜂的存活无显著影响;处理僵蚜的结果表明,印楝素乳油和机油乳剂影响较明显,僵蚜羽化率分别比对照降低14.67%和18.67%,而两种植物提取物和其余药剂无显著影响;鱼藤精和印楝素乳油处理后,蚜茧蜂寄生蚜虫的效能明显降低,而机油乳剂和两种植物提取物对蚜茧蜂的寄生作用无明显影响。可以看出,目前使用的一些天然源药剂虽然对害虫有较好的控制作用,但在害虫天敌的某些生长期,其仍存在不利影响,因此应根据田间害虫和天敌的发生情况和不同发育期,有选择性地合理用药;同时,筛选对害虫特异性强,对害虫天敌不利影响小的作用物质,是当前乃至将来筛选和应用天然源物质的目标。