中国粮食种植业碳效应时空演化及碳排放公平性

农业低碳转型背景下,准确把握粮食种植业碳效应时空演化及碳排放公平性特征对实现地区生态正义具有重要意义。基于2000-2021年省域面板数据,采用碳排放因子法测算中国30个省区的粮食种植业碳效应,利用核密度估计方法探析时空演化,运用Dagum基尼系数法刻画并解构全国粮食种植业碳排放公平性。研究表明:(1) 从时空特征看,粮食种植业碳效应呈现波动上升的净碳汇特征,具体表现为"东强西弱,北高南低"的空间格局,且伴随明显的"马太效应"。在碳效应结构上,秸秆燃烧与玉米种植分别是粮食种植业最主要的碳源与碳汇。(2) 从演化趋势来看,全国粮食种植业碳效应的非均衡性呈扩大趋势;在三大主粮中,水稻碳效应非均衡性有所减弱,小麦与玉米碳效应非均衡性均持续上升。(3) 从碳排放公平性来看,区域间碳排放差异已成为影响公平性的最主要因素,基尼系数呈"快速上升-波动震荡-缓慢回落"特征,全国粮食种植业碳排放始终处于较公平区间,整体公平性呈改善态势;在三大主粮中,水稻碳排放公平性最低,玉米碳排放公平性最高。最后,提出了采取差异化固碳减排策略、构建低碳发展跨区协作机制、完善碳排放责任分摊机制、探索粮食碳汇交易试点等建议,以期推动我国粮食种植业实现低碳转型发展。     

城市建成区自生草本植物群落的物种多样性与功能多样性——以深圳市为例

城市自生草本植物的物种多样性和功能多样性直接影响城市生态系统的功能和稳定性,但目前相关研究依然很缺乏。以深圳市为例,基于建成区600个1hm²样地的现场调查数据,分析自生草本植物的群落结构、物种多样性、群落功能特征及功能多样性。结果显示:①调查共记录自生草本植物61科178属273种,其中多年生草本占54.6%,乡土植物占65.6%。②占明显优势的功能特征有中小型叶(91.85%)、草质叶(42.59%)、纸质叶(32.96%)、叶片无毛或近无毛(56.67%)、中等密度绒毛(40.37%)、叶面较粗糙(52.59%)、花期4-6个月(50.78%)、果期4-6个月(49.22%)、干果(86.03%)。③群落类型间功能丰富度FDp、功能离散度Rao二次熵差异极显著(P ＜ 0.01)、功能均匀度FEve差异显著(P ＜ 0.05)。④公园绿地的物种多样性指数明显高于其他三类绿地;不同绿地类型间的功能丰富度和功能离散度在滞尘、降噪、降温增湿及生物多样性保护方面都有极显著差异(P ＜ 0.01),功能均匀度只在滞尘及生物多样性保护方面差异极显著(P ＜ 0.01)。⑤各功能多样性指数均与Margalef指数、Simpson指数及Shannon-Wiener指数呈极显著正相关关系(P ＜ 0.01)。研究结论和方法为维护城市生态系统稳定性、建设生态宜居城市、促进城市可持续发展提供理论依据。     

模拟增温对植物叶片δ13C值的影响:全球Meta分析

温室气体大量排放导致的全球变暖是最为关注的环境问题之一,这会直接影响植物的生长与发育进而影响群落组成乃至生态系统的结构和功能。水分利用效率作为植物叶片通过光合作用调节水分生理过程的指标,是联系生态系统碳循环与水循环关系的关键,反映了植被生态系统对立地环境快速调整和资源变化的适应策略,是当前全球变化研究中的重点。植物叶片碳稳定同位素比值(δ¹³C)是反映植物长期水分利用效率的关键指标,但全球气候变暖对植物叶片δ¹³C值的影响仍存在较大争议。该研究利用Meta分析整合全球范围内51份相关研究文献中的371组数据,较为系统地评估模拟增温对植物叶片δ¹³C及其生理生态指标的影响。结果表明,模拟增温能够使叶片δ¹³C值显著升高0.6%(P<0.001),同时对叶片呼吸速率R_d、气孔导度G_s、净光合作用速率P_n、碳C的效应值分别为0.237、0.062、-0.140、-0.019 (P<0.05)。模拟增温处理在增强植物光合作用的同时提高了叶片呼吸速率(R_d),导致光合产物不断被消耗、叶片碳(C)降低,最终使叶片P_n降低并且叶片δ¹³C产生富集现象。通过进一步对影响因素分析发现,叶片δ¹³C值对增温的响应主要受增温时间、高程和年均气温等控制(相对重要性指数分别为1.00、0.97和0.92)。另外,模拟增温时选用不同的增温模式对叶片δ¹³C值也具有显著不同的影响,采用红外线加热、土柱置换和电缆增温等方法对叶片δ¹³C值具有正向促进作用(效应值分别为0.70、0.44和0.35),而采用遮阳屏与开顶箱增温等方法具有负向作用(效应值分别为-0.17和-0.09)。研究结论对于深入理解全球变化背景下植物水分利用的响应特征具有重要的理论意义,以期为今后该领域的植物生长研究提供理论依据和有效支撑。     

水源供给服务供需流空间不匹配特征识别及优化

如何识别水源供给服务在自然-人类社会系统中的空间流动过程和匹配特征,对于区域水资源管理和可持续利用具有重要意义。以重庆市为研究区域,基于InVEST模型和社会经济发展视角定量评估流域尺度下的水源供给量和需水量,结合水资源安全指数和热点分析构建水源供给服务流模型,揭示水源供给服务供需空间匹配关系,依据水源供给服务流空间属性特征划分供需匹配关系的区域类型,借助地理探测器从自然、社会和生态三个角度讨论影响各区域类型水源供给服务供需匹配关系的影响因素。结果表明:(1) 2000、2010、2020年重庆市流域水源供给量与需水量均先减少后上升,供需比平均值分别为1.17、1.08、0.9,整体供需不匹配的问题逐渐得到缓解,但局部仍有供需不匹配现象。空间上中高度赤字区域集中在主城区内,向外辐射为轻度赤字区域,盈余区域分布在东北和东南方向。(2) 2000、2010、2020年重庆市水源供需比冷、热点范围均在缩小,流域面积分别相对减少了25.34%、9.2%。水源供给服务流空间上整体呈现出自东北、东南方向向西流动的路径,同时冷点区内部呈边缘向中心流动。(3) 汇流区集中在西北部,经流区位于中部,外流区集中在东南和与东北部。影响汇流区供需匹配关系的主导因素是蒸散发,解释力为74.08%;影响经流区的主导因素是第三产业GDP,解释力为51.44%;外流区各影响因子的解释力均较低。不同影响因子之间蒸散发与其它因素的交互作用显著增强。研究可以为重庆市自然资源的管理与流域生态补偿机制的建立提供科学依据。     

凋落物和根系对沂蒙山区三种森林恢复方式土壤酸性磷酸酶动力学特征的影响

酸性磷酸酶动力学特征可反映不同底物供应下土壤磷转化状况。以人工恢复的引进种黑松人工林和本地种栓皮栎人工林以及自然恢复的天然次生林为研究对象,开展凋落物添加去除和根系去除对土壤酸性磷酸酶动力学特征的影响研究。结果表明:(1)三种森林恢复方式下土壤酸性磷酸酶活性和最大反应速度(V_max)均为双倍凋落物＞对照＞去除凋落物＞去除根系＞无输入;(2)改变凋落物和根系输入对酸性磷酸酶的半饱和常数(K_m)和催化效率(V_max/K_m)影响不大;(3)酸性磷酸酶活性受速效磷含量的反馈调节;土壤氮可利用性和含水量显著影响酸性磷酸酶活性。改变凋落物和根系输入对引进种黑松人工林土壤有机磷转化能力影响最大,天然次生林次之,本地种栓皮栎人工林最稳定。根系对土壤酸性磷酸酶动力学特征的影响大于凋落物。其结果可为暖温带森林恢复,应对气候变化和森林防火、收集凋落物等管理措施提供理论依据。     

黄土高原不同人工林型微生物残体碳对土壤有机碳组分的积累贡献及影响因素

为探究不同人工林型微生物残体碳(Microbial necromass carbon, MNC)对土壤有机碳组分的积累贡献及影响因素,在黄土高原选取刺槐林、山杏林、油松林为研究对象,分析了三种人工林0-60 cm土层真菌残体碳(Fungal necromass carbon, FNC)、细菌残体碳(Bacterial necromass carbon, BNC)、MNC对颗粒态有机碳(Particulate organic carbon, POC)和矿物结合态有机碳(Mineral-associated organic carbon, MAOC)的积累贡献及其影响因素。结果表明:(1)三种人工林POC、MAOC中FNC、BNC、MNC含量均随土层深度的增加而降低;(2)刺槐林和山杏林MNC对MAOC的积累贡献(60.9%,52.0%)高于POC(33.5%,49.5%),其中FNC对MAOC的积累贡献分别是BNC的4.4和2.5倍,油松林在0-10 cm土层MNC对POC的积累贡献(73.8%)高于MAOC(48.2%),其中FNC对POC的积累贡献是BNC的3.5倍,而在10-60 cm土层MNC对MAOC的积累贡献(30.9%)高于POC(24.4%),其中FNC对MAOC的积累贡献是BNC的3.4倍;(3)总有机碳和全氮含量与MNC/POC、MNC/MAOC呈显著正相关关系(P ＜ 0.05),黏粒含量与MNC/MAOC呈显著正相关关系(P ＜ 0.05),pH值、砂粒含量与MNC/MAOC呈显著负相关关系(P ＜ 0.05)。说明黄土高原三种人工林0-60 cm土层MNC主要贡献MAOC的积累,油松林0-10cm土层除外,且与细菌残体碳相比,真菌残体碳在土壤有机碳组分积累中的贡献更大,土壤总有机碳、全氮、黏粒、砂粒含量、pH值是影响该区不同人工林型微生物残体碳贡献土壤有机碳组分积累的主要因素。     

彭州市不同土地利用方式土壤小型分解者群落结构和功能

分解作用是农业生态系统养分循环的重要环节,也是影响 农田土壤肥力和生产力的关键过程。土地利用方式不仅显著影响了农田中的土壤微生物和线虫等小型分解者群落的结构特征,还可能改变其生态功能,进而影响分解作用。但是,农业生态系统中的生境变化如何影响了分解作用速率仍不明确,不同土地利用方式下环境因子、土壤生物群落和分解作用之间的动态关系如何也不清楚。利用"茶包指数"量化了彭州市典型农区内农田、撂荒地、经济林和杂木林四种生境下的分解速率,并调查比较了各生境下的环境因子和土壤小型分解者群落结构和功能的差异。研究结果发现杂木林和撂荒地的分解速率最快,其次为经济林和农田。有乔木覆盖的生境中土壤小型分解者的丰度相对更高,食物网趋于成熟稳定。在人为管理更频繁的农田和经济林,共生和腐生真菌的丰度显著下降,地下食物网的连通性也弱于受干扰程度低的半自然生境,但病原菌的丰度也较低。土壤细菌是调控分解速率最重要的分解者类群;生境中地上植物丰富度的增加、土壤pH、容重和含碳量的升高均有助于加快分解速率。在彭州市推行农林间作模式,增加地上生境复杂度并合理进行人为管理能够更好地维持地下食物网复杂度和连通性,促进分解作用快速、彻底地进行,对维持土壤养分和健康,提高生产力具有重要意义。     

假结核耶尔森氏菌中Phd-Doc毒素-抗毒素系统的功能鉴定

【背景】毒素-抗毒素系统在微生物体内广泛存在,在微生物对抗外界不良环境方面发挥重要作用。【目的】以模式细菌假结核耶尔森氏菌(Yersinia pseudotuberculosis,Yptb)为材料,探究其编码的Phd-Doc毒素-抗毒素系统的作用机制和生物学功能。【方法】通过生物信息学方法预测Yptb中编码的Phd-Doc毒素-抗毒素系统,通过毒性分析、基因表达分析及蛋白相互作用对其进行鉴定;通过抗生素胁迫、氧胁迫、生物被膜形成等实验研究Phd-Doc在体内发挥的生物学功能。【结果】生物信息学分析鉴定出一对Phd-Doc毒素-抗毒素系统,发现二者共转录且相互作用;毒素蛋白Doc能够引起大肠杆菌形态发生变化并抑制其生长,抗毒素蛋白Phd能中和Doc的毒性;Phd-Doc毒素-抗毒素系统具有自调控抑制效应;phd-doc的缺失对Yptb自身的生长无影响,而且毒素蛋白Doc在野生型Yptb内过表达并未显示毒性;phd-doc在转录水平上响应了抗生素胁迫和氧胁迫,其中,对氯霉素胁迫最为敏感,但并不影响Yptb的生长;同时,Phd-Doc能够影响Yptb的生物被膜形成能力。【结论】Yptb中Phd-Doc毒素-抗毒素系统的功能鉴定对于更好地了解在多变的外部环境下微生物的定殖和响应机制具有重要意义。     

豆类炭疽病病原物种类及其发生研究进展

炭疽病是重要的世界性植物病害,造成大豆、绿豆等品质变劣,产量损失严重。本文综述了国内外大豆炭疽病的发生情况、炭疽菌种类及其特征,为了解该病的流行病学和科学防治提供理论依据。     

一株抗茶炭疽菌和魔芋镰刀菌的淀粉酶产色链霉菌的分离、鉴定及生防潜能

【背景】放线菌是一类重要的生防菌,具有强大的代谢活性,能产生抗生素、酶、酶抑制剂和激素等天然产物抑制病原物生长。【目的】从茶树根际分离得到放线菌,研究候选放线菌对茶炭疽菌和魔芋镰刀菌的抑菌活性及其生防潜能。【方法】分别以茶炭疽病致病菌Colletotrichum camelliae和魔芋茎腐病致病菌Fusarium solani为指示菌,采用土壤稀释涂布法、平板对峙法和菌丝生长速率法,从茶树根际土壤中分离、筛选拮抗放线菌,并根据菌株的形态特征、生理生化特性和系统发育分析结果对其进行分类鉴定,并开展候选放线菌的产促生相关物质和分泌细胞壁水解酶能力的定性检测试验。【结果】共分离得到14株拮抗放线菌,菌株A-dyzsc04-2的拮抗效果最强,被鉴定为淀粉酶产色链霉菌（Streptomyces diastatochromogenes）。该菌株的活菌体对C. camelliae和F. solani的抑制率分别为66.71%±1.23%和71.59%±2.46%,其无菌发酵滤液对2种指示菌的抑菌率均大于90%;此外,菌株A-dyzsc04-2还具有产嗜铁素和葡聚糖酶以及溶解无机磷的能力。【结论】菌株A-dyzsc04-2是一株优良的生防菌,具有较高的开发利用价值,研究结果为菌株A-dyzsc04-2防治茶炭疽病和魔芋茎腐病提供了理论支撑。