垦殖对沼泽湿地土壤呼吸速率的影响

三江平原是我国最大的沼泽化低平原,同时也是受人类活动影响最剧烈的区域之一。选取三江平原两类典型湿地-常年积水的毛果苔草(Carex lasiocapa)沼泽和季节性积水的小叶章(Deyeuxia angustifolia)草甸及由其垦殖的水田和旱田为研究对象,利用静态暗箱-气相色谱法对土壤呼吸速率进行了观测。研究结果表明,小叶章草甸与毛果苔草沼泽土壤呼吸速率的季节变化形式相同,为单峰型,在夏季出现排放峰值,而冬季呼吸速率最低。沼泽湿地垦殖为旱田后,土壤呼吸速率的季节变化形式未发生变化,但垦殖为水田后,土壤呼吸速率排放峰值的时间延后在秋季出现。毛果苔草沼泽、小叶章草甸、旱田及水田通过土壤呼吸释放的碳量分别为(3.1±0.4)、(4.8±0.7)、(2.8±0.4)、(2.2±0.3)tC.hm-2.a-1。毛果苔草沼泽土壤呼吸速率低于小叶章草甸是由沼泽湿地的积水环境差异造成的,而沼泽湿地垦殖为农田后土壤呼吸作用减弱,主要是由于垦殖后土壤有机碳含量大幅降低所致。相关分析表明,温度和土壤湿度(或积水深度)是影响土壤呼吸速率的重要因素,温度与小叶章草甸、毛果苔草沼泽以及旱田土壤呼吸速率呈显著指数关系,Q10值分别为2.1、2.5和1.8,沼泽湿地垦殖为旱田后温度敏感性指数降低,主要是由于土壤微生物营养源减少从而对微生物营养供应受限造成的。小叶章草甸、毛果苔草沼泽、旱田以及水田土壤呼吸速率与土壤湿度/积水深度之间的关系可用线性或二次曲线方程来描述。     

大气CO2浓度升高对稻田土壤氮素的影响

利用中国稻/麦轮作FACE(Free-Air Carbon=Dioxide Enrichment)试验平台,研究大气CO₂浓度升高200 μmol·mol^-1(周围大气中CO₂浓度约370 μmol·mol^-1)对稻季各生育期不同深度土壤溶液NH₄⁺-N和NO₃^--N浓度的影响.结果表明：高CO2浓度条件下耕层土壤溶液NH₄⁺-N浓度在水稻生育前期有所增加,但在生育后期明显下降;大气CO₂浓度升高增加了稻季5、15、30、60和90 cm处土壤溶液NO₃^--N浓度,分别比对照平均提高了46.5%、36.8%、23.3%、103.7%和42.7%,在60和90 cm处差异分别达到统计上的极显著和显著水平.     

流域尺度土地利用与土壤类型空间分布的相关性研究

随着人类活动日益加强,土地利用变化及其驱动力研究已经成为国际地理学界研究的热点。但目前更多的工作侧重于研究人为因子,如人口增长、政策变化等因子对土地利用变化的影响,其实土地利用在宏观尺度上的变化一定程度上取决于自然环境背景,因此研究土地利用变化的自然环境背景特征对于进一步探讨土地利用变化的自然驱动力具有重要意义。土壤类型的空间分布在一定程度将影响土地利用的空间分布格局和变化过程。本文利用遥感、地理信息系统,通过选取景观格局指标,以于桥水库流域为例,研究了土地利用与土壤类型空间分布之间的相互关系。结果表明：(1)受人类活动干扰较弱的土地利用类型,如有林地、稀疏林地、灌木林地、其他林地和草地,主要分布在淋溶褐土、褐土性土以及棕壤地区;而与人类活动密切的土地利用类型,如山区旱耕地、丘陵区水田、丘陵区旱耕地和平原区旱耕地主要分布在淋溶褐土、褐土性土和潮土地区;(2)同类地区土地利用的多样性指数要比土壤的低。并且土地利用和土壤类型多样性均表现出明显的地形梯度效应,从中低山区、低山丘陵区、丘陵平原区到山间盆地区,土壤多样性指数从小到大有规律地变化。而土地利用类型多样性变化较为复杂,反映出人类活动对土地利用格局的影响较强,而对土壤类型的影响相对较小;(3)随着平均斑块面积的增加,流域多样性指数将呈下降趋势。土地利用多样性指数与流域总面积之间的相关性较差,但土壤多样性指数与流域总面积表现出的相关性较好;(4)土地利用类型与土壤类型之间,平均斑块面积上没有明显的相关关系,但在多样性指数之间存在着较好的相关性。土壤类型丰富多样的地区,土地利用的多样性指数也相对较高。     

民勤连古城自然保护区群落结构和物种多样性特征分析

通过物种多样性指数、林地承载力以及土壤水分等指标对民勤连古城自然保护区荒漠群落的结构和物种多样性以及影响因子进行了研究。结果表明:(1)群落的优势层片为灌木层,其物种组成和结构比较稳定,受环境变化的影响较小,而草本层为不稳定层片;(2)荒漠群落的物种多样性指数均偏低,生态优势度较高,群落的生态功能主要由优势种群或建群种群实施,在无外界干扰情况下,优势种群或建群种群的稳定性可以揭示群落的稳定性;(3)土壤水分是影响群落结构的主导因子,而降水是土壤水分的主要来源,对群落结构具有显著影响。土壤异质性对群落结构同样具有显著影响,是第二主导因子,其物种多样性指数为黏性土壤>灰棕荒漠土>风沙土;(4)群落物种多样性与其林地承载力无一定规律的相关性,灌木层片中,二者呈对数相关(y=64.787ln(x) 214.04,R2=0.829,P<0.01),能够比较科学地揭示物种多样性与林地承载力之间的关系,而草本层中二者呈幂指数相关(y=0.3198e6.1654x,R2=0.6999,P<0.01),反映了林地承载力受环境因子变化的影响。     

全球变化背景下内蒙古草原土壤微生物多样性维持机制研究进展

全球变化对人类环境的影响是近几十年世界广泛关注的热点之一。内蒙古草原不仅是我国重要的牲畜和饲料生产基地, 而且有着不可替代的生态系统功能。土壤微生物是地球上多样性最高的生物类群, 在驱动碳氮循环等多种生态系统过程中发挥着至关重要的作用。由于研究技术的限制和群落结构复杂等原因, 土壤微生物生态学研究还处于描述性阶段, 理论研究还很缺乏。鉴于此, 利用分子生物学技术尤其是新一代测序技术, 从理论层面上系统地研究全球变化背景下我国北方草地微生物多样性的维持机制具有重要意义。本文在比较各种环境变化对土壤微生物群落的相对影响的基础上, 分析全球变化对微生物多样性影响的物理化学和生态学机制, 并对未来内蒙古草原微生物多样性的重点研究领域进行了展望, 包括: (1)加强全球变化多因素综合研究; (2)加强微生物多样性维持的生态学机制的研究; (3)加强地上与地下多样性关联机制的研究; (4)加强全球大尺度多生态系统的整合研究。     

青海省大果圆柏群落物种多样性与土壤因子的关系

大果圆柏(Juniperus tibetica)群落是三江源地区主要森林群落之一,在保障中国水生态安全、保育生物多样性和延缓气候变化等方面发挥着重要作用。该研究以青海省果洛州班玛县大果圆柏天然群落为对象,通过野外调查和室内分析,以明确群落的物种组成,以及物种多样性与土壤因子的关系,为大果圆柏群落物种多样性保护和资源植物开发利用提供参考。结果表明：(1)大果圆柏群落内共有植物169种,隶属36科101属,其中菊科(Compositae)、蔷薇科(Rosaceae)和毛茛科(Ranunculaceae)植物物种最多,分别占总物种的14.20%、13.61%和9.47%。(2)大果圆柏群落的灌、草层物种多样性特征差异显著,草本层的丰富度(2.90)、多样性(2.35)和优势度指数(0.80)均高于灌木层丰富度(1.03)、多样性(1.45)和优势度指数(0.70),而均匀度指数(0.79)低于灌木层(0.89)。(3)0~60 cm土层林地土壤有机质、全氮、全磷含量及pH均值分别为(87.54±20.32) g·kg^-1、(4.68±1.36) g·kg^-1、(0.83±0.18) g·kg^-1和6.73±0.51。(4)灌木层Margalef指数、Shannon Wiener指数与土壤有机质含量呈极显著正相关关系(P<0.01);草本层Margalef指数、Shannon Wiener指数与土壤全钾含量呈显著负相关关系(P<0.05),与土壤pH呈显著正相关关系(P<0.05)。研究认为,青海省大果圆柏林地土壤有机质、全钾含量和pH是影响群落物种多样性的主导因子。     

都江堰地区三种壳斗科植物的种子库及其影响因素研究

于2000年9月～12月,在都江堰地区对原生林和次生林中3种优势壳斗科(Fagaceae)植物的种子雨和土壤种子库进行了研究,并提出基于种子雨和土壤种子库测定的种子虫蛀率、种子存活率、脊椎动物捕食率和种子发霉率的估计方法.结果表明①种子雨持续时间较长,3种壳斗科植物种子雨的高峰期在原生林和次生林中略有差异;②3种壳斗科植物的种子产量很低,种子雨散落的平均密度不大.在原生林,栓皮栎(Quercu.svariabilis)、抱树(Q serrata)和栲树(Castanopsis fargesu)种子下落的平均密度分别为2 3±3.85个/n2,6.5±17.43个/m2和1.9±5.21个/m2;而在次生林则分别为2.4±3 47个/m2,6.5±13.55个/m2和0 3±1.35个/m2;③土壤种子库中,栓皮栎在原生林中没有存留完好的种子,而在次生林的落叶层中存留有少量完好的种子(0 15±0.37个/m2); 树在原生林和次生林中都存留有少量完好的种子(分别为0.20±0.70个/m2和0.10±0.31个/m2)和少量萌发种子(分别为0.50±1.82个/m2和0.20±0 89个/m2);但在土壤中未发现有栲树的种子.绝大部分的种子存留在落叶层,而存留在0～2 cm和2～10 cm土层中的种子极少;④定量测定了发霉、虫蛀和脊椎动物捕食对2种壳斗科植物种子命运的影响,发现脊椎动物捕食是影响种子库的主要因子;虫蛀率虽增加种子的发霉率,但同时也减少脊椎动物捕食率;种子较大的栓皮栎种子的存活率低于种子较小的树种子的存活率.     

C3植物稳定碳同位素组成与盐分的关系

植物在盐生环境中δ13C值的改变可能包含两个成分:一个是盐分对CO2的扩散、传递或光合速率的影响而引起的δ13C值的改变;另一个是光合途径的转换引起的δ13C值的变化,δ13C值的大小与诱导发生CAM或C4代谢的程度有关.植物组织的δ13C值随盐度的变化趋势除了与植物本身固有的耐盐性有关以外,盐度和胁迫时间是影响植物δ13C的重要因素.根据盐生条件下同位素分馏特点可知,盐生植物与非盐生植物的δ13C随盐度的变化趋势有所不同.对非盐生植物而言,在低盐度和短期的盐处理下,随盐度的增加和胁迫时间的延长植物的δ13C值增大,这个阶段限制光合作用的主要因素是气孔导度;但是如果盐度过低,δ13C变化很小,则难以表现出应有的相关性;随着胁迫的加强,当限制光合作用的非气孔因素成为主导因素时,由于光合作用受到强烈抑制(光合结构遭到破坏),δ13C将随之降低.对盐生植物而言,其δ13C与最适盐度有关.最适盐度下,植物的δ13C低于其它盐度条件下的δ13C值.盐生条件下,有些C3植物可能发生光合途径的转换,无论诱导发生的是C4代谢还是CAM代谢,δ13C值均趋于增大.但是,一般情况下,盐处理诱导的光合途径的改变对植物组织整体的δ13C的影响很小.在密闭环境中或郁闭林地,植物和土壤呼吸释放的CO2再次参与光合作用,也会改变植物的δ13C值.为了更加全面地考察植物δ13C与盐度的关系,需要设置较大的盐度范围和进行长期的胁迫处理,才能够获得相对充分的数据,才有利于全面分析植物δ13C值与耐盐性的关系.     

利用土壤宏基因组技术定向筛选抗生素产生菌的方法学建立

为了快速从土壤中定向筛选抗生素产生菌, 本研究利用宏基因组技术进行了土壤中抗生素产生菌快速筛选方法的探索。对6 种不同土质的土壤利用液氮冷冻法提取土壤基因组DNA 并用PVPP柱层析法进行纯化, 每克湿土可得到32.25?61.25 μg DNA, 片段大小为23 kb左右, 说明宏基因组DNA样品完整, 16S rDNA的 PCR结果证明了该基因组DNA纯度可用于后期的分子操作。利用Herbimycin产生菌掺入法进行了抗生素产生菌筛选方法学的验证。结果证明, 每克湿土掺入103个Herbimycin产生菌时, 利用Herbimycin合成基因簇的特定引物即可从所提取的土壤基因组DNA中扩增出目标条带, 并且可以利用传统菌种分离方法从土壤中重新分离出来被掺入到土壤的Herbimycin产生菌。这些结果证明本研究建立的定向抗生素产生菌筛选方法, 具有快捷、灵敏的特点, 大大减少传统筛选方法的工作强度和时间, 为微生物新药的研发建立一种全新的研究方法。     

投加酞酸酯的构建湿地基质微生物活性的研究

在复合垂直流构建湿地系统的源水中连续投加酞酸酯达一年之久,并对该系统基质中的微生物数量、酶活性(脲酶、磷酸酶、脱氢酶)以及呼吸作用强度等各项指标进行了测定。结果表明下行流池微生物活性明显高于上行流池;实验系统中酞酸酯对微生物的生长没有表现出抑制作用,相反促进真菌类微生物的生长,其中真菌数量是对照系统的4．6—5．5倍;实验系统中酶活与呼吸作用强度也比对照系统高出1．0—5．9倍;分别投加长链和短链酞酸酯的实验系统之间微生物数量差别不显。从湿地生物膜的研究结果来看,生物膜量为1—6mg／g,生物膜的酶活性在基质酶活中所占比重很大,达到70％以上,生物膜的脱氢酶甚至比基质酶活高出10倍以上,说明生物膜是湿地基质微生物的主要活性部分。