涌泉根灌下水氮耦合对陕北山地苹果光合特性、产量和水氮利用的影响

以陕北山地7年生‘寒富’苹果树为试验材料,设置3个灌水水平[高水(W₁,85%～100%θ_f,θ_f为田间持水量)、中水(W₂,70%～85%θ_f)、低水(W₃,55%～70%θ_f)]和3个施氮水平[高氮(N₁,600 kg·hm^-2)、中氮(N₂,400 kg·hm^-2)、低氮(N₃,200 kg·hm^-2)],研究涌泉根灌条件下水氮耦合对山地苹果树光合特性、产量和水氮利用的影响。结果表明: 相同灌水条件下,随着施氮量的减少,苹果树叶片的净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(g_s)和瞬时水分利用效率(WUE_i)降低,但胞间CO₂浓度(C_i)增加;相同施氮条件下,随着灌水量的减少,叶片P_n、T_r、g_s和WUE_i降低,而C_i增加。W₁N₁处理的P_n、T_r日均值最大,但与W₁N₁处理相比,W₂N₂处理的WUE_i最大。苹果产量、灌溉水利用效率(IWUE)和氮肥偏生产力(NPFP)受灌水和施氮量的显著影响,W₂N₂处理的产量最高(26761 kg·hm^-2),减小灌水量和增大施氮量使IWUE显著提高,而增大灌水量和降低施氮量使NPFP显著增加。回归分析表明,产量和IWUE同时获得最优解时,灌水量和施氮量组合最接近W₂N₂处理。因此,W₂N₂处理为涌泉根灌条件下陕北山地苹果最佳的水氮组合模式。     

限水减氮对关中平原冬小麦氮素利用和氮素表观平衡的影响

研究限水减氮对冬小麦产量、氮素利用率和氮素表观平衡的影响,探讨限水减氮管理模式在关中平原冬小麦生产中的可行性,可为实现关中平原灌区冬小麦生产的稳产高效和环境友好发展提供科学依据。本研究于2017—2018和2018—2019年连续2年在陕西杨凌地区进行小麦田间裂区试验,灌水量为主处理,设置两个灌溉水平,1200 m³·hm^-2(常规灌溉,在越冬期和拔节期灌溉, W₂)和600 m³·hm^-2(限水灌溉,仅在越冬期灌溉, W₁);施氮量为副处理,设置4个施氮水平,300 kg·hm^-2(关中地区常规施氮量,N₃₀₀)、225 kg·hm^-2(减量施氮25%,N₂₂₅)、150 kg·hm^-2(减量施氮50%,N₁₅₀)和0 kg·hm^-2(不施氮,N₀),分析冬小麦产量、氮素利用效率、收获后土壤硝态氮积累量和氮素表观平衡。结果表明: 限水减氮能显著增加冬小麦植株和籽粒氮素含量,提升产量和氮素携出量,提高氮素利用效率、氮素收获指数、氮肥表观利用率和氮肥农学效率,减少硝态氮的淋失,降低氮素盈余量,维持氮素平衡。2017—2019年在W₁N₁₅₀处理基础上增加了灌溉量和施氮量,冬小麦产量和氮素携出量不会显著增加。2017—2018年和2018—2019年,与W₂N₃₀₀相比,W₁N₁₅₀同时期植株氮素含量分别提高0.1%～25.5%和14.0%～31.6%,籽粒氮素含量分别提高0.1%和4.6%。氮素利用效率、氮素收获指数、氮肥表观利用率和氮肥农学效率平均提高95.3%、4.2%、81.7%和33.0%,氮素盈余量分别减少97.2%和95.1%,有效减少了土壤硝态氮的淋失。综合各项指标,越冬期灌溉600 m³·hm^-2配合施氮量150 kg·hm^-2的限水减氮组合能够保证关中平原冬小麦高产、高效和环境友好发展。     

黄山松土壤可溶性有机质对氮添加的响应及其与细菌群落的关联

为探究黄山松土壤可溶性有机质(DOM)数量和质量对短期氮(N)添加的响应及其与细菌群落的关联,在福建戴云山自然保护区设置不同N添加水平(0、40和80 kg N·hm^-2·a^-1)试验,采用三维荧光与平行因子联用法,并结合高通量测序手段分别对土壤DOM和细菌群落进行分析。结果表明: 与对照相比,N添加整体降低了0～10和10～20 cm土层可溶性有机碳(DOC)含量和DOM腐殖化指数(HIX),其中,高氮(80 kg N·hm^-2·a^-1)添加下均显著降低。平行因子分析法进一步表明N添加下DOM中类腐殖质组分(C1、C2)的相对含量降低。此外,N添加减少了富营养细菌(变形菌门、酸微菌纲)的相对丰度,而增加了贫营养细菌(斯巴达杆菌纲)的相对丰度。富营养细菌的相对丰度与HIX、C1、C2呈显著正相关,与相对易分解的类富里酸组分(C3)呈显著负相关;而贫营养细菌的情况则相反。说明N添加下不同生活策略的细菌类群对DOM中难分解和易分解组分存在明显的偏好性。我们推测N沉降加剧背景下土壤微生物生活策略的转变可能有助于DOM组分的塑造。     

尕海湿地退化演替过程中土壤有机氮组分的变化特征

为探究尕海湿地退化演替过程中土壤有机氮各组分变化规律,采用野外采样与室内分析相结合的方法,研究尕海湿地未退化(UD)、轻度退化(LD)、中度退化(MD)和重度退化(HD)4个退化演替阶段的土壤总氮(TN)和有机氮组分[未知态氮(HUN)、酸解氨态氮(AMN)、酸解氨基酸态氮(AAN)以及氨基糖态氮(ASN)]含量及其分布特征。结果表明: 当尕海湿地退化演替到LD时,0～10 cm层土壤TN、HUN、AMN和AAN含量分别降低17.3%、19.4%、8.6%和-5.6%,MD时分别降低28.0%、19.4%和17.1%和0,HD时分别降低35.8%、28.8%、28.6%和55.6%;10～20 cm层,LD时上述氮素含量分别降低4.0%、10.3%、2.9%和9.1%;MD时分别降低21.0%、18.3%、-2.9%和-9.1%;HD时分别降低9.9%、38.9%、21.2%和51.4%;而20～40 cm无显著变化;4个退化阶段各酸解氮组分占TN比例大小顺序为HUN(25.9%～32.5%)> AMN(6.7%～11.1%)> AAN(4.8%～11.1%)> ASN(1.2%～4.4%)。冗余分析显示,土壤含水量是土壤有机氮组分变化的主要驱动因子。尕海湿地退化显著降低了0～10 cm层土壤TN及酸解氮各组分含量,减弱了土壤氮“汇”功能,AAN和ASN对湿地退化最为敏感。     

海拔对青海湖流域群落水平植物功能性状的影响

海拔变化会引起气压、温度、降水、土壤湿度和风速等环境因子发生急剧变化, 植物功能性状-海拔的相互关系对于预测全球变化背景下山地植物的适应方式具有重要意义。该研究在青海湖流域海拔3 400-4 200 m范围内布设了5个样地(海拔间隔约200 m), 通过植物群落调查, 测定植物功能性状和土壤理化性质, 结合气象数据, 探讨了海拔对青海湖流域群落水平植物功能性状的影响。结果如下: (1)群落加权平均植株高度(H)、叶片干物质含量(LDMC)、叶片碳氮比(C:N)和叶片氮磷比(N:P)随海拔升高显著降低, 比根表面积(SRA)随海拔升高波动下降, 比叶面积(SLA)、叶片氮含量(LNC)和叶片磷含量(LPC)随海拔升高显著升高, 叶片碳含量(LCC)、比根长(SRL)和根组织密度(RTD)随海拔未发生显著变化。(2)所有性状的变异来源以物种组成变化为主, N:P和LPC的种内性状变异与物种组成变化呈现正的协变效应, 其余性状为负的协变效应。(3)降水和0- 10 cm土层土壤养分含量对SLA变化的解释率较高, 温度和10-20 cm土层土壤养分含量对其余性状随海拔变化的解释率较高。以上结果表明青海湖流域植物群落主要通过物种更替来适应随海拔升高而剧烈变化的环境, 且各群落中的非优势种倾向于占据与优势种相反的性状空间来提高资源利用率, 随海拔变化的热量和深层土壤养分含量是群落水平植物功能性状变化的主要影响因子。     

土壤氮磷添加下豆科草本植物生物固氮与磷获取策略的权衡机制

豆科草本植物固氮是陆地生态系统重要的自然氮输入方式, 影响着草地生产的经济性和可持续性。为探讨氮磷交互作用影响豆科草本植物生物固氮率的潜在生理生态机制, 该研究选取8种豆科草本植物分别种植在对照、氮肥添加、磷肥添加和氮磷耦合添加处理的土壤中, 进行野外盆栽实验。测定了初花期植物生物量和营养含量、根部碳水化合物含量、根际pH、根际柠檬酸含量、根际有效磷含量、植物根瘤生物量、磷含量及其生物固氮率。主要结果: 依赖于豆科物种, 氮添加显著促进了豆科草本植物根际磷的活化, 降低了根生物量分配以及根系非结构性碳水化合物含量。在两种磷添加处理下, 氮添加导致8种豆科草本植物根瘤生物量平均下降27%-36%, 生物固氮率平均下降20%-33%。磷添加降低了根际的磷活化, 但促进了豆科草本植物根系发育和非结构性碳水化合物的积累。在施氮和不施氮条件下, 磷添加分别使8种豆科草本植物的生物固氮率提高了45%-69%和0-47%。氮添加降低豆科草本植物生物固氮率, 其原因是氮添加提高了植物磷需求, 为活化更多磷, 豆科草本植物降低根系生物量和根系非结构性碳水化合物的含量, 导致根瘤发育受到限制。在氮添加的同时进行磷添加, 能够改善土壤氮磷平衡, 促进根系生长和非结构性碳水化合物积累, 缓解了增氮对生物固氮的抑制作用。     

草地土壤有机质不同组分氮库对长期氮添加的响应

土壤氮库对生态系统的养分循环至关重要。目前多数研究主要关注氮沉降对土壤总氮的影响, 而对土壤不同有机质组分的氮库对氮沉降响应的研究较为缺乏。该研究基于内蒙古典型草地的长期多水平施氮(0、8、32、64 g·m^-2·a^-1)实验平台, 利用土壤密度分级方法, 探究氮添加处理13年后典型草地中两种土壤有机质组分(颗粒态有机质(POM), 矿质结合态有机质(MAOM))氮含量的变化及调控机制。结果显示: 土壤总碳含量、POM和MAOM的碳含量在施氮处理间均没有显著差异。土壤总氮含量则随着施氮水平增加呈显著增加的趋势, 同时施氮处理下POM的氮含量显著上升, 而MAOM的氮含量没有变化。进一步分析发现, 施氮促进植物地上生物量积累, 增加了凋落物量及其氮含量, 从而导致POM的氮含量增加。由于MAOM主要通过黏土矿物等吸附土壤中小分子有机质形成, 其氮含量受土壤中黏粒与粉粒含量影响, 而与氮添加水平无显著相关关系。该研究结果表明长期氮添加促进土壤氮库积累, 但增加的氮主要分布在稳定性较低的POM中, 受干扰后容易从生态系统中流失。为了更准确地评估和预测氮沉降对陆地生态系统的氮循环过程的影响, 应考虑土壤中不同有机质组分的差异响应。     

非结构性碳水化合物与氮分配对美洲黑杨和青杨耐盐能力的影响

土壤盐渍化是阻碍林业发展的重要原因, 杨树(Populus spp.)是中国主要的人工林树种, 探究盐胁迫下植物的碳氮代谢特征与抗盐胁迫能力, 将有助于杨树人工林的可持续发展。该研究利用美洲黑杨(P. deltoides)和青杨(P. cathayana)两个物种, 采用去叶与不去叶处理, 在盐胁迫下研究两种杨树的抗逆性差异。研究发现, 盐胁迫下美洲黑杨的总生物量和光合能力均显著高于青杨。盐胁迫与去叶处理导致美洲黑杨叶绿素浓度和光系统II最大光量子效率显著高于青杨, 表明去叶对美洲黑杨影响较小, 但是加重了盐对青杨的毒害作用。美洲黑杨茎叶Na⁺浓度显著低于青杨, 表明美洲黑杨能够有效地限制Na⁺向地上部分运输。在盐胁迫条件下, 美洲黑杨茎和根比青杨能够维持更高浓度的淀粉、可溶性糖以及蔗糖, 前者较高的腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶活性促进了光合产物向淀粉转换, 保证植物有充足的非结构性碳水化合物来参与渗透调节和维持其他生命活动, 而去叶使得青杨非结构性碳水化合物严重不足, 受盐胁迫影响更严重。盐胁迫下, 青杨分布在脂溶性蛋白(膜系统相关蛋白质)的氮浓度显著下降, 而NH₄⁺、谷氨酸脱氢酶活性与脯氨酸浓度显著升高。研究结果证明, 非结构性碳水化合物的积累、转化和分配是植物抗逆性的重要特征。     

模拟氮沉降对长白山苔原灌草混合群落中植物光合特性的影响

由于草本植物持续上侵长白山灌木苔原,形成了强烈的灌草群落种间竞争。本研究以牛皮杜鹃-小叶章群落（Comm.Rhododendron aureum-Deyeuxia purpurea）为对象,根据小叶章的入侵程度设置4种盖度差异显著的样方（无、轻度、中度、重度入侵）,并设3个施氮水平（自然状态、添加11.8 kgN·hm^-2·a^-1及添加23.6 kgN·hm^-2·a^-1）,进行原位氮沉降模拟实验,监测灌木牛皮杜鹃和草本植物小叶章光合特性的差异和变化趋势,研究小叶章入侵苔原带的内在生理机制。结果显示：（1）小叶章净光合速率大于牛皮杜鹃,小叶章盖度越高、其叶绿素含量越高,而牛皮杜鹃叶绿素含量降低,随着小叶章入侵程度的增加,其净光合速率增强;（2）施氮可以提高牛皮杜鹃和小叶章的叶绿素含量和净光合速率,促进植物生长,但小叶章的增幅更大,从而增强了小叶章的竞争优势;（3）施氮和小叶章入侵具有复合作用,小叶章盖度越大,对其施氮导致小叶章净光合速率与叶绿素含量的增幅越大,而牛皮杜鹃的增幅减小。所以小叶章的成功入侵可能与其具有较高的净光合速率有关,并且施氮有利于提高小叶章的净光合速率,随着氮沉降的继续增加,更有利于小叶章的生长并提高其竞争力。     

烟粉虱内共生菌Rickettsia在植物体内的形态及动态变化

[目的]通过研究烟粉虱Bemisia tabaci取食传入植物体内的昆虫内共生菌种类,探明其在不同植物中的分布形态及时空动态.[方法]以B型烟粉虱、棉花、番茄、豇豆为实验材料,利用常规PCR检测烟粉虱取食后传入植物体内的共生菌种类;利用透射电镜(Transmission electron microscope,TEM)检测Rickettsia传入植物后的分布及形态;利用q-PCR技术检测豇豆叶片中Rickettsia含量的动态变化.[结果]B型烟粉虱体内含有原生共生菌P0rtiera、次生共生菌Ricfettsia,Hamiltonella和Hemipteriphilus,但只检测到Rickettsia可经烟粉虱传入棉花、番茄、豇豆植物体内,并可在植物体内存活、转移.在3种植物体内Rickettsia均分布于叶片韧皮部的筛管细胞中.烟粉虱、棉花、番茄组织内的Rickettsia形态基本一致,但豇豆中Rickettsia在形态上较小而钝圆.相同数量的烟粉虱取食,在豇豆体内最先检测到Rickettsia.随着烟粉虱取食时间的增加,豇豆体内的Rickettsia含量先增加后下降;而当无烟粉虱持续取食时,一定时间段内豇豆体内的Rickettsia先下降再小幅度上升,并可以在一定时间内保持不变.基于16S rDNA序列的系统发育分析表明,传入棉花、番茄、豇豆叶片中的Rickettsia与B型烟粉虱体内的Rickettsia高度同源.[结论]Rickettsia可经烟粉虱取食传入植物体内,分布并存活于韧皮部的筛管细胞中,并可在植物不同叶片之间转移;在不同植物宿主中,Rickettsia的形态会发生轻微变化;烟粉虱对Rickettsia的传播效率受到植物种类的影响.