微生物介导的碳氮循环过程对全球气候变化的响应

土壤是地球表层最为重要的碳库也是温室气体的源或汇。自工业革命以来,对土壤温室气体的容量、收支平衡和通量等已有较多研究和估算,但对关键过程及其源/汇的研究却十分有限。微生物是土壤碳氮转化的主要驱动者, 在生态系统碳氮循环过程中扮演重要的角色,对全球气候变化有着响应的响应、适应及反馈,然而其个体数量,群落结构和多样性如何与气候扰动相互关联、进而怎样影响生态系统过程的问题仍有待进一步探索。从微生物介导的碳氮循环过程入手,重点讨论微生物对气候变化包括温室气体(CO₂,CH₄,N₂O)增加、全球变暖、大气氮沉降等的响应和反馈,并由此提出削减温室气体排放的可能途径和今后发展的方向。     

模拟氮沉降对马尾松土壤微生物群落结构及温室气体释放的影响

以2年生马尾松(Pinus massoniana)盆栽苗土壤为对象,通过施氮肥模拟氮沉降对土壤理化性质、微生物群落结构及温室气体释放的影响,探明氮沉降对森林土壤温室气体释放的驱动机制。结果表明,模拟氮沉降处理显著提高了土壤速效氮含量和苗木根系氮含量;土壤微生物碳(SMBC)含量比对照显著下降78%,而土壤微生物氮(SMBN)则提高2.6倍。模拟氮沉降处理显著降低土壤中微生物群落总含量。施氮肥对马尾松土壤N_2O和CO_2的释放速率均有显著影响,增施氮肥不仅显著提高了土壤N_2O的释放速率,而且CO_2释放速率短期内也显著提高,但伴随微生物群落的下降,施肥后期CO_2释放速率表现下降趋势。相关分析表明,土壤CO_2和N_2O释放与土壤pH值、土壤温度、土壤湿度、土壤速效氮含量及SMBC、SMBN相关;逐步回归分析表明,土壤硝态氮含量的变化是驱动土壤温室气体释放的主导因子。3株种植单位土壤体积内根系生物量较高,增加了土壤水分的消耗速率和氮的吸收固定,因而减少N_2O的释放速率。以上研究阐明了氮沉降或过量施肥对土壤氮含量、土壤pH值、根系生物量及氮含量、土壤微生物群落结构等因子的影响,这些因子直接或间接影响土壤温室气体释放速率。氮沉降及施用氮肥是加快土壤温室气体(CO_2和N_2O)排放进程的重要因素。     

模拟盐度脉冲耦合潮汐过程对闽江河口湿地土壤含碳温室气体排放的影响

为了探究台风风暴潮导致的盐度脉冲、潮汐涨落以及两者的耦合作用对河口湿地土壤二氧化碳（CO₂）与甲烷（CH₄）排放产生的影响,选取闽江河口道庆洲短叶茳芏湿地土壤为研究对象,通过室内模拟实验,研究不同潮汐过程情景下由于盐度和潮水涨落变化,河口湿地CO₂与CH₄排放特征并分析其主要影响因子。研究结果表明：（1）潮汐淹水显著抑制CO₂排放,但促进CH₄排放（P<0.05）。盐度增加（0-8‰）促进了土壤CO₂排放（P>0.05）;0-2‰盐度促进土壤CH₄排放（P>0.05）,2‰-8‰盐度抑制土壤CH₄排放（P<0.05）。（2）盐度脉冲耦合潮汐过程显著抑制了CH₄排放（P<0.05）,且一定程度上抑制了CO₂排放（P>0.05）。（3） CO₂排放与孔隙水中的氨态氮（NH₄⁺-N）呈极显著正相关（P<0.01）,与硝态氮（NO₃^--N）、可溶性有机碳（DOC）和土壤pH呈显著负相关（P<0.05）。盐度脉冲耦合潮汐过程对CO₂与CH₄排放的影响是一个正负消长的博弈过程,在0-8‰的盐度内,潮汐淹水对CO₂排放的影响更大,而盐度在CH₄排放中起主导作用。相较于盐度,潮汐淹水是影响闽江河口湿地含碳温室气体全球增温潜势的主导因素。     

基于文献计量的冻土微生物研究态势分析

【背景】全球气候变暖导致的冻土融化加速了微生物对土壤有机碳的降解,产生的温室气体在一定程度上加剧了温室效应,对全球气候变化形成正反馈作用。【目的】本文针对国内外冻土微生物研究的热点和发展趋势进行分析比较,旨在归纳、总结并为今后该领域的研究和发展提供参考和依据。【方法】利用Web of Science核心合集数据库和CNKI数据库检索,运用BIBExcel软件生成高频关键词的共词矩阵,使用UCINET和NetDraw软件完成高频词的网络可视化图谱,并通过SPSS软件实现高频词的聚类分析。【结果】共检索到与冻土微生物相关的国内外文献839篇,其中国外文献713篇、中文文献126篇,国外的发文量和增长率显著高于国内。从高频关键词和共现网络视图上看,国外偏重气候变化、温室气体及微生物群落变化之间的作用关系研究,而国内更偏向于冻土微生物多样性的研究。聚类分析表明,国外研究主要以微生物对有机碳的降解作用及对冻土区乃至全球的影响为主,此外还涉及以冻土微生物为研究对象的火星生命的探究。国内研究主要以冻土微生物多样性、甲烷排放和微生物对污染的降解作用为重点。【结论】国内外对于冻土微生物的研究态势存在异同...     

南国奇葩——华南植物园高山／极地温室

华南植物园地处花城广州的东北隅,是我国历史最悠久、收集物种最多、面积最大的南亚热带植物园,园内风光迤逦、四季常绿、热带风情浓郁,被誉为永不落幕的“万国奇树博览会”,有“中国南方绿宝石”之美誉。从高空俯瞰,园中的湖畔静谧地盛开着四朵巨大的“木棉花”,     

我国设施农业碳排放核算及碳减排路径

设施农业作为典型的农业生产管理模式,其特有的生产环境条件和高度集约利用的特点,会对农业碳循环产生影响。本研究以设施农业生产管理过程中的农膜投入、能源消耗、农药化肥投入、气肥施用、设施土壤五大温室气体排放源为核算对象,对2018年我国31个省份连栋温室、日光温室、塑料大棚3种设施农业的碳排放量和排放强度进行估算。结果表明:我国设施农业碳排放总量为21038.17万t CO₂e,塑料大棚、日光温室、连栋温室3种类型设施农业碳排放量分别占60.2%、37.4%和2.4%。设施农业碳排放以土壤温室气体排放、农膜投入和农用品投入碳排放为主。连栋温室单位面积碳排放量显著低于日光温室和塑料大棚。科技资金配置率和设施农业规模是对设施农业碳排放影响最大的两个因素。基于此,本研究从提高设施农业的科技投入、物质消耗利用率、设施面积利用率3个角度提出碳减排路径。     

蔬菜粉虱的系统调查与监测技术

由于烟粉虱Bemisia tabaci、温室白粉虱Trialeurodes vaporariorum等粉虱害虫在我国猖獗为害,我国已从种群动态监测到害虫综合治理开展了一系列研究。为了有一套统一、规范的标准,我们制定了保护地蔬菜与露地蔬菜生产上粉虱害虫的系统调查与监测技术规程,包括调查与监测的目的、样本大棚或田块的选择,粉虱各虫态发生数量的调查、监测与统计方法等,并根据保护地蔬菜与露地蔬菜的生长特点,提出了相应的粉虱害虫预测预报、防治阈值、防治对策及防控时间等技术措施。     

温室粉虱和烟粉虱3个隐种中热激蛋白基因hsp70和hsp90含量的比较分析

【目的】昆虫适应新环境的能力与其对温度的耐受能力密切相关。热激蛋白HSP70和HSP90具有提高生物体温度耐受性的功能。烟粉虱Bemisia tabaci (Gennadius)不同隐种和不同种粉虱对温度的适应能力有差异,这与它们的热激蛋白基因拷贝数的差异可能相关。【方法】利用实时荧光定量PCR方法,检测入侵型烟粉虱MED隐种和MEAM1隐种、本地型烟粉虱AsiaⅡ1隐种以及温室粉虱Trialeurodes vaporariorum (Westwood)基因组DNA中热激蛋白基因hsp70和hsp90的拷贝数。【结果】不同种类的粉虱和烟粉虱不同隐种体内的hsp70和hsp90的含量均有较大差异,其中hsp70和hsp90拷贝数在入侵型烟粉虱MED和MEAM1隐种中含量较其他两种均高,而在土著种AsiaⅡ1隐种中含量最低,在温室粉虱中居中。此外,相同物种雌雄成虫hsp70和hsp90的拷贝数也不同,雌虫hsp70和hsp90拷贝数约为雄虫的2倍。【结论】不同种粉虱及烟粉虱不同隐种的hsp70和hsp90的拷贝数可能与其耐热性差异相关。本研究为解释不同种粉虱、烟粉虱不同隐种及其不同性别的耐热性差异机制提供了进一步的依据。     

垃圾填埋场N2O排放通量及测定方法研究进展

氧化亚氮(N₂O)是第三大温室气体和最主要的臭氧层破坏气体.填埋是目前城市生活垃圾处理处置的主要方式,而垃圾填埋场是N₂O的排放源之一.实验室研究和现场测定均表明,生活垃圾填埋场可以有高的N₂O释放通量,但不同填埋场测定数据差异很大.目前,对生活垃圾填埋场N₂O排放量的原位准确测定以及排放机理和重要性的认识仍有很多不足.本文概述了生活垃圾填埋场N₂O排放研究现状,从垃圾堆体和覆土层两部分探讨了传统厌氧卫生填埋场的N₂O产生和排放机理,并就此对新型脱氮型生物反应器填埋场做了相应探讨.最后,就静态箱法、涡度相关法等N₂O通量测定方法在填埋场的适用性进行了讨论,并展望了填埋场N₂O排放的研究方向.     

雪被和土壤水分对典型半干旱草原土壤冻融过程中CO_2和N_2O排放的影响

土壤冻融期间的温室气体排放量会显著增加,并在全年总排放量中占有重要的份额。但目前开展的土壤冻融循环模拟实验大多是在土壤冻结之前调节土壤水分含量,而忽视了雪被在整个土壤冻融过程中的作用,因此导致室内模拟研究的结果与野外原位观测的结果差异较大。为探索开展室内模拟土壤冻融实验的优化方案,采用人工浇水和覆雪两种方式调节土壤水分含量,研究了雪被和土壤水分对内蒙古典型半干旱草原土壤冻融过程中CO2和N2O排放的影响。结果表明,浇水和覆雪两种处理对冻融循环过程中土壤CO2排放影响的差异不显著,CO2排放量在消融期都会明显增加并随着冻融循环次数的增加而逐渐减小。当土壤孔隙含水率达50%左右时,浇水处理中的N2O排放量在第1次土壤冻融循环中最高并随冻融循环次数增加而降低,但在覆雪处理中,N2O在第1次冻融循环中的排放较小,而在后两次冻融循环中的排放量更为显著。造成两种处理N2O排放规律出现显著不同的原因可能是土壤剖面水分动态变化过程和微生物性状等方面的差异。土壤冻融过程中CO2和N2O排放量随土壤含水量升高而增加,但N2O在土壤含水量较低时排放不明显,这表明可能只有当土壤含水量达到一定阈值时,冻融作用才会对N2O的排放产生显著影响。这些结果显示,雪被和土壤水分显著影响土壤冻融过程中的CO2和N2O排放,室内模拟土壤冻融实验应进一步优化。