A multiyear synthesis of soil respiration responses to elevated atmospheric CO2 from four forest FACE experiments

The rapidly rising concentration of atmospheric CO₂ has the potential to alter forest and global carbon cycles by altering important processes that occur in soil. Forest soils contain the largest and longest lived carbon pools in terrestrial ecosystems and are therefore extremely important to the land–atmosphere exchange of carbon and future climate. Soil respiration is a sensitive integrator of many soil processes that control carbon storage in soil, and is therefore a good metric of changes to soil carbon cycling. Here, we summarize soil respiration data from four forest free‐air carbon dioxide enrichment (FACE) experiments in developing and established forests that have been exposed to elevated atmospheric [CO₂] (168 μL L^?1 average enrichment) for 2–6 years. The sites have similar experimental design and use similar methodology (closed‐path infrared gas analyzers) to measure soil respiration, but differ in species composition of the respective forest communities. We found that elevated atmospheric [CO₂] stimulated soil respiration at all sites, and this response persisted for up to 6 years. Young developing stands experienced greater stimulation than did more established stands, increasing 39% and 16%, respectively, averaged over all years and communities. Further, at sites that had more than one community, we found that species composition of the dominant trees was a major controller of the absolute soil CO₂ efflux and the degree of stimulation from CO₂ enrichment. Interestingly, we found that the temperature sensitivity of bulk soil respiration appeared to be unaffected by elevated atmospheric CO₂. These findings suggest that stage of stand development and species composition should be explicitly accounted for when extrapolating results from elevated CO₂ experiments or modeling forest and global carbon cycles.     

基于模糊规则的人工神经网络模拟新疆杨蒸腾耗水

于2017年7—11月,应用热扩散探针(TDP)技术,结合同步测定的气象因子,对宁夏河东沙区新疆杨的耗水日变化特征及季节变化规律进行分析,提出了一种基于模糊规则的BP神经网络和Elman神经网络耗水模型,探究新疆杨蒸腾耗水规律并对其耗水量进行模拟。结果表明: 生长季内(7—10月)新疆杨平均液流密度为4.98 g·cm^-2·h^-1,影响蒸腾耗水的主要因素依次为太阳辐射、大气温度、饱和水汽压亏缺和相对湿度;受气象因子影响,新疆杨耗水具有明显的季节性变化规律,夏季(7—8月)单株耗水量为秋季(9—10月)的1.4倍;采用基于模糊规则的BP神经网络和Elman神经网络模型对新疆杨耗水进行模拟可以解释80%以上的变量,能够较准确地模拟新疆杨耗水情况,相对于BP神经网络,采用Elman神经网络对新疆杨耗水进行模拟,相对误差减少27.0%,均方根误差减少24.3%,纳什效率系数提高67.9%,决定系数达0.80以上。Elman神经网络的模拟效果优于BP神经网络,模型效率和拟合度更高,有效地提高了林木蒸腾耗水模拟精度,可作为河东沙区新疆杨林分蒸腾耗水估算的首选模型。     

一种优化的胡杨高效多重（12重）SSR体系

微卫星多重PCR方法是一种非常经济并且高通量的基因分型技术。本研究在耐干旱、盐碱的胡杨（Populus euphratica）中开发出一套荧光标记的12重微卫星工作体系。该体系包含12条表达序列标签微卫星（EST-SSR）引物,其中3条设计于NCBI,另外9条设计于二代的转录组序列。利用该多重微卫星体系可在单一的PCR反应体系中成功扩增出12条表达序列标签的微卫星短序列片段。并在胡杨的3个自然居群96个个体中对该体系进行了验证,结果显示该体系具有很高的稳定性及多样性。同时,在杨属的5个派7个种中对其通用性进行了检验,显示这些引物具有很高的通用性,成功扩增率为79％。本研究中提供的12重多重PCR结合本实验已经公开发表的2个8重体系对揭示胡杨及其他杨树的进化历史具有重要的作用。最后,本研究认为引物的选择,扩增效率,哑等位基因的检测是多重体系开发过程中最为关键的步骤。     

塔里木河源流和干流胡杨年轮生长的差异性

借助树木年轮学的方法和技术手段,通过对阿克苏河、叶尔羌河和塔里木河干流不同河段胡杨年轮样本采集,分析了塔里木河两源流与干流不同河段胡杨年轮生长特征;采用单因素方差分析方法和Kendall协同系数(W)研究了塔里木河两源流和干流不同河段胡杨年轮指数的差异性;利用突变检验和小波分析方法探讨了塔河两源流、塔河干流不同河段胡杨径向生长的周期和突变性。研究结果表明:(1)1980—2010年期间,塔里木河两源流和干流不同河段年轮宽度和年轮指数均呈下降趋势。在阿克苏河、肖夹克、沙子河口3个断面胡杨年轮宽度和年轮指数下降趋势明显,而叶尔羌河和新渠满断面的胡杨年轮宽度和年轮指数下降趋势不明显。(2)塔里木河两源流和干流不同河段的胡杨年轮生长在空间上不具有一致性(W0.5),阿克苏河断面与肖夹克、沙子河口断面,叶尔羌河与肖夹克、沙子河口断面,肖夹克与新渠满断面,新渠满与沙子河口断面之间胡杨年轮指数均具有显著的差异性(P0.05)。(3)塔里木河两源流胡杨年轮指数的突变时间与河道径流量突变时间相同或者滞后,这可能与地表水转化为地下水过程有关。(4)塔里木河两源流和干流不同河段的胡杨年轮指数变化的周期均小于其地表径流变化的周期,这可能与胡杨自身的生理特点和当地气温、水分对胡杨生长综合影响有关。本研究有助于深入了解干旱区内陆河流域胡杨生长特征变化规律,同时可为该流域胡杨资源生态保育提供参考。     

造纸废水灌溉对毛白杨苗木生长及养分状况的影响

为了探讨工业造纸废水用于杨树人工林灌溉的可行性,以三倍体毛白杨(triploid Populus tomentosa)1年生盆栽苗木为对象,研究了不同浓度造纸废水(分别稀释到12.5％ (IF7Q)、16.7％ (1F5Q)、25％(1F3Q)、33.3％ (1F2Q)、50％ (1F1Q))灌溉对苗木生长及养分状况、土壤化学性质的影响.结果表明:造纸废水灌溉对土壤pH值、速效P含量无显著影响(P＞0.05),但能显著提高土壤有机质、全N及碱解N的含量(P＜0.05).适当稀释的废水灌溉能促进三倍体毛白杨的苗木生长,提高土壤和植株养分水平:灌溉后1F5Q地径、苗高生长量分别为10.5 mm和97.3 cm,较CK分别显著增加102％和47％ (P＜0.05);1F5Q和1F3Q处理苗木总生物量为247 g和230 g,分别较CK显著提高19％和11％(P＜0.05);废水灌溉可显著提高植株根、叶N含量和茎P含量(P＜0.05),但对植株叶、根P含量和茎N含量影响不大(P＞0.05).造纸废水通过一定处理后,可应用于苗木灌溉并促进其生长,提高地力.对于三倍体毛白杨,将废水稀释到16％-25％能起到较好的灌溉效果.     

塔里木河天然胡杨林中病灶微生物的分离与形态学初探

目的:从塔里木河中下游废弃上百年的河道周围选取2处样点,采集具有不同病症胡杨的茎叶,从中进行菌种分离。方法:显微镜镜检,革兰氏染色及生理生化检测。结果:通过形态观察,得到13株细菌、4株真菌。其中的7株细菌分离于病叶,其余10株分离于病变树皮。对13株细菌革兰氏染色结果表明,2株为革兰氏阴性菌,11株为革兰氏阳性菌。对真菌的孢子形态观察表明,4株均为霉菌。结论:实验首次对胡杨特殊病灶微生物进行分类统计,为解决由微生物感染引起的胡杨林退化问题积累数据。     

基于Maxent模型的未来气候变化情景下胡杨在中国的潜在地理分布

胡杨(Populus euphratica)是全世界干旱和半干旱区急需优先保护的林木基因资源,预测未来气候变化情景下胡杨在中国的潜在地理分布将为胡杨种群资源的保护和管理提供科学依据,并为绿洲恢复过程中胡杨的合理种植和配置提供有价值的理论指导。本研究基于胡杨在中国地区的92条有效分布记录和10个环境因子变量,利用Maxent模型和ArcGIS软件预测了未来气候变化情景下胡杨在中国的潜在地理分布,综合环境因子变量贡献率及置换重要值、刀切法检验评估制约现代胡杨潜在地理分布的重要因子,采用响应曲线确定环境因子变量的适宜区间,定量确定胡杨未来受威胁的潜在地理分布区域和面积。结果表明：（1）Maxent模型的预测准确度极高,受试者工作曲线面积（AUC值）达0.932,现代胡杨潜在地理分布的总适生区面积为289.94×104km2,主要位于内蒙古中西部地区（额济纳旗和阿拉善地区）、新疆大部分地区、甘肃北部和西北部地区、青海中西部地区和宁夏北部地区;（2）影响胡杨的潜在地理分布的主要环境因子变量为气温因子变量（年均温和最冷月最低温）和降水因子变量（最湿月降水量和最干季降水量）,最湿月降水量是影响胡杨潜在地理分布的关键因素;（3）在未来4种气候变化情景下,胡杨不同等级潜在地理分布区的面积较现代潜在地理分布区面积均有不同程度的缩小,且整体上看胡杨的潜在地理分布区有向高海拔区域迁移的趋势。     

白腐菌协同热水预处理对毛白杨化学组分和酶水解效果的影响

【目的】增强真菌预处理的效率和降低热水预处理对反应条件的要求。【方法】综合利用白腐菌和热水预处理毛白杨,分析此方法对毛白杨化学组分和酶水解效果的影响。【结果】白腐菌Lenzites betulinus C5617协同热水处理,损失率最高达70.70%。纤维素在2个预处理阶段都有损失,其中L.betulinus C5617达到29.62%。木质素的降解主要集中在白腐菌预处理阶段,其中L.betulinus C5617降解的酸不溶木素较多,达到了16.98%。综合预处理显著改善了毛白杨的酶水解效果。与只经热水预处理的样品相比较,L.betulinus C5617和P.sanguineus D9497协同热水处理分别引起还原糖得率上升了20.60%和12.23%。【结论】综合预处理降低了热水解对反应条件的要求,节约了预处理成本。     

青杨雌雄株叶际微生物群落多样性和结构的差异

【目的】本论文探究了青杨雌雄株的叶际微生物的群落结构差异及其主要环境影响因素。【方法】以河北小五台山的天然青杨林为研究对象,采用基于16S rRNA/ITS1基因的MiSeq高通量测序技术,分析了青杨雌雄株叶际细菌和真菌的群落结构,并耦合分析其与叶片理化性质的相关性。【结果】测序结果表明细菌和真菌的多样性指数ACE、Chao1、Shannon、Simpson在雌雄株间都无显著性差异(P>0.05)。Metastats组间群落显著性差异分析表明,在门水平,青杨雌雄株叶际细菌和真菌都无显著差异。而在属水平,青杨雌雄株的叶际细菌Amnibacterium和Spingomonas及真菌Aureobasidium、Elmerina、Exobasidium、Endoconidioma、Monilinia和Rhodotorula的相对丰度在雌雄株叶际有显著差异(P<0.05)。基于OTUs的菌群分析表明,青杨雌株和雄株的叶际环境上都有其各自的特有菌群,如雌株的特有真菌Pringsheimia(0.15%)和细菌Chitinophaga(0.04%)。RDA冗余分析表明,叶片含水量与青杨叶际真菌的群落结构有显著相关性(P<0.05),而未发现青杨细菌群落结构与测定的叶片理化性质有显著相关。【结论】青杨雌雄株叶际微生物在属水平有显著分异的菌属,且可能受叶片理化性质影响,该结果为揭示雌雄异株植物的叶际微生物差异有重要借鉴意义。     

盐胁迫下胡杨愈伤组织生理生化特性

目的：探讨胡杨愈伤组织的耐盐性与生理生化指标的关系。方法：不同浓度NaCl胁迫下,对胡杨愈伤组织的丙二醛（MDA）含量、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）活性以及酯酶同工酶、过氧化物酶同工酶、超氧化物歧化酶同工酶酶谱进行研究。结果：随着盐浓度的增加,丙二醛（MDA）含量逐渐升高;从三种保护酶活性来看,过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性均呈先上升后下降的趋势,在70mmol/L NaCl胁迫下达到最高值,POD、CAT酶活分别为2748u/g．min和152u/g．min,分别比对照高104％和72％;超氧化物歧化酶（SOD）活性则呈先降低后稍上升的趋势,总体均比对照低。过氧化物酶同工酶的第2、3条酶带在70mmol/L NaCl胁迫下颜色最深,且酶带较宽;超氧化物歧化酶同工酶的第1条酶带仅在未经盐胁迫时存在,说明该酶带所代表的酶对盐很敏感;第4条酶带随盐胁迫浓度加大先消失后出现,可能是愈伤组织逐渐适应盐胁迫的结果。结论：经盐胁迫的胡杨愈伤组织中,POD和CAT酶主要起保护作用;结合同浓度盐胁迫下愈伤组织的形态观察,总体上看,胡杨愈伤组织能较好地耐受70mmol/L NaCl。