The legacy effect of biochar application on soil nitrous oxide emissions

Existing studies suggest that biochar application can reduce soil nitrous oxide (N₂O) emissions, mainly based on short-term results. However, it remains unclear what the effects (i.e., legacy effects) and underlying mechanisms are on N₂O emissions after many years of a single application of biochar. Here, we collected intact soil columns from plots without and with biochar application in a subtropical tea plantation 7 years ago for an incubation experiment. We used the N₂O isotopocule analysis combined with ammonia oxidizer-specific inhibitors and molecular biology approaches to investigate how the legacy effect of biochar affected soil N₂O emissions. Results showed that the soil in the presence of biochar had lower N₂O emissions than the control albeit statistically insignificant. The legacy effect of biochar in decreasing N₂O emissions may be attributed to the reduced effectiveness of the soil substrate, nitrification and denitrification activities, and the promotion of the further reduction of N₂O. The legacy effect of biochar reduced the relative contribution of nitrifier denitrification/bacterial denitrification, nitrification-related N₂O production, and the relative abundance of several microorganisms involved in the nitrogen cycle. Our global meta-analysis also showed that the reduction of N₂O by biochar increased with increasing application rate but diminished and possibly even reversed with increasing experimental time. In conclusion, our findings suggest that the abatement capacity of biochar on soil N₂O emissions may weaken over time after biochar application, but this remains under further investigation.     

土地利用/覆盖变化对中国不同季节气温的影响

近几十年中国地区土地利用/覆盖变化(LUCC)较大,在区域气候模拟中尤其需要使用更加准确的土地利用/覆盖数据。基于模式原有的USGS和新开发的LUC90两种土地利用/覆盖资料,利用区域环境集成模拟系统(RIEMS2.0)分别进行连续10a模拟,分析LUCC对中国不同季节气温的影响。结果表明:1)采用LUC90资料后,中国及东北、华北、华南夏季平均气温增加,但只有东北模拟与观测值的偏差减小,且通过显著性检验(P0.01)。中国及东北、华南冬季平均气温增加,并且模拟与观测值的偏差减少。中国及华北和华南对冬季气温年际变率的模拟改善好于夏季。2)土地利用/覆盖变化通过影响潜热通量的变化和净吸收辐射通量的变化来影响不同季节气温的变化。冬季净辐射通量变化对气温变化的贡献较夏季大,而夏季潜热通量变化对气温变化的贡献较冬季大。雨养农田转变森林、草地、灌溉农田过程造成通量变化,其对气温变化的影响也存在不同分区季节的差异。     

气候变化对东北沼泽湿地潜在分布的影响

东北地区是我国沼泽湿地分布最广泛的地区。为研究沼泽湿地对气候变化的响应,选取了对沼泽湿地分布可能存在影响的26个环境因子,利用最大熵(Maximum Entropy, MaxEnt)模型模拟了沼泽湿地基准气候条件下的潜在分布,并预测了气候变化情景下2011-2040 年、2041-2070 年和2071-2100 年3个研究阶段东北沼泽湿地潜在分布。研究结果表明:最大熵模型预测精度较高(平均AUC(Aera Under Curve)为(0.826±0.005))。基准气候条件下东北沼泽潜在分布区主要为大小兴安岭和三江平原地区。随着时间的推进,东北地区沼泽湿地原有潜在分布面积明显减少,而新增潜在分布面积较少,总面积呈现急剧减少趋势。至2071-2100年,原有沼泽湿地潜在分布面积将减少99.80%,新增潜在分布面积仅2.48%,总潜在分布面积减少97.32%。空间分布上,东北沼泽湿地潜在分布呈现由东向西迁移,南北向中心收缩的趋势。研究结果可为东北地区沼泽湿地保护政策的制定提供参考。     

浙江省生境质量时空演变与生态红线评估

生境质量是反映生物多样性状况与局地生态功能的重要指标,在高质量发展背景下研究区域生境质量的时空演变具有重要意义。以浙江省为研究区,基于InVEST模型、热点分析及地理探测器模型探究生境质量的时空演变与影响因素,并利用生境质量结果对浙江省生态红线开展了定量评估。结果表明:(1)2000-2015年,浙江省生境质量均值呈减速下降趋势,空间上形成了西北、西南、中东高和东北、中部低的分布格局;生境退化度呈现"中心-外围"的圈层辐射结构。(2)热点分析显示,生境质量与生境退化度在乡镇尺度上集聚特征相似、冷热点空间分布趋势相反。(3)地理探测分析发现,地形(高程、坡度)是影响浙江省生境质量的主要因素,植被因素(NPP、NDVI)的贡献度随时间推移逐渐增大;浙江省生境质量空间分异受到自然因子与社会经济因子的协同作用。(4)浙江省生态红线的生境质量整体较高且稳定,不同红线类型的生境质量存在差异;高生境质量区与生态红线的错位区域主要分布在浙西南、西北部山区,而北部、中部以及东部相对较少。基于此,对生态红线调整、区域生态功能区划提出对应的策略,以期提升浙江省生态空间管控。     

杉木人工林下原生与引入树种叶性状变异特征

叶性状在表征植物资源利用和生存策略方面具有重要作用。构建异龄复层林是改造人工纯林的有效措施,探究引入与原生树种叶性状变异有利于林下伴生树种的筛选。研究了引入乔灌木树种(如闽楠、蚊母树等13个树种)与原生乔灌木树种(苦槠、红紫珠等6个树种)的叶片形态、光合色素、碳氮磷生态化学计量和非结构性碳水化合物特征。结果表明:(1)总体上引入与原生乔木和灌木树种的叶形态性状差异较小,原生乔木的叶长和比叶面积显著小于引入树种与原生灌木。引入与原生树种间光合色素具有显著差异,引入乔木叶绿素含量显著高于原生乔木,不同功能群植物的比叶面积.叶绿素关系格局存在策略位移现象。引入树种叶碳含量显著大于原生树种,叶氮和叶磷含量显著大于原生乔木;引入树种和原生灌木的碳、氮、磷养分含量的变异系数较大;引入与原生树种叶碳氮磷生态化学计量没有一致变化规律。引入灌木叶可溶性糖含量、原生灌木淀粉含量均显著高于乔木树种,灌木的非结构性碳水化合物总量也显著高于乔木。(2)引入与原生树种叶性状呈显著协同变化趋势。所有叶性状中,比叶面积、叶绿素含量、叶氮含量、叶磷含量在乔木和灌木中均呈极显著正相关关系。主成分分析显示,引入乔木和灌木树种的叶性状接近,引入树种与原生灌木之间叶性状差异相对较小,但与原生乔木间的叶性状差异较大。总体上引入树种的叶性状与原生树种具有趋同适应特征,但不同生活型植物叶性状在林下弱光环境中仍产生一定分异,引入灌木可能比引入乔木更适应杉木林下生境。     

抗FLAG标签抗体在植物中的高效表达

植物生物反应器是一种新兴的重组蛋白表达系统,是分子农业的核心内容之一。本研究在本氏烟草(Nicotiana benthamiana)中表达了抗八肽(DYKDDDDK, FLAG)标签抗体,并对其进行纯化与鉴定。通过多次免疫小鼠获得高效价抗FLAG抗体并测出其编码序列,然后亚克隆至植物DNA病毒表达载体,最后通过农杆菌介导转染烟草叶片。经Western blotting检测了转染后2−9 d抗体的表达情况：3 d后FLAG抗体开始在烟草叶片中表达,5 d后表达量达到峰值,每千克鲜叶估计可表达66 mg FLAG抗体。抗体经过分离纯化后浓缩为1 mg/mL,按1:10 000稀释仍可识别1 ng/mL的抗原,表明植物生产的FLAG抗体具有高亲和力。植物生物反应器可用于生产高亲和力抗体,并具有简易、成本低和生产周期短等特点,具有很高的应用价值。     

森林转换对地表径流可溶性有机碳输出浓度和通量的影响

米槠次生林转换成米槠人工幼林和米槠人工促进天然更新幼林(以下简称"人促幼林")后,以这三种森林类型为研究对象,连续监测每次降雨后地表径流量及径流水中可溶性有机碳(DOC)的含量及通量,比较不同森林类型观测结果的差异,并分析降雨对实验结果的影响。结果表明:米槠人工幼林单次产流量是米槠次生林的1.5—19.0倍,观测期间总径流量为5.9倍;米槠人促幼林单次径流量和总径流量均与米槠次生林无显著差异(P0.05)。观测期间米槠次生林、人工幼林、人促幼林径流水DOC浓度值范围为5.9—18.4 mg/L,4.3—13.5 mg/L和3.2—9.9 mg/L,米槠次生林径流水浓度均值(12.6 mg/L)分别是米槠人促幼林(7.6 mg/L)和米槠人工幼林(5.3 mg/L)的1.6和2.4倍。回归分析表明,径流水中DOC浓度与降雨前土壤含水率呈显著相关;降雨前土壤含水率20.8%是一个临界值,含水率低于20.8%时,径流水DOC浓度与降雨前含水率呈显著正相关(P0.05);高于20.8%时,径流水DOC浓度与降雨前土壤含水率呈显著负相关(P0.05)。米槠人工幼林地表径流DOC输出通量是米槠次生林的0.7—5.4倍,观测期间总输出通量为2.1倍;米槠人促林DOC单次通量和观测期间总通量均与米槠次生林差异不显著(P0.05)。三种森林类型DOC输出通量均与降雨量呈显著相关(P0.05)。可见,米槠次生林转变成米槠人工幼林后DOC输出浓度降低,但径流量显著增加,导致DOC输出通量增加;而转变成米槠人促幼林后DOC输出浓度也降低,但径流量并未增加,因而并未增加DOC输出通量。     

检测大肠杆菌(Escherichia coli) O157:H7免疫磁珠的制备、保存与应用

【背景】大肠杆菌(Escherichia coli) O157:H7是导致肠出血性大肠杆菌食源性疾病暴发的主要血清型,免疫磁珠(Immunomagnetic beads,IMBS)在E. coli O157的检测中发挥着重要作用,而免疫磁珠的稳定性、特异性、广谱性等性能指标关系着在实际应用中的使用效果。【目的】制备高效、稳定且具有广谱性的免疫磁珠,联合分子检测技术如环介导恒温扩增 (Loop-mediated isothermal amplification,LAMP)技术、PCR等,提高目标菌的检出率。【方法】采用新型的磁珠活化剂MIX&GO制备E. coli O157免疫磁珠,并进行广谱性以及特异性检测;针对6种试剂牛血清白蛋白(Bovine serum albumin,BSA)、酪蛋白(Casein)、海藻糖(Trehalose)、聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinyl pyrrolidone,PVP)、抗坏血酸(Vitamin C)和防腐剂ProClin 300,利用正交试验L18(37)优化免疫磁珠保存液组分;采用IMBS-LAMP、IMBS-PCR、IMBS-生化、菌液-LAMP、菌液-PCR、显色平板-生化鉴定6种方式对20份生猪肉样品进行检测。【结果】利用MIX&GO活化剂制备的免疫磁珠捕获率最高达到81.5%±1.3%;免疫磁珠保存液最优配方为：牛血清白蛋白15.0 g/L,酪蛋白10.0 g/L,海藻糖10.0 g/L,PVP 2.0 g/L,抗坏血酸5.0 g/L,ProClin 300 2.5 g/L,保存6个月后免疫磁珠捕获率为75.5%;在20份生猪肉样品的检测中,自制磁珠和商品化磁珠与LAMP联用均检出9例阳性样品;IMBS-LAMP在6种检测方式中具有最高的检测灵敏度,但检出的样品会因磁珠抗体的差异而有所不同。【结论】与商品化磁珠相比,实验制备的免疫磁珠具有良好的特异性和广谱性,免疫磁珠-LAMP联用提高了目标菌的检出率,是一种高灵敏度、具有应用前景的检测方法。     

短期增温对中亚热带杉木人工幼林土壤氮磷耦合作用的影响

全球变暖引起陆地生态系统和整个生物圈一系列生态问题,未来全球平均气温的持续增加将使这些问题进一步加剧。目前增温、氮沉降和森林更新方式对中亚热带土壤氮磷等养分的影响已有部分研究,但增温对亚热带森林的氮磷耦合作用的影响仍然未知。以中亚热带杉木(Cunninghamia lanceolate)幼苗为研究对象,设置埋设电缆以加热土壤增温实验(增温幅度(5±0.5)℃),研究短期增温对土壤含水量、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量磷(MBP)、土壤氮磷养分,以及氮(N)、磷(P)耦合作用的影响。结果表明:短期增温对全氮、全磷无显著影响;增温第1年显著提高了有效氮、铵态氮(NH_4~+)和有效磷的含量,显著降低了MBN含量。增温第2年,土壤中有效磷、NH_4~+和MBP含量显著下降;短期增温虽然对土壤全N/P,有效N/P的影响不显著,但是增温使铵态氮/硝态亚硝态氮(NH_4~+/(NO_3~-+NO_2~-))显著降低;此外,增温显著降低了MBN/MBP,缓解了微生物对磷的限制。相关性分析表明,耦合作用不仅受N和P之间相互作用的影响,也受土壤温度、水分含量等其他因素的影响。研究表明,短期增温并未对中亚热带杉木人工幼林土壤氮磷耦合作用产生显著影响,但增温后降低了有效氮、有效磷的含量。因此,在未来全球变暖背景下,研究结果为中亚热带森林生态系统的的健康发展和科学管理提供重要的理论依据。