基于分子生态学网络分析松嫩退化草地土壤微生物群落对施氮的响应

【目的】 氮素输入影响着全球草地生态系统的可持续性,关注施氮对土壤微生物群落的影响及其分子生态网络,为草地退化修复提供理论依据。【方法】 以松嫩退化羊草草地为研究对象,通过施氮和未施氮处理,利用高通量测序和随机矩阵网络构建理论构建土壤微生物群落分子生态网络。探讨氮素管理对退化羊草草地土壤微生物群落结构及网络的影响,氮添加条件下微生物网络结构中的关键微生物变化规律,以及该过程中微生物之间的互作关系,解析外源氮素添加条件下土壤细菌动态变化的关键结点和规律。【结果】 在门分类水平上施氮处理草地有细菌门22个,未施氮处理23个。7个菌门是施氮和未施氮处理草地的优势菌门,其中变形菌门（Proteobacteria）是含有OTU数量最多的门类,约占总序列的30.46%,酸杆菌门（Acidobacteria）是含有OTU数量次之的门类,约占总序列的30.15%,芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）是含有OTU数量第3的门类,约占总序列的8.14%,放线菌（Actinomycete）约占总序列的6.15%,绿弯菌门（Chloroflexi）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和硝化螺旋菌门（Nitrospirae）三者约占总序列的17.16%。施氮处理草地土壤微生物中的变形菌门、放线菌门、拟杆菌门的相对丰度均显著高于未施氮处理草地土壤（P<0.01）;未施氮草地土壤中绿弯菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门相对丰度显著高于施氮草地土壤（P<0.01）,其他各门细菌施氮与未施氮处理间未呈现出显著差异。表征网络的正向连接比、平均路径长度、平均聚类系数和模块性均为施氮处理显著低于未施氮处理（P<0.001）。在土壤的分子生态网络中,未施氮处理有16个模块枢纽（Zi>2.5,Pi≤0.62）,施氮处理有6个模块枢纽,均属于酸杆菌门、芽单胞菌门和放线菌门。施氮导致土壤微生物种间关系改变,进而改变土壤整体生态网络。【结论】 施氮降低了退化草地土壤网络结构的复杂程度和紧密性;降低了退化草地土壤中的酸杆菌门和绿弯菌门相对丰度,提高了变形菌门、放线菌门和芽单胞菌门相对丰度。土壤中微生物关键物种（OTU）由16个（未施氮）减少为6个,且二者土壤中均没有重叠OTU,这表明施氮调控微生物群落网络的关键物种,进而改变其分子生态网络结构。     

豆-禾混播草地中紫花苜蓿比例对其固氮效率的影响及潜在生理机制

【目的】 通过研究豆草比例对紫花苜蓿-羊草混播草地豆科植物生物固氮的影响及其生理生态机制,深化对混播群落结构和生物固氮功能关系的理解,辅助豆-禾混播草地的科学建植和管理,提高混播草地生物固氮和土壤肥力,提升草地资源生产和生态保障能力。【方法】 2017年5月,利用紫花苜蓿和羊草为试验材料,采取随机区组设计,于中国科学院长岭草地农牧生态研究站内建植不同豆草比例（紫花苜蓿占比为25%、50%、75%、100%）的紫花苜蓿-羊草混播草地,4次重复。建植一年后,通过样方取样法调查混播草地群落结构变化,测定紫花苜蓿叶片、枝条和根系生长发育、光合和水分等生理代谢特征,在测定根系结瘤特征基础上,采取¹⁵N同位素自然丰度法评估紫花苜蓿固氮效率,结合土壤水分动态监测,分析豆草比例对紫花苜蓿生物固氮的影响及其生理生态机制。【结果】 （1）混播草地建植一年后,对应25%、50%、75% 和100%设计的豆草混播比例,混播草地实际紫花苜蓿占比分别为11%、27%、53%和100%。（2）对比25%、75%和100%的初始豆草种植比例,50%的初始豆草比例下,生长季平均土壤水分含量分别增加了21.4%、36.4%和51.7%。（3）50%豆草种植比例下,紫花苜蓿植株有更大的枝条和根系生物量、叶片数量、叶片面积、叶片厚度和叶片生物量,上述指标最小值出现在100%的豆草播种比例。（4）50%豆草种植比例下,紫花苜蓿具有最大的光合速率,枝条和根系中淀粉含量最高,但枝条和根系中可溶性糖含量最低。（5）50%的初始豆草混播比例下,紫花苜蓿根瘤发育更完善,其生物固氮率较25%、75%和100%的豆草混播比例分别提高了13.5%、44.6%和79.2%。回归分析表明,随豆草比例变化,紫花苜蓿生物固氮效率与土壤含水量呈正相关。【结论】 紫花苜蓿-羊草混播草地中,紫花苜蓿生物固氮能力与豆草比例间存在非直线型变化关系。当初始豆草种植比例为50%时,紫花苜蓿生物固氮率最大。豆草比例驱动土壤水分变化,进而通过调控叶片发育和光合等途径改变了紫花苜蓿植株和根瘤发育,是其影响生物固氮的潜在机制。     

半干旱牧区天然打草场生产力时空变化及对气候响应分析

【目的】 定量评估半干旱牧区天然打草场的生产能力,分析天然打草场的退化程度,明确气候因子对打草场生长过程的影响。【方法】 利用Miami和Tharnthwaite Memorial模型计算2000—2017年半干旱牧区天然打草场气候生产潜力,并结合近18年的中分辨率成像光谱仪（MODIS）净初级生产力（NPP）产品（MOD17A2H）进行分析。【结果】 2000—2017年半干旱牧区天然打草场实际生产力与潜在生产力均随降水增加呈上升趋势,天然打草场18年平均实际生产力和潜在生产力分别为295.24和557.79 g C·m^-2·a^-1。按不同草地类型分析,气候生产潜力与实际生产潜力均以草甸草原最高,分别为589.68 g C·m^-2·a^-1和349.78 g C·m^-2·a^-1,山地草甸的气候生产潜力最低,为518.72 g C·m^-2·a^-1,而实际生产潜力以典型草原最低,仅为269.52 g C·m^-2·a^-1。从变异系数来分析,气候生产潜力与实际生产力均以草甸草原最稳定。从年际变化率分析,草甸草原的气候生产潜力的上升速率最高,为6.30 g C·m^-2·a^-1,实际生产力以山地草甸上升速率最高,为4.44 g C·m^-2·a^-1。实际生产力对降水的响应高于温度,其中95.88%的打草场与降水呈显著正相关关系,与温度呈负相关的区域仅占总面积的5.70%,且不同草地类型的实际生产力均与降水在P<0.001水平呈显著正相关关系。【结论】 天然打草场气候生产潜力呈由西向东递增的地带性规律,而实际生产力受水热条件的影响,以大兴安岭为中心向东西两麓逐渐递减,其对降水的响应高于温度,水分条件是该区植被生长的限制因子;年均气候资源利用率的分布规律与实际生产力相同,平均气候资源利用率为55.09%;以草甸草原打草场的气候资源利用率最高,高达60.34%,同时也是退化速度最高的草地类型。     

土壤日晒在绿色植保中的应用与展望

土壤消毒主要用于土壤病虫草害防控。过去几十年,土壤主要采用化学药品熏蒸消毒,不合理使用容易造成环境污染。土壤蒸汽消毒、火焰消毒和热水浇灌等需要专门的仪器设备,且存在能耗较高、灭生性强、容易破坏土壤结构等缺点。目前,土壤日晒技术受到意大利、美国、以色列等70多个国家农业科学家的广泛关注,但在中国依然处于初级阶段。本文总结了国内外学者关于土壤日晒对农业病虫草害、土壤肥力、农作物产量等方面的影响与应用,分析了土壤日晒存在的局限性,并对土壤日晒在未来农业绿色防控上的应用前景进行了展望,以期为农产品无公害生产提供理论依据和实践参考。     

晋中盆地典型耕地厚度、土壤养分空间变异

旨在探究旱作区耕地土壤耕层厚度及土壤养分空间格局与变异规律。以晋中盆地典型耕地土壤为研究对象,运用地统计学方法对耕地耕层厚度及土壤养分的空间变异进行分析,土壤养分选取有机质、pH、有效磷、缓效钾4个指标。结果表明：（1）各个指标的空间自相关性都是随着距离的增加而减小;（2）有效磷的半变异函数最优模型为高斯模型,其他指标的最优模型均为指数模型。各指标的块金系数由大到小依次为：有机质>有效磷>pH>耕层厚度>缓效钾;（3）耕层厚度、有效磷均为西北高东南低的空间格局,缓效钾为东北高西南低,有机质为西南高东北低,pH除北洸乡偏低外均偏高。地统计方法能良好地描述土壤性质的空间分布和变异特征,各土壤性质的空间变异过程中随机性与结构性并存,并且随机性均小于50%。     

2种水分生境下红砂叶片功能性状的响应及适应机制

干旱是中国西北荒漠生态系统的主要特点之一，干旱对植物的生长、发育、繁殖及分布等产生重要的影响。红砂是广泛分布在我国温带荒漠草原生态系统中的优势种和主要建群种之一，对多种环境胁迫尤其是干旱胁迫具有极强的耐受性。因此，研究红砂对不同水分生境的响应及适应机理有着重要的科学意义。对不同水分条件自然生境中(小红山地区和长流水地区)的红砂叶片形态、表皮微形态及超微结构进行分析，揭示红砂适应干旱胁迫的叶片形态结构特征。结果表明，随着生境中土壤含水量的降低，红砂叶片厚度增大，叶面积及气孔开度减小，角质层增厚，从而降低植物蒸散过程中体内水分的散失。表皮细胞面积减小，表皮细胞密度增大，细胞壁增厚，增加了表皮细胞弹性，有助于降低干旱胁迫下植物失水造成的机械损伤。与此同时，栅栏组织增厚，且细胞排列更加致密，海绵组织的厚度减小，在一定程度上促进叶片的光合作用进行。因此，红砂叶片的形态结构特点使其对干旱具有极强的耐受性。研究揭示了荒漠植物红砂的叶片形态结构对不同水分条件的响应，为理解荒漠植物对水分限制的响应机制提供数据支持。     

黄土高原丘陵区枣和酸枣叶脉序特征分析

为了研究枣(Ziziphus jujuba Mill.)和酸枣(Z.jujuba var.spinosa)叶脉序的关系,选用黄土高原丘陵枣区的枣(55个)、酸枣(28个)和过渡型(7个)共计90个样品,利用LEAF GUI叶脉序分析技术,测定了叶脉密度(VLA)、叶脉间距离(IVD)和节点数(Nodes)等14个指标,主成分分析选出8个枣叶脉序特征指标,研究了枣和酸枣叶脉序指标特点及特征。结果表明,在干旱、贫瘠生境中生长的酸枣,其叶脉间距离(0.094 mm)、网眼面积(2.84×10~(-4)mm~2)和节点数(17 823个)都显著低于黄土高原丘陵区枣园栽培条件下的枣(p0.05),而酸枣的叶脉密度(7.14 mm·mm~(-2))显著高于栽培条件下的枣,表现出很高的生态适应性。并且,枣叶脉序特征指标的变异系数范围(15.24%～74.69%)大于酸枣(20.37%～52.84%)。因此,枣和酸枣可以通过权衡叶脉序指标之间的关系,采取不同的适应策略。酸枣相比枣,更倾向于选择高叶脉密度、低网眼面积、低节点数的适应策略。对陕北样品聚类分析,在相似系数为1.8时,分为I、II两大类群;对黄土高原丘陵区的样品聚类分析,在1.69时,分为I、II两大类群,分别为酸枣和枣,过渡型在两个类群中都有。说明酸枣经过渡型向枣的演化,也说明叶脉序可以区分枣和酸枣。而栽培枣被分为4个类群,相似系数为1.29,种间结构较为复杂,是由长期的人工选择和营养繁殖模式所决定。     

有机肥对土壤特性及农产品产量和品质影响研究进展

施用有机肥是农业生产的重要措施,对绿色农业发展起到积极作用,而且越来越广泛施用。本文介绍了目前有机肥基本概况,重点综述了有机肥对提高土壤肥力、提高作物产量和品质、促进养分利用以及对病虫害发生影响等方面研究的最新进展,分析了当前有机肥施用对耕地质量和农产品安全风险、施肥效率低、以及有机肥品种研发不足、相关质量标准滞后等问题,并对当前有机肥推广应用的形势和发展前景进行了分析和展望。     

Response of the soil macrofauna abundance and community structure to drought stress under agroforestry system in southeastern Qinghai-Tibet Plateau

ABSTRACT

Soil macrofauna is vital for soil functions and soil-mediated processes in all ecosystems. However, environmental perturbations, such as drought, that threaten both the abundance and function of soil macrofauna remain mostly unexplored, particularly in an agroforestry system. We investigated the effects of drought on soil macrofauna abundance and vertical distribution under three different planting systems including two intercropping systems, comprising Chinese prickly ash (Zanthoxylum bungeanum) intercropped with soybean (Glycine max) (Z-G) or bell pepper (Capsicum annuum) (Z-C), and one monoculture system, comprising only Z. bungeanum (Z). Soil samples were collected at depths of 0–10, 10–20, and 20–30 cm, and soil macrofauna and chemical properties were analyzed. Soil dryness negatively affected soil macrofauna in all planting systems. Drought reduced the total macrofauna density, biomass, genera richness, and Pielou’s evenness. Additionally, drought significantly decreased density and biomass of Drawida and Eisenia but had no effect on Carabid beetles. Soil macrofauna density was highest in the Z-G intercropping system and higher at 0–10 cm than at other soil depths. These results indicate that intercropping soybean rather than bell pepper increases the abundance and biomass of soil macrofauna, and drought remarkably impacts the response of soil macrofauna to planting systems.     

基于网络嵌入性的我国东北国有林区知识转移机理

文中从社会网络视角分析我国东北国有林区职工、家庭及林业企业知识转移的过程和影响因素，以期通过社会关系和网络结构促进林业企业转型。应用知识转移基本理论构建东北国有林区多层次知识转移理论模型，在此基础上从社会网络视角分析林区职工、家庭和林业企业3个层面的知识转移机理。研究表明:增强林区知识转移个体与利益相关者的联系程度、占据更多的结构洞位置以及提高个体网络中心度和凝聚程度有利于知识获取和内化；林区待岗职工与利益相关者的弱联系有利于其获得更多就业机会；国有森工企业由于过度嵌入社会网络，知识内化和创新动力不足。