氮、磷添加对贝加尔针茅草原凋落物分解的影响

凋落物分解是草原生态系统养分循环和能量流动的主要途径。养分是温性草原生产力主要限制因素之一。本文主要研究了养分添加对草原凋落物分解的影响,为草原生态系统养分管理和天然草地的恢复建设提供理论依据。试验以内蒙古贝加尔针茅草原为研究对象,使用网袋分解法,实验材料为贝加尔针茅(Sb)、羊草(Lc)以及冷蒿(Af)3种植物的根、茎、叶组织,设置4个处理:CK、N、P和NP(CK:不施任何肥料;N:硝酸铵;P:重过磷酸钙;NP:硝酸铵和重过磷酸钙)。结果表明,1) N、P、NP添加下,3种植物的残留率显著低于无养分添加,氮磷添加对凋落物分解有显著的促进作用。2)分解过程中,叶和根凋落物N元素前期释放,后期有轻微的富集现象,而茎凋落物呈现富集-释放-富集的模式。P元素和C元素基本呈现持续释放的模式。3)磷元素的残留率在N、P以及NP处理条件下均呈下降的趋势,与植物器官残留率的变化趋势相同。4)羊草各器官凋落物分解95%所用的时间为2.95~3.96年,贝加尔针茅为3.32~3.77年,冷蒿为2.64~4.89年。5)不同植物以及植物的不同器官凋落物分解速率对氮、磷添加的响应不同。     

磷高效转基因水稻连续种植对土壤微生物功能多样性的影响

为评价磷高效转基因水稻对土壤微生物功能多样性的影响,以磷高效转基因水稻OsPT4为研究对象,设施磷和不施磷两种处理,基于Biolog生态平板法,分析比较了4个生育时期的OsPT4及其亲本‘日本晴’对土壤微生物功能多样性的影响。结果显示:OsPT4和‘日本晴’的土壤微生物群落平均吸光值AWCD均随培养时间的延长而增加,但不同生育时期AWCD最大值和生长趋势有所不同。土壤微生物多样性指数分析结果显示,OsPT4和‘日本晴’的Shannon多样性指数和Simpson优势度指数在全生育时期均表现为施磷处理高于不施磷处理;OsPT4的Shannon指数在分蘖期和拔节期差异显著,抽穗扬花期和成熟期则差异不显著,Simpson指数则表现为前3个生育时期差异不显著,而在成熟期出现显著差异;Os PT4和‘日本晴’的Mc Intosh均匀度指数均在分蘖期最大,且远高于其他3个生育时期;OsPT4的Mc Intosh指数在全生育时期均无显著差异。不同类型碳源利用显示,OsPT4和‘日本晴’均以糖类、羧酸类和氨基酸类为主要碳源。主成分分析显示,‘日本晴’呈聚集分布,OsPT4呈分散分布,表明二者在土壤微生物群落碳源的代谢利用上存在差异。综上所述,OsPT4与非转基因水稻相比,不同施磷条件和不同生育时期对土壤微生物群落活性、多样性指数、优势度指数和碳源主成分分布有所影响。     

入侵植物黄顶菊不同器官和不同发育阶段DNA表观遗传多样性变化特征

DNA甲基化是植物DNA普遍存在的一种表观遗传修饰方式,不仅在植物快速适应新环境中发挥重要的作用,还参与植物生长发育和器官分化特异性过程。本研究通过构建优化的甲基化敏感扩增多态性（MSAP）体系来分析入侵植物黄顶菊不同器官和同一器官不同发育阶段的组织甲基化变异特征。结果表明：器官特异性MSAP体系利用筛选的13对引物共扩增536条条带,其中引物EhHM7对表观遗传多样性贡献率最大,多态性百分比为92.45%;发育阶段特异性MSAP体系利用筛选的14对引物共扩增407条条带,其中EcHM1对表观遗传多样性贡献率最大,多态性百分比为80.56%。甲基化类型变异结果显示,黄顶菊不同器官（根、茎和叶）间以及同一器官不同发育阶段（老叶和嫩叶）的组织间均表现出显著的甲基化水平差异性,半甲基化、全甲基化和整体甲基化三种甲基化变异类型中茎组织的甲基化发生率最高,分别达到30.28%、19.37%和49.66%,老叶组织的全甲基化和整体甲基化率显著高于嫩叶组织,分别达到33.29%和52.77%。主成分分析结果显示,黄顶菊叶片个体分布较根、茎的个体分布更为密集,且嫩叶较老叶密集,表明根个体间和茎个体间均存在较大的差异,这种个体差异大于黄顶菊叶片的个体间差异,且老叶的个体差异大于嫩叶,这种个体间差异在样品采集时不可忽视。所以,在利用表观遗传学方法进行黄顶菊入侵性的研究中,必须要制定科学的采样方案,把植物器官和生长发育阶段特异性作为一个重要因素考虑在内。     

供氮水平和有机无机配施对夏玉米产量及土壤硝态氮的影响

通过大田试验研究了不同氮素水平下有机无机肥料配施夏玉米生育期内土壤硝态氮(NO3--N)的变化规律。结果表明,玉米产量主要受施氮量影响,不受有机无机配施影响;土壤的硝态氮含量随施氮量的增加而增加;有机肥与尿素配合施用,可保证土壤长期和短期的氮素的供应;增施有机肥可以协调土壤氮素的供应,降低土壤NO3--N含量,从而可减少对地下水的污染;夏玉米季的施氮安全值在200 kg/hm2较为适宜,且有机肥无机肥配比以3∶1为宜。     

黄顶菊入侵对土壤氨氧化古菌群落多样性的影响

为了明确入侵植物黄顶菊对土壤氮循环关键过程硝化作用的影响机制,本研究通过对其入侵地和未入侵地、根围土和根际土氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)的群落多样性分析,探讨了AOA对黄顶菊入侵的响应规律。结果表明:黄顶菊入侵增加了入侵地根围土AOA的多样性,AOA的Shannon指数表现为:入侵地根围土入侵地根际土未入侵地土壤,且差异显著。铵态氮含量与p H的变化都会影响土壤AOA的群落结构。系统发育树分析表明,土壤AOA主要隶属于氨氧化古菌的Nitrososphaera cluster。黄顶菊入侵导致的AOA的多样性水平的提升主要是由于入侵地氨氧化菌群种类增加所致。     

黄顶菊种子萌发过程中DNA甲基化的MSAP分析

为明确入侵植物黄顶菊Flaveria bidentis生长发育与DNA甲基化之间的相互关系,采用甲基化敏感扩增多态性(methylation sensitive amplification polymorphism,MSAP)方法研究了黄顶菊种子萌发过程中DNA甲基化的动态变化。结果表明,DNA甲基化与去甲基化两者共同调控黄顶菊生命初期的生长发育,且去甲基化的变化在种子萌发过程中占主导。筛选出的12对引物共扩增出998条MSAP条带,其中多态性条带为951条,多态性百分比为95.37%。黄顶菊种子萌发过程中胞嘧啶发生甲基化主要以双链甲基化形式为主,位点数为94个,而单链甲基化位点数仅为50个;多态性位点数占总位点数比率为48.95%,表明有近一半的位点发生了DNA甲基化和去甲基化的变化;发生去甲基化变化的多态性片段有73个,而发生甲基化变化的有21个,说明黄顶菊种子萌发阶段DNA甲基化的变化主要以去甲基化形式为主,且在萌发第4天后去甲基化数目持续快速上升。     

辽宁地区两种菊科入侵植物与本地植物光合特性比较

为明确外来植物生理生态学性状及其与其强入侵性的关系,本研究采用野外原位气体交换参数测定的方法,分析了菊科入侵植物豚草、三裂叶豚草与其共生本地植物紫菀光合特性和叶片性状的差异。结果表明,豚草、三裂叶豚草、紫菀3种植物的光饱和点(LSP)均高于800μmol·m~(-2)·s~(-1),且两种入侵植物的LSP显著高于紫菀,表观量子效率(AQY)则显著低于紫菀;3种植物的最大净光合速率(P_(nmax))大小顺序为豚草三裂叶豚草紫菀,其中,豚草和三裂叶豚草的P_(nmax)分别比紫菀高出151.28%、82.80%,且差异显著。两种入侵植物的比叶面积(SLA)、叶片的单位质量氮含量(N_(mass))、叶片单位质量磷含量(P_(mass))、光合能量利用效率(PEUE)、光合氮利用效率(PNUE)均显著高于紫菀,但3者叶片单位质量建成成本(CC_(_(mass)))差异不显著。综上所述,辽宁的两种菊科入侵植物相对于本地共生种来说有着较高的气体交换参数和叶片特性指标,且其光合特性和叶片特性也存在着密切的联系,表现在这些菊科入侵植物有着更高的P_(nmax)、PNUE、PEUE和水分利用效率(WUE)等光合特性指标和能量利用指标,使得入侵植物能够更有效地捕获和利用环境资源,成为其得以成功入侵的原因之一。     

转双价棉种植对土壤酶活性及土壤微生物的影响

转 Bt＋CpTI基因棉因其具有强有效的杀虫性能,近年来种植面积不断扩大,其种植对土壤生态系统的影响是环境风险评价的重要组成部分。本研究以转基因双抗虫棉sGK321和亲本同源常规棉石远321为研究对象,通过比较分析了不同生育期（苗期、蕾期、花铃期、吐絮期）转双价基因棉与其非转基因棉亲本在大田条件下种植13年后,根围土壤酶活性（脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶）变化和土壤可培养微生物（细菌、真菌、放线菌）数量的变化。结果表明,转双价棉与常规棉根际土壤脲酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性以及土壤可培养细菌、真菌、放线菌数量随生育进程的推进变化趋势一致。土壤细菌和放线菌数量在同一时期均无显著差异;土壤脲酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶和土壤真菌数量在一些时期差异明显,转双价棉脲酶苗期、碱性磷酸酶苗期和蕾期,土壤可培养真菌数量花铃期低于常规棉,土壤过氧化氢酶苗期、碱性磷酸酶花铃期高于同源常规棉。聚类分析表明,土壤酶活性和土壤微生物种群数量变化主要受生育期的影响,而转双价 Bt＋CpTI种植对土壤酶活性和微生物影响是有限的。     

施氮肥对草原生态系统影响的研究进展

氮是植物生长和发育必需的大量营养元素,是草地生产力主要限制性因素之一。本文综述了施氮对草原生态系统的影响研究进展,结果发现,目前施氮对草原生态系统的影响试验,多是针对某一具体草地类型短期的试验研究,具有很大的片面性,还没有得出普遍的规律和结论;以往的研究也主要是针对植物群落的地上部分,土壤生态过程变化成为施氮对草原生态系统的影响研究中的"瓶颈"。建议开展施氮对不同类型草原生态系统影响的定位试验,长期监测氮输入对草原生物多样性、生产力、土壤养分、土壤酶活性、土壤微生物多样性和土壤有机碳的影响过程,并加强植物和土壤生态系统整合研究,揭示我国不同类型草原生态系统氮输入阈值形成的机制及模式,对草原的可持续利用和管理具有重要的理论和实践意义。     

放牧与围栏内蒙古针茅草原土壤微生物生物量碳、氮变化及微生物群落结构PLFA分析

以内蒙古贝加尔针茅草原、大针茅草原和克氏针茅草原为研究对象,采用氯仿熏蒸法和磷脂脂肪酸（PLFA）分析方法研究了放牧与围栏条件下内蒙古针茅草原土壤微生物生物量和群落结构特征的变化情况。研究表明放牧与围栏草地土壤微生物生物量和群落结构差异显著。氯仿熏蒸法分析结果表明内蒙古针茅草原土壤微生物生物量碳的含量介于166.6-703.5mg·kg^-1之间,微生物生物量氮含量介于30.34-92.15mg·kg^-1之间,其中贝加尔针茅草原土壤微生物生物量碳、氮最高,大针茅草原次之,克氏针茅草原则最低。放牧条件下,贝加尔针茅草原、大针茅草原土壤微生物生物量碳、氮显著低于围栏草地,克氏针茅草原则无显著变化。PLFA分析结果显示,内蒙古针茅草原土壤微生物群落PLFAs种类、含量丰富,共检测出28种PLFA生物标记磷脂脂肪酸,并且以直链饱和脂肪酸和支链饱和脂肪酸为主,相对含量占总量的2/3左右,其中贝加尔针茅草原土壤微生物含量最丰富,其围栏样地土壤的PLFA含量达到27.3nmol·g-1,大针茅草原和克氏针茅草原依次降低。围栏条件下,各类型草原土壤细菌脂肪酸与总PLFA含量均显著高于放牧草地,真菌脂肪酸含量则因草原类型不同各有差异;放牧导致各类型草原革兰氏阳性细菌PLFAs/革兰氏阴性细菌PLFAs（GPPLFAs/GNPLFAs）比值显著降低,而除了克氏针茅草原,细菌PLFAs/真菌PLFAs比值则显著升高。PLFAs主成分分析表明,放牧和围栏处理对内蒙古针茅草原土壤微生物群落结构产生影响,且围栏处理的影响程度大于放牧处理。经相关分析表明,氯仿熏蒸法和PLFA分析方法之间有很好的一致性,且土壤微生物PLFAs与土壤有机质、全磷、硝态氮显著相关。