塔克拉玛干沙漠公路防护林不同咸水滴灌下土壤有机碳与无机碳垂直分布特征

干旱半干旱荒漠区是一个潜力巨大的碳汇,荒漠植被建设则进一步加速了其固碳过程。探究咸水滴灌条件下塔克拉玛干沙漠公路防护林土壤碳垂直分布特征及其影响因素,可为干旱荒漠区人工林碳储量的估算和可持续管理提供科学依据。选择沙漠公路沿线4.82~28.40g/L的4个高矿化度地下水滴灌的人工防护林,采集并分析了0~5m各层土壤有机碳(SOC)与无机碳(SIC)含量及碳密度的垂直分布特征及其与含水量、pH和土壤电导率(EC)间的相关关系。结果表明,SOC与SIC随土层深度的增加分别呈现“减-增-减”与“增-减-增”趋势,并最终分别在2m和3m以下土层趋于稳定;浅层(0~40cm)土壤有机碳密度(SOCD)和无机碳密度(SICD)分别比流沙地增加了73%~346%和1.5%~14.0%,5m深土层SOCD、SICD和总碳密度分别增加了8.3%~28%、5.4%~58%和8.3%~29.9%,其中SICD为SOCD的13.3倍;人工林SOC分布与含水量和EC呈正相关,SIC与含水量同样呈正相关,同时SOC与SIC间相关关系为正相关。总之,荒漠人工防护林建设显著提高了SOC与SIC储量,且灌溉水矿化度、土壤含水量和EC均对SOC和SIC储量及垂直分布产生不同程度的影响。     

杉木ClLAR基因的克隆及遗传转化拟南芥

为探究杉木种子发育过程中无色花青素还原酶(LAR)基因在类黄酮生物合成途径中对原花青素(PA)合成的分子调控机制,以杉木种子为试验材料,通过RT-PCR结合RACE的方法成功克隆到杉木ClLAR基因全长,该基因的cDNA全长为1625bp,具有1个1242bp的开放阅读框(ORF),编码413个氨基酸。构建pCambia3301-ClLAR植物表达载体,运用冻融法将重组质粒转至农杆菌GV3101,通过花序侵染法获得拟南芥转基因植株,利用Basta溶液和PCR验证筛选出阳性苗,确定目的基因ClLAR已整合至拟南芥基因组中。研究结果为深入分析杉木ClLAR基因调控PA合成的分子机制和ClLAR蛋白功能奠定了基础。     

畜禽粪便与秸秆厌氧-好氧发酵气肥联产碳氮元素变化研究

传统沼气工程的气肥联产工艺中,厌氧发酵产气与好氧发酵产肥互相独立,产气和产肥周期均较长、有机肥品质差,影响工程的高效运行。为缩短发酵周期、提高产气效率和有机肥品质,该研究将猪粪、鸡粪和秸秆混合进行15和30 d的干法厌氧发酵,将得到的沼渣添加秸秆辅料混合,分别设置65%和70%的发酵物料初始含水率进行15 d的高温好氧发酵,对比分析了不同厌氧-好氧发酵组合对产气和产肥的影响。结果表明:厌氧发酵阶段,混合物料的日产气率自发酵开始后逐渐上升,并在第8天达到最高峰,至第15天降至峰值的50%以下,此时累积产气量达到30 d发酵周期的71%,平均容积产气率达到1.91 m~3/(m~3?d),比发酵30 d平均容积产气率高41.5%。好氧发酵阶段,各处理组碳元素含量持续下降,氮元素含量先下降后增加,所得发酵产物均达到腐熟标准。采用15 d厌氧发酵所获得的沼渣进行好氧发酵,所得发酵产物的电导率、腐殖化程度和发芽指数均优于采用30 d厌氧发酵所获得的沼渣进行好氧发酵所得的发酵产物,同时总有机碳和总氮含量也较其分别提高了6.0%～21.7%和3.0%～10.2%,不同好氧发酵物料初始含水率对发酵产物的品质影响较不明显。因此,采用厌氧、好氧发酵周期均为15 d的组合,可缩短发酵周期、大幅提高产气效率和发酵产物的碳氮营养元素含量,有利于提高沼气工程运行效率和经济效益。     

不同耕作方式与增施有机肥对麦田土壤有机碳库及小麦产量的影响

为了解不同耕作方式与增施有机肥对麦田土壤有机碳库及小麦产量的影响,改善土壤质量,提高小麦产量,特设置本试验。在前6年定位试验基础上,以百农207为试验材料,采用二因素区组设计,设置深耕(DTF_0)、浅耕(STF_0)、免耕(NTF_0)、深耕有机肥(DTF_1)、浅耕有机肥(STF_1)和免耕有机肥(NTF_1)6个处理。结果表明,0～5 cm土层,与其他处理相比,NTF_1处理下土壤有机碳和土壤活性有机碳的含量较高;5～20 cm土层,STF_1处理下土壤有机碳和土壤活性有机碳的含量高于其他处理;40～60 cm土层,NTF_1处理下土壤有机碳和土壤活性有机碳含量均显著高于STF_1与DTF_1处理(P0.05)。就小麦产量及其构成因素而言,DTF_1处理下穗粒数、千粒质量和产量均最高。     

基于XGBoost-ANN的城市绿地净碳交换模拟与特征响应

为分析城市绿地净生态系统碳交换(Net ecosystem exchange,NEE)对环境因子的响应,利用涡度相关法测量了2013—2016年生长季白天的NEE数据,使用XGBoost以及ANN模型对NEE进行模拟和分析,并通过决定系数(R~2)、平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)和一致性系数(IA) 4个指标评价模拟精度。结果表明,当输入因子为光合有效辐射(PAR)、饱和水汽压差(VPD)、空气温度(Ta)、相对湿度(RH)、土壤温度(Ts)、风速(WS)、10 cm处土壤含水率(VWC10)时,模拟效果达到最优。其训练集精度R~2为0. 712,RMSE为4. 394μmol/(m~2·s),MAE为3. 129μmol/(m~2·s),IA为0. 911;测试集精度R~2为0. 748,RMSE为4. 253μmol/(m~2·s),MAE为2. 971μmol/(m~2·s),IA为0. 920。在考虑因子间相互作用后,环境因子对NEE的重要性排序从大到小依次为PAR、VPD、Ta、RH、Ts、WS、VWC10;就单环境因子而言,对NEE的重要性由大到小依次为Ta、Ts、RH。通过计算生态系统净生产力(Net ecosystem productivity,NEP,即-NEE)对主要环境因子(PAR、VPD、Ta)的偏导数可知,生态系统光合作用表观量子效率最大值为0. 087,并且当PAR大于1 200μmol/(m~2·s)时,其不再是影响光合作用的主要因素; VPD偏导数的变化趋势表明,VPD对植物光合作用的影响以抑制性为主,当VPD过大时,偏导数趋近于0,此时植物叶片气孔闭合,抑制光合作用; Ta偏导数的变化趋势说明,随着温度的升高,光合作用速率逐渐大于呼吸作用的速率。研究表明,基于XGBoost与ANN模型能够更为精确地模拟NEE动态,在相关环境因子中,PAR、VPD、Ta是影响NEE变化的主导因子,NEE对主要影响因子的生态特征响应趋势可为理解碳循环关键过程提供参考。     

上海市林地土壤有机碳分布特征及其与土壤理化性质的关系

土壤有机碳影响着全球气候生态系统的平衡。城市林地作为城市生态系统的重要组成部分,其碳含量和密度的高低是评价城市生态环境建设成功与否的关键。以上海市7种典型林地樟树Cinnamomum camphora林、阔叶混交林、其他软阔林、其他硬阔林、针阔混交林、水杉Metasequoia glyptostroboides林、经济林为对象,分析了不同林地、不同土层（0~10,10~30,30~100 cm）的有机碳质量分数和密度分布特征,并采用Pearson相关性分析方法和逐步剔除回归法探讨了有机碳质量分数与土壤基本理化性质的关系。结果表明:①上海市林地0~100 cm土壤有机碳平均质量分数从大到小依次为:其他软阔林、樟树林、经济林、阔叶混交林、水杉林、针阔混交林、其他硬阔林。各林地土壤有机碳质量分数在0~10和10~30 cm存在显著差异（P < 0.05）。除经济林,其余林地土壤有机碳质量分数在垂直方向上均表现为逐渐降低。②上海市林地0~100 cm土壤有机碳密度从大到小依次为:樟树林、其他软阔林、经济林、阔叶混交林、针阔混交林、水杉林、其他硬阔林。上海市林地0~30 cm土层有机碳密度对0~100 cm土层的贡献率较低。③上海市7种林地土壤有机碳质量分数与全氮和碱解氮呈极显著正相关（P < 0.01）,与电导率、全磷的相关性不显著。樟树林、其他软阔林、其他硬阔林、水杉林的土壤有机碳质量分数与容重显著负相关（P < 0.05）。阔叶混交林、其他软阔林、其他硬阔林的土壤有机碳质量分数与pH值呈显著负相关（P < 0.05）;樟树林、水杉林的土壤有机碳质量分数与速效磷显著正相关（P < 0.05）。除阔叶混交林、水杉林的土壤有机碳质量分数的主要影响因子为全氮,樟树林、其他软阔林、其他硬阔林和针阔混交林的土壤有机碳质量分数变化的主控因子为碱解氮。     

外源氮输入下土壤有机碳与土壤微生物生物量碳分形特征

研究江苏北部沿海地区杨树Populus deltoides ‘Ⅰ-35’人工林不同量氮输入下土壤总有机碳（TOC）质量分数、土壤微生物生物量碳（SMBC）质量分数的时间动态特征以及土壤TOC质量分数随SMBC质量分数变化的分形特征。试验设置5种施氮水平,分别为N₀（施氮0 g·m-2·a-1,对照）,N₁（施氮5 g·m-2·a-1）,N₂（施氮10 g·m-2·a-1）,N₃（施氮15 g·m-2·a-1）,N₄（施氮30 g·m-2·a-1）,于2015年4,6,8,10,12月各采集1次样品进行土壤性状理化分析,并引入分形理论对数据进行分析。结果表明:不同施氮水平处理下各个月份对土壤TOC质量分数影响极显著（P < 0.01）,土壤TOC质量分数随时间变化的分形维数（D）变化范围是1.805~1.949,D从大到小排序为N₃,N₂,N₄,N₁,N₀;在6月和10月,不同施氮水平处理对SMBC质量分数无显著影响（_P > 0.05）,在4月、8月、12月,施氮水平对SMBC质量分数影响极显著（P < 0.01）,SMBC质量分数随时间变化的D变化范围是1.728~1.963,D从大到小排序为N₂,N₃,N₁,N₄,N₀;不同施氮水平处理下土壤TOC质量分数随SMBC质量分数变化的D变化范围是2.207~2.342,D从大到小排序为N₃,N₂,N₄,N₁,N₀;不同月份土壤TOC质量分数随SMBC质量分数变化的D变化范围是1.650~6.149,D从大到小排序为6月、10月、4月、8月、12月。综上,N₂,N₃中等施氮水平处理下,土壤TOC和SMBC随时间变化以及土壤TOC随SMBC变化的复杂程度更高。研究区6月和10月土壤微生物的作用比较强烈,土壤TOC质量分数随SMBC质量分数变化更具随机性和复杂性。     

经营管理对森林土壤有机碳库影响的研究进展

森林土壤有机碳库在全球碳循环及减缓气候变暖中发挥着重要作用。施肥、火烧、采伐、林下植被管理、覆盖等营林措施改变了森林生态系统的生产力,显著影响了森林土壤的碳输入和碳输出。综述了主要营林措施对森林土壤有机碳库的影响及其机制,并探讨今后的研究重点。总体而言,施用有机肥、有机无机肥配施及生物质炭添加均可提高土壤有机碳含量。氮肥对土壤有机碳含量的影响存在增加、降低和无影响3种结果;火烧对土壤有机碳的影响取决于火烧后恢复时间、火烧温度、火烧强度、土层深度等因素;皆伐通过改变土壤温度、含水量、有机碳来源等因素,导致森林土壤有机碳含量下降;而间伐对土壤有机碳的影响则与间伐强度有关;去除林下植被及凋落物加快了土壤有机碳的分解,但林下植被的替代与添加则会提高土壤有机碳含量;覆盖提高了土壤有机碳含量,但导致有机碳稳定性下降。随着研究方法和观测手段的不断发展,今后应深入研究营林措施对土壤碳形态、结构和转化过程的影响;同时,更多关注人为管理和气候变化对森林土壤碳库产生的叠加效应。     

转大麦烟酰胺合成酶基因提高水稻逆境胁迫耐受性的研究

维持铁等金属离子的动态平衡是保持植物细胞功能正常的先决条件。烟酰胺合成酶基因在单子叶禾本科的缺铁胁迫应答反应中起着关键作用,它的催化产物烟酰胺(NA)是铁及其他二价金属离子在体内吸收和转运的重要载体,且能与Fe2+结合形成Fe2+-NA复合物,从而使植物在酸性土壤中免受铁毒害。利用农杆菌介导法,将大麦烟酰胺合成酶基因NASHOR1转入水稻台北309中,经PCR及PCR-Southern杂交检测,确定目的基因已经整合到水稻基因组中。铁、锰、铜和锌含量的检测结果显示:与非转基因对照植株相比,转基因植株的金属元素含量都明显提高,铜、锌、锰和铁元素含量分别增加了15%、80%、31%和44%,但铁、锰和锌元素增量在株系间差异较大。在干旱胁迫下,转基因植株的超氧化物歧化酶(SOD)活性和脯氨酸含量都高于非转基因对照植株的,暗示大麦烟酰胺合酶基因在一定程度上提高了水稻的耐旱性。     

农杆菌介导的油菜遗传转化研究进展

综述油菜遗传转化中再生体系的建立、农杆菌侵染方法、适宜菌株及载体选择等方面的研究进展,并对转化中寄主基因型、目的基因及其启动子的选择、筛选方法、外源基因稳定性等方面存在的问题进行了分析与讨论,为优化油菜等芸薹属的遗传转化提出可行性建议.