重金属污染对土壤微生物影响的研究进展

重金属污染严重影响了土壤微生物的种类、生物量、种群结构以及生理生化性质。综述了重金属污染对土壤微生物生物量，微生物种群和群落结构等生态特征以及微生物生理生化特性的影响．阐述了土壤微生物对重金属的抗性机制，并进一步讨论了微生物对重金属污染土壤的修复机理和修复研究进展。     

Pb在小麦植株内吸收、分配和累积的研究

通过大田试验，研究了Pb在小麦植株中的吸收、分配和累积的动态变化规律。结果表明，在小麦整个生长过程中，不同部位Pb含量和Pb累积量随着时间的推移而变化，但从总体上看是根〉茎〉子粒。在灌浆末期，各部位Pb含量从大到小依次为：根〉废弃物〉叶〉茎〉叶鞘〉颖片〉穗轴〉子粒，地上各部位Pb累积量从大到小依次为：废弃物〉茎〉叶鞘〉颖片〉叶〉子粒〉穗轴。从结果还可以看出，小麦植株中较易富集Pb的部位是根、废弃物、茎和叶，而子粒中Pb含量和累积量均比较低。小麦在生殖生长阶段的Pb吸收量大于营养生长阶段；拔节一抽穗期和灌浆初期一灌浆中期Pb吸收量及吸收速率显著高于其他时期。     

贡嘎山冷杉林土壤CO_2释放的模拟研究

利用贡嘎山冷杉林1998年和1999年土壤CO_2通量对生物地球化学循环模型Forest-DNDC进行校准和验证,通过调整温度和湿度对土壤根呼吸影响的计算公式和对模型参数的本土化,提高了模拟值与真实值之间的吻合程度,尤其是提高了冬季土壤CO_2释放模拟的准确性.校准后使土壤CO_2日释放量模拟结果的平均误差((-e))和相对平均误差((-e)')分别下降了3.81 kg/hm~2和13.49%,绝对平均误差(M)和相对绝对平均误差(M')也同时降低;模型效率的Nash-Sutcliffe系数(Me)和冷模拟(利用默认参数)相比,也由0.651提高到0.683.模型验证结果表明,冷杉林土壤CO_2释放通量模拟值大体上能够与实际观测值的季节变化和日变化保持一致,在释放的量上也与实际观测值相当.     

藏北高寒草地土壤有机质化学组成对土壤CO2排放的影响

土壤有机质(Soil organic matter, SOM)是草地生态系统的重要碳库,但由于SOM形成的复杂性,长期以来对SOM化学组成特征的研究存在一定挑战性。本研究基于热裂解气相色谱–质谱联用(Pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry, Py-GC/MS)的方法,从SOM化学组成的角度分析了其对藏北高寒草甸和高寒草原两种高寒草地土壤CO_2排放的影响。研究结果显示:1)含氮化合物是两种高寒草地SOM化学组成中重要成分,分别占总SOM的38.0%和52.5%;2)多糖类和萜烯类在两种高寒草地SOM中差异性达到显著水平(P 0.05);3)通过分析两种草地SOM化学组成与土壤CO_2排放量之间的相关关系,发现多糖直接影响着土壤CO_2累积排放量,拟合方程为Y=86.76X+344.87(R~2=0.63, P0.05),式中Y为CO_2累积排放量,X为多糖类的相对含量;4)SOM化学组成中多糖类、含氮化合物和芳香烃物质与土壤中细菌、真菌、放线菌、革兰氏阴性细菌和革兰氏阳性细菌之间显著相关(P 0.05)。综上可知,高寒草地SOM化学组成直接关系着土壤微生物的数量和CO_2的排放过程,SOM的化学成分和化学组成可以在一定程度上直接用于预测土壤CO_2的排放特征。     

Cu在小麦不同部位的分配特征

以郑州9023为材料,研究了小麦不同生育期植株不同部位Cu的含量、累积量以及不同生育阶段的吸 收量。结果表明,在整个生长过程中,小麦不同部位Cu的吸收、分配和累积随着时间的推移而不断变化,至灌 浆末期,各部位Cu含量从大到小依次为根>叶、废弃物、颖片>叶鞘>籽粒>茎、穗轴,地上各部位Cu累积量 从大到小依次为籽粒>茎、颖片>废弃物、叶鞘>叶>穗轴,因此,在小麦植株中较易富集Cu的部位是根、籽 粒和颖片;小麦在拔节-灌浆中期Cu吸收量及吸收速率明显高于其他时期。     

Zn在小麦植株中吸收、分配和累积的动态变化规律

为了研究Zn在小麦植株中吸收、分配和累积的动态变化规律,以郑州9023为供试品种,测定了小麦不同生育期、不同部位的Zn含量。结果表明：小麦植株中分配Zn较多的部位是籽粒、根和茎,叶和叶鞘中Zn含量水平较低,由此可知,Zn是一种可移动的元素,易累积在生长旺盛的部位;灌浆期和拔节～抽穗期是植株吸收Zn最快的时期,其中吸收速率最高的为灌浆初期～中期,吸收速率最慢的是越冬～返青期,前者约为后者的136倍。     

藏北高寒草原典型物种凋落物分解与养分动态

凋落物分解在陆地生态系统碳循环和养分循环中起着重要作用,以往的研究主要集中在森林生态系统和温带草原生态系统,而对于高寒草原生态系统关注不足。本研究采用凋落物袋法,通过为期3年的野外分解试验,研究青藏高原北部高寒半干旱草原4种典型物种凋落物[紫花针茅(Stipa purpurea)、青藏苔草(Carex moocroftii)、火绒草(Leontopodium pusillum)、昆仑蒿(Artemisia nanschanica)]的分解动态。结果表明,4种凋落物的质量损失在不同物种和分解时间下存在显著差异,在试验结束时,各物种凋落物失重率大小顺序为昆仑蒿(46.69%)紫花针茅(44.97%)青藏苔草(33.55%)火绒草(17.05%);凋落物的分解常数在0.07～0.22,分解的半衰期在3.14～10.50年,分解的周转期在13.59～45.37年;分解过程中氮(N)、磷(P)养分主要表现为累积–释放和直接释放两种模式,在试验结束时,4种凋落物N、P养分的残留量均表现为火绒草青藏苔草紫花针茅昆仑蒿。本研究将丰富对高寒地区半干旱草原生态系统的生物地球化学循环过程的认识。     

土壤-小麦系统中5种重金属含量的相关分析

采用盆栽方法,对土壤和小麦三叶期地上部分、成熟期籽粒的Cd,Pb,As,Cu,Zn 5种重金属含量进行了相关分析,结果表明,三叶期地上部分和成熟期籽粒中5种重金属含量均随土壤重金属含量的增大而逐渐增大,其中,籽粒与土壤重金属含量之间具有极显著的二次函数回归关系,而籽粒与三叶期地上部分重金属含量之间有着极显著的直线回归关系;在土壤-小麦系统中,5种重金属在籽粒中的富集能力依次为:Zn>Cd>Cu>As>Pb。     

Zn2+胁迫下不同品种小麦籽粒萌发及幼苗Zn含量特征的研究

采用室内水培方法研究了不同浓度Zn^2＋胁迫对郑州9023、豫麦18、周麦16三个品种小麦籽粒萌发、幼苗生长的影响及幼苗Zn含量的分布特征，并对不同品种间的差异进行了分析。结果表明，随Zn^2＋胁迫浓度的增加，小麦籽粒的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数和幼苗的芽长、根长、芽重、根重均呈下降趋势，且Zn^2＋胁迫对小麦根的抑制作用明显大于对芽的抑制；同时小麦幼苗根和芽中Zn含量随胁迫浓度增大而增大；对不同品种分析发现，3个小麦品种籽粒对Zn^2＋胁迫的反应互不相同：郑州9023种子活力较高，从根向植株上端迁移Zn最少，对Zn胁迫耐受能力较强；周麦16种子活力低，但从根向植株上端迁移Zn较少，对Zn胁迫耐受能力最强；豫麦18种子活力虽然高，但从根向植株上端迁移Zn较多，对Zn胁迫耐受能力较差。     

基于热裂解气质联用(Py-GC/MS)技术的土壤有机质化学研究

土壤有机质(soil organic matter, SOM)是陆地生态系统的重要组成部分,在土壤元素的生物地球化学循环中扮演重要角色,植物源、微生物源和动物源有机残留物的微生物和物理化学转化导致了SOM化学成分的复杂性和多样性,进而使得解析SOM结构和组成具有一定的挑战性。近年来,热裂解气质联用 (pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry,Py-GC/MS)技术被广泛用于测定SOM的结构和化学组成,实现了对SOM化学成分的定性和半定量分析。本研究在分析SOM组成及来源的基础上,综述了目前基于Py-GC/MS技术研究SOM化学组成的研究成果,主要包括SOM化学组成和其来源的前体物质及特殊SOM化学成分解析,评估SOM的稳定性,探讨土壤物质循环过程,研究SOM对气候变化和土地利用方式的响应机制。研究表明:①不同生态系统SOM的化学组成存在一定差异,这是由于不同植物来源的化合物在土壤中的积累过程和初始凋落物的化学成分直接影响着SOM化学组成,②SOM化学组成和外界环境条件密切相关,影响SOM含量和动态过程的最重要因子是气候,它通过影响植被类型分布、光合作用物质生成量和土壤微生物活性调节SOM的化学组成,土地利用方式、野火、耕作方式等也影响着SOM的含量和组成。基于Py-GC/MS技术从SOM的本质,也就是SOM化学成分和化学组成角度揭示土壤生态过程及其对气候变化和人类活动的响应机制是未来的研究方向。图1参107