模拟氮沉降对杉木人工林(Cunninghamia lanceolata)土壤酶活性及微生物群落功能多样性的影响

在杉木人工林中开展模拟氮沉降试验,设计N0(对照)、N1(N 60 kg/(hm2.a))、N2(N 120 kg/(hm2.a))和N3(N 240 kg/(hm2.a))等4个氮沉降水平。通过连续7年的处理后,研究了外加氮源对土壤酶活性及群落功能多样性的影响。相同氮沉降处理下,参与土壤碳循环的6种主要酶(蔗糖酶、纤维素酶、淀粉酶、β-葡糖苷酶、多酚氧化酶、过氧化物酶)活性、土壤微生物群落碳源利用能力和多样性指数与均匀度指数均随土层加深而降低。氮沉降对纤维素酶和多酚氧化酶具有促进作用,而对淀粉酶和过氧化物酶表现出一定的抑制作用;中?低氮沉降(N1、N2)对蔗糖酶无影响,而对β-葡糖苷酶具有促进作用,高氮沉降(N3)促进了蔗糖酶活性,但抑制了β-葡糖苷酶活性。各土层中,低氮处理(N1)促进了微生物群落碳源利用能力和多样性指数与均匀度指数的增加,而中?高氮处理(N2、N3)则呈抑制作用。主成分分析表明,土壤微生物群落利用的主要碳源为碳水化合物和羧酸,不同氮沉降处理碳源利用类型存在差异。因此,氮沉降促进了表层土壤纤维素酶、多酚氧化酶和蔗糖酶的活性,但在一定程度上抑制了淀粉酶、过氧化物酶和β-葡糖苷酶活性;氮沉降增加改变了杉木人工林土壤微生物群落的功能多样性。     

模拟氮沉降对水稻生长、产量及光合特性的影响

田间试验研究4种水平的模拟氮沉降(即N0、N1、N2、N3、N4,施氮量分别为0、3、6、12、24 g/(m2.a)对早稻品种"岳优463"不同生长发育阶段的影响。结果表明,氮沉降对水稻的生长、产量及光合作用有一定的促进作用。经高氮沉降(N4)处理,水稻株高、光合速率在分蘖期分别比对照(N0)增加了45.6%和49.5%,在乳熟期比对照增加了6.4%和28.9%。氮沉降对水稻叶绿素a、叶绿素b和叶绿素(a+b)含量均表现为促进作用。乳熟期N1、N2、N3、N4的叶绿素(a+b)比N0增加了34.9%、51.5%、111.3%和143.6%。中高氮处理(N3,N4)对水稻产量的促进作用较为显著,N1、N2、N3、N4的产量分别比N0增加了1.3%、6.2%、13.0%和42.6%。随施氮水平的增加,秕谷率也增加,而产量指数和籽粒大小呈下降趋势。     

生物质炭配施有机肥对旱地红壤酶活性及其微生物群落组成的影响

研究生物质炭配施有机肥对旱地的土壤养分的影响,可为旱地农作物的土壤改良提供理论依据。针对中亚热带第四纪红黏土发育的旱地红壤,本研究通过室内培养试验,向土壤中施用生物质炭配施有机肥,探索土壤微生物生物量碳和氮(MBC、MBN)、酶活性（脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶）和微生物群落组成的变化。试验共设置5种处理,分别为对照(CK,0 g/kg)、水稻生物质炭配施有机肥(RM,50 g/kg)、玉米生物质炭配施有机肥(CM,50 g/kg)、小麦生物质炭配施有机肥(WM,50 g/kg)和单施有机肥(M,40 g/kg)。为尽量消除误差,试验数据采用归一化处理,即实测值减CK值后除以各处理所添加的C、N量。结果表明：生物质炭配施有机肥(RM、CM、WM)处理均显著降低了旱地红壤MBC、MBN含量、脲酶活性和总PLFAs量,以WM处理的降幅最大,降幅分别是单施有机肥（M处理）的33.89%、69.03%、47.62%和23.30%;RM处理显著提高了蔗糖酶和过氧化氢酶活性,升幅分别是M处理的91.49%和28.94%。相比单施有机肥,生物质炭配施有机肥降低了土壤总PLFAs含量（平均为-16.89%）、真菌PLFA (-38.17%)、土壤真菌PLFA/细菌PLFA比值(F/B)(-40.63%)和土壤革兰氏阴性菌PLFA/革兰氏阳性菌PLFA比值(G^-/G⁺)(-4.3%),而提高了土壤细菌PLFA (+5.18%)、Shannon-Wiener多样性指数(+0.38%)和土壤细菌压力指数(BSI,+11%)。主成分分析表明RM处理与其他处理之间差异较大。综之,不同物料生物质炭配施有机肥引起土壤微生物量、酶活性和微生物群落组成的变化差异较大,其中影响最大的是水稻生物质炭配施有机肥处理,可为温室气体减排提供参考。     

氮沉降对杉木人工林凋落物大量元素归还量的影响

通过野外模拟试验,研究了杉木人工林(Cunninghamia lanceolata)凋落物养分归还对氮沉降增加的响应。试验设计为4种处理,分N0(对照)、N1、N2、N3共4种处理,N沉降量分别为0,60,120,240kg N/(hm2.a)。每处理重复3次。通过3a监测发现,经N0、N1、N2、N3处理,N元素平均年归还量分别为8.49,8.51,9.57,9.37kg/hm2,P分别为0.74,0.68,0.73,0.72kg/hm2,K分别为3.57,3.93,4.02,3.98kg/hm2,Ca分别为6.81,6.96,6.76,7.12kg/hm2,Mg分别为2.12,2.22,2.08,2.30kg/hm2,相对于N0处理,各水平的氮沉降处理在3a时间里表现为提高凋落物N归还量的作用,但是增长幅度有下降的趋势,对P元素归还有抑制作用,对K、Ca、Mg元素先期表现为促进其归还量的作用,但在后期逐渐有呈抑制的趋势。各处理凋落物5种元素归还量均在2,4,7月出现3个明显的归还高峰期,最大值均出现在7月份。     

植物叶片水平δ13C与水分利用效率的研究进展

水分限制可能因全球气候变化加剧成为限制植物生产力的主要原因,因此,如何提高植物水分利用效率(WUE)是未来一个主要研究目标。WUE能够反映植物-土壤-大气之间的碳水循环的耦合状况,研究WUE有助于了解陆地生态系统碳水耦合机制。稳定性碳同位素技术已成为研究生态系统养分循环最有效的方法之一,也被利用到植物水分利用效率中。研究表明,植物叶片的稳定碳同位素比值(δ13C)是植物长期水分利用效率(WUE)的良好指标。本文综述了δ13C表征WUE的机制,植物δ13C和WUE的影响因子(包括:叶片结构性状、植物生理生态、气候因子、基因控制和遗传变异),分析了水分胁迫及酸沉降条件下植物的δ13C和WUE变化特征,并对全球气候变化下植物δ13C和WUE的研究进行了展望。指出气孔导度、比叶面积、叶片氮含量、细胞间CO₂浓度和大气CO₂浓度等因子可直接或间接作用植物的光合速率和蒸腾速率,从而引起WUE的变化。一般情况下,植物在干旱条件下具有更高的WUE和更低的δ13C,长期酸沉降下植物的气孔导度和光合作用均会下降,氮的输入可以通过改善水分利用效率来提高植物的生产力。建议为更清晰地认识全球气候变化,在利用稳定性同位素技术进行WUE研究过程中,需要突出数量性状基因座(QTL)、碳酸酐酶、水孔蛋白和光合羧化酶的大小亚基基因在遗传控制方面起到的关键作用,加强多时空尺度的关联研究,探索双重稳定同位素(δ13C、δ18O)概念模型的应用。      

连续年龄序列桉树人工林凋落物分解的研究

通过野外定位监测和取样分析,研究了连续年龄序列(3 a,4 a,5 a,6 a)桉树人工林的叶凋落物分解及养分释放动态。结果表明,经过390 d分解后,不同龄级桉树人工林凋落物的残留率分别为31.11%,28.37%,36.70%和46.99%,年平均分解系数分别为0.962 0,0.956 8,0.793 0和0.628 6,周转期分别为3.03,3.07,3.54,4.66 a,说明随着林木龄级的增加凋落物的分解速度逐渐下降。在凋落物分解过程中,N、P、K、Ca、Mg、Mn、Zn和Fe元素,均体现出比较明显的淋溶-富集-释放模式。各年龄段桉树林凋落物N元素的周转期分别为1.65,1.95,2.39,2.96 a,P为1.82,1.48,2.35,3.05 a,K为0.95,1.31,3.27,2.80a,Ca为3.39,2.74,3.49,3.29 a,Mg为1.27,2.03,3.66,2.33 a,Mn为1.98,1.01,2.67,3.38 a,Zn为2.74,1.83,2.92,4.03 a,Fe为2.96,1.07,2.84,3.19 a。从各元素的周转时间可以看出,N、P、K元素的周转速度较快,说明这些元素易淋溶,能更快地归还林地以供应林木生长的需要。     

红壤恢复林地微团聚体形成与稳定的影响机制研究进展

微团聚体是土壤团粒结构的基本组成单元,较大团聚体具有更强的稳定性,其形成与稳定对于土壤有机碳的长期吸存起着决定性作用。目前关于微团聚体形成与稳定性的研究多专注于农业土壤,红壤侵蚀地植被恢复后土壤团聚体稳定性、有机碳分布及微生物群落特征研究也主要集中在大团聚体上,而土壤微团聚体的动态变化及其主要影响因素尚不明确,对于其内在机制更缺乏了解。通过总结土壤微团聚体的形成过程及稳定性,综述了凋落物、根系和菌根对土壤微团聚体形成与稳定的影响,阐述了土壤微团聚体内微生物群落、化学结合态有机碳及有机碳结构是土壤有机碳稳定的重要机制,并提出了未来微团聚体研究方向,以期揭示红壤侵蚀退化地森林恢复过程中微团聚体形成和稳定的生物化学机制,从而为深入阐明有机质—土壤团聚结构—微生物—化学耦合作用和森林土壤碳吸存机制提供参考。     

致死性干旱对8种树种幼苗非结构性碳水化合物的影响

未来极端干旱的强度与频率将增加,势必影响树木的生长与生存。然而,非结构性碳水化合物(nonstructural carbohydrate,NSC)的含量变化对树木死亡的贡献尚不清楚。本研究以亚热带地区常见落叶树种（无患子、枫香）和常绿树种（深山含笑、苦槠、木荷、青冈栎、杜英、樟树）为研究对象,设置对照（CK）和致死性干旱（D）两个处理,研究干旱死亡时各树种的非结构性碳水化合物[包括可溶性糖(soluble sugars,SS)和淀粉(starch,ST）]含量差异。结果显示:致死性干旱胁迫下,深山含笑、苦槠、杜英及樟树的叶、茎、根的可溶性糖的含量下降;枫香、深山含笑、苦槠及青冈栎的叶、茎、根的淀粉含量下降;深山含笑、苦槠、青冈栎、杜英及樟树的叶、茎、根的非结构性碳水化合物含量下降。而无患子的叶、茎、根与木荷的叶、根却显示非结构性碳水化合物积累。本研究结果表明,大部分受试树种在干旱死亡过程中可能受到一定程度“碳饥饿”威胁,但存在树种与器官间的差异。另外,落叶树种与常绿树种之间的非结构性碳水化合物干旱响应差异不明显。     

基于多媒体教学的《保护生物学》通识任选课教学改革研究

分析了在《保护生物学》课程中利用多媒体技术进行教学时应该注意的问题,根据当前社会现状进行调整,提出了4个方面的教学改革措施：优化教学内容,增加课堂容量,激发学生的求知欲;拓宽教学时空,增加知识汇集,提高教学效率;理论与实践相结合,优化教学过程;教学与科研互动,提升教学效果.     

生物炭减缓农业生态系统土壤N2O排放的研究进展

为进一步厘清生物炭在减缓农业生态系统土壤N₂O排放的作用和机制,本研究基于CNKI、Springer、Wiley和Science Direct数据库,以“生物炭”、“农业生态系统”、“N₂O”为关键词,搜索2008—2021年相关文献,并进行了总结和归纳。结果表明:土壤N₂O可通过多种微生物过程产生,其中硝化作用和反硝化作用是主要过程,硝化细菌反硝化、硝态氮异化还原成铵、化学反硝化等非生物过程也可产生N₂O;生物炭添加对土壤N₂O排放影响的结论不一,多数研究认为生物炭有利于减少土壤N₂O的排放,少数认为生物炭刺激了土壤N₂O的排放或对其无影响;提出了生物炭减缓土壤N₂O排放机制(生物炭本身理化性质的差异、生物炭影响土壤理化性质和氮转化过程);并分析了生物炭降低堆肥土壤N₂O排放的潜力和生物炭促进酸性土壤的植物生产力。最后,基于上述研究提出三点展望:有必要建立生物炭特性数据库;系统性的加强生物炭在N₂O减排潜力的估算;进行长期野外田间试验的必要性。