土地利用方式对万木林土壤氨氧化微生物丰度的影响

以我国亚热带地区典型花岗岩发育酸性红壤为研究对象,选取福建建瓯万木林自然保护区封禁保护下5种自然植被和1种人工种植植被土壤,采用荧光实时定量PCR(Real-time PCR)技术测定了土壤氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的群落丰度,采用15N稳定同位素成对标记和数值模型相结合的方法测定了土壤初级硝化速率。结果显示,长期封禁保护下的自然植被土壤pH低,土壤AOB数量偏低。人为种植和管理显著提高了土壤pH,促进了AOB的生长,其丰度比自然条件下提高了2个数量级,土壤初级硝化速率也显著提高,并与AOB数量存在显著的相关性,表明AOB是硝化作用的主要贡献者。5种自然植被条件下AOA的amoA基因拷贝数占泉古菌16S rRNA基因的比例都小于1%(0.01%～0.64%),在农业利用方式下上升到5.32%,表明并非所有泉古菌都具备氨氧化功能基因amoA,氮肥施用可能促进了氨氧化古菌的生长。     

稳定性氮同位素技术研究太湖梅梁湾区域营养盐差异

稳定同位素技术通常用于指示外源输入对环境的影响,采用该技术分析了太湖北部不同湖区悬浮颗粒有机物和浮游动物的碳氮稳定同位素比值的差异。结果表明,不同粒径的悬浮颗粒有机物和浮游动物稳定同位素比值存在显著的季节变化,夏季普遍高于冬季,其中δ13C高3.19‰~7.21‰,δ15N高4.20‰~9.36‰。各有机物δ13C不能有效区分各湖区的环境差异,而δ15N在各湖区存在显著差异。δ15N聚类分析显示,河口区由于受外源输入的影响,其δ15N显著低于其他湖区,单独聚为一类,而交汇处和湖心区影响较小,同河口区存在显著差异。整体来讲,总颗粒有机物和浮游动物δ15N同水体TP浓度呈显著正相关,同总溶解性无机氮浓度、铵根离子浓度呈显著负相关。可见,太湖北部悬浮颗粒有机物和浮游动物δ15N受环境营养盐差异的影响强烈,悬浮颗粒有机物δ15N可以作为指示湖区区域差异的有效指标。     

基于氢氧同位素的油茶果实生长高峰期水分来源量化

量化丘陵区油茶果实生长高峰期水分来源,对油茶林的科学灌溉和生态管理至关重要。该研究以3～5年生的幼年油茶为对象,利用氢氧稳定同位素,分析果实生长高峰期油茶木质部水和根系活动层土壤水的同位素组成,应用线性混合模型和贝叶斯混合模型（MixSIAR）量化油茶根系吸水来源。结果表明：在果实生长高峰期,油茶主要利用0～30 cm土层土壤水,相比第一生长高峰期（4-6月）,第二果实生长高峰期（7-8月）的油茶吸水深度有所增加,其中,0～30、>30～60和>60～100 cm的贡献率分别为51.3%、28.2%和20.5%,3个土层（单位体积）对油茶根系吸水的贡献量分别为149.6、81.1和58.7 mm。线性混合模型和MixSIAR模拟的各土层土壤水对油茶的贡献比例略有差异,但结论基本一致。该研究可为制定南方丘陵区幼年油茶适宜灌溉制度及促进林地水肥一体化建设提供参考。     

亚热带湿润区樟树吸水的土层来源及研究方法对比

以长沙地区针阔混交林内的樟树为对象,基于2017年3月至2019年9月降水、土壤水和樟树茎杆水稳定同位素观测数据,利用直接比较法、水线法(δ~2H和δ~(18)O的线性关系)、Iso-Source模型和MixSIR模型,分析了樟树吸收水分的土层来源的季节变化,并比较4种方法的优缺点,旨在为植物水分利用来源研究提供新思路。结果表明:在判别樟树吸收水分的土层来源中,4种方法的判别结果基本一致。观测期内,樟树吸水层位存在明显季节变化。在2017年3—6月、2017年10月至2018年6月、2018年10月至2019年6月的湿润期,樟树分别主要利用0—20,0—40,0—20 cm土层的土壤水。在2017年、2018年、2019年的干旱期(7—9月),樟树分别主要利用20—60,0—60,60—100 cm土层的土壤水。在各层土壤水稳定同位素组成不存在明显差异时,水线法可很好地揭示樟树吸收水分的土层来源,而其他方法均无法判别樟树吸水层位。Iso-Source模型分别基于δ~2H和δ~(18)O计算得到的樟树主要吸水层位及其利用比例均存在一定差异,相比之下,MixSIR模型分别根据δ~2H和δ~(18)O计算得到的樟树主要吸水层位基本一致,且利用比例较接近。综上,在植物水分利用来源的定性判别中,适宜将直接比较法和水线法相结合进行分析;而在植物水分利用来源的定量研究中,MixSIR模型较Iso-Source模型更优。     

典型岩溶地下河系统不同水体中硝酸盐时空分布规律及其影响因素分析

岩溶地下河在西南地区分布极广,作为当地重要的生活和生产水源,近年来遭受了不同程度的污染,其中硝酸盐污染是岩溶地下河面临的最突出最普遍的问题之一。且由于岩溶地区含水层的高度非均质性,使得硝酸盐的分布及其形成规律很难通过模拟手段揭示。本文选取广西柳州市大良镇官村的典型岩溶地下河系统作为研究对象,分别于丰水期和枯水期系统采集不同水体样品。通过水化学及氢氧同位素示踪和统计分析等方法,分析硝酸盐浓度及稳定同位素的变化特征。结果表明,该岩溶地下河系统中,丰水期和枯水期硝酸盐浓度变化趋势一致,上湖洞到下湖洞段硝酸盐浓度逐渐升高,下湖洞到地下河出口硝酸盐浓度呈降低趋势;水体明显受到人为活动的影响,水体中的硝酸盐主要来自农业源和生活源,农业源的输入对水体中硝酸盐浓度的影响较强;由于不同季节地下河系统硝酸盐来源的差异及补给水的不同,使地下河系统不同水体的氢氧同位素特征和硝酸盐浓度分布呈现明显的季节性差异,丰水期水体中硝酸盐平均浓度大于枯水期硝酸盐平均浓度;受外源硝酸盐输入、不同补给水的混合作用及还原作用的影响,岩溶地下河系统中不同水体的硝酸盐浓度分布亦呈现明显的空间差异性。本研究通过示踪的方法分析了硝酸盐在岩溶地下河系统中的时空分布规律及其影响因素,对岩溶地区面源污染防治策略的形成具有重要意义。     

外源碳输入对华北平原农田和湿地土壤有机碳矿化及其温度敏感性的影响

研究外源碳输入和气候变暖对土壤有机碳矿化的影响,对于深入理解土壤有机碳的稳定和积累机制以及其对全球变化的响应具有重要意义。通过为期35 d的室内培养试验,利用~(13)C稳定同位素标记技术,研究了华北平原典型农田和湿地土壤在15℃和25℃下的土壤有机碳矿化及激发效应。结果表明,土地利用类型(农田/湿地)、温度(15℃/25℃)和葡萄糖添加[0.4mg(C)·g~(-1)]对土壤有机碳矿化均具有显著影响。在相同培养温度下,未添加葡萄糖的农田和湿地土壤有机碳矿化无显著差异,而添加葡萄糖处理下农田土壤有机碳矿化显著高于湿地土壤。除湿地土壤在15℃下培养外,添加葡萄糖显著促进了农田和湿地土壤有机碳矿化,农田土壤有机碳矿化的激发效应显著高于湿地土壤。温度升高显著促进了农田和湿地土壤有机碳矿化,培养过程中土壤有机碳矿化温度敏感性Q10为1.2～1.6,土地利用类型和葡萄糖添加对土壤有机碳矿化温度敏感性的影响都不显著。在温度升高和外源碳输入的共同作用下,农田土壤有机碳矿化显著高于湿地土壤。     

Evaluation of Salt Tolerance and Its Relationship with Carbon Isotope Discrimination and Physiological Parameters of Barley Genotypes

Soil management through the cultivation of salt-tolerant plants is a practical approach to combat soil salinization. In this study, salt tolerance of 35 barley (Hordeum vulgare L.) genotypes was tested at four salinity levels (0, 100, 200, and 300 mM NaCl in Hoagland nutrient solution) at two growth stages (germination and vegetative). The relationship between salinity tolerance and carbon isotope discrimination (CID) was also accessed. Results of the study carried out under laboratory conditions showed that a negative linear relationship was observed between salt concentration and germination as well as other growth parameters. Some genotypes showed good salt tolerance at germination but failed to survive at seedling stage. However, five genotypes, namely, Jau-83, Pk-30109, Pk-30118, 57/2D, and Akermanns Bavaria showed better tolerance to salinity (200 mM) both at germination and at vegetative growth stage. The salt tolerance of these barley genotypes was significantly correlated with minimum decrease in K⁺:Na⁺ ratio in plant tissue with increase in the root zone salinity. However, the case was reversed in sensitive genotypes. CID was decreased linearly with increase in root zone salinity. However, salt-tolerant genotypes maintained their turgor by osmotic adjustment and by minimum increase in diffusive resistance and showed minimum reduction in CID (Δ) with gradual increase in rooting medium salt concentration. Results suggested that the tolerant genotypes make osmotic adjustments by selective uptake of K⁺ and by maintaining a higher K⁺:Na⁺ ratio in leaves. Moreover, CID technique can also be good criteria for screening of salt-tolerant germplasm.     

亚热带典型植物水分利用来源变化的水稳定同位素分析

旨在揭示亚热带湿润地区不同植物水分利用来源和了解区域森林系统水文循环过程,以长沙地区典型常绿植物樟树、刺杉和野茶花为研究对象,利用稳定同位素技术及Iso-source混合模型定量分析不同植物水分利用特征及其对降水的响应。结果表明:在2018年9月至2019年2月的观测期内,0-10 cm土壤水中δD与降水中δD的变化趋势基本一致,均随时间变化逐渐偏正。随深度的增加,土壤水中δD受降水影响的程度逐渐减小并趋于稳定。在9-11月,3种植物对降水响应程度低,植物茎杆水中δD并未随降水中δD表现出明显偏正的趋势,在12月至翌年2月,3种植物对降水响应明显,植物茎杆水中δD与降水中δD变化趋势一致。观测期内3种植物水分利用深度均随时间变化由深变浅。在9月,3种植物主要利用60-100 cm土壤水,利用比例均超过65%。在10-11月,3种植物水分利用状况存在显著差异,樟树对0-10,10-20,20-60,60-100 cm 4个土层的水分利用较均匀,利用比例分别为28.2%,23.5%,22.0%,26.3%;刺杉主要利用0-10,60-100 cm土壤水,利用比例分别为56.4%和22.2%;林外野茶花主要利用0-20 cm浅层土壤水,利用比例为67.4%。在12月至翌年2月,3种植物主要利用0-10 cm土壤水,利用比例均在70%以上。     

碳氮稳定同位素检测能力的验证——2013年实验室间比对分析结果的汇总

稳定性同位素示踪技术,特别是碳、氮稳定性同位素已广泛地应用于农业化学、地球化学和环境化学。碳、氮同位素比值的质谱检测结果直接关系到示踪试验的可靠性。在目前缺乏富集碳、氮同位素的标准物质的条件下,通过实验室间的比对可以验证各实验室对碳、氮同位素比值检测能力、检测结果的准确性和可比性。我所在2013年组织和实施了一次由全国14个单位的检测实验室共17台仪器参加的农业、生态和环境样品中碳氮百分含量及其稳定性同位素比值的实验室间比对。我所制备了多种被检测的样品,有含碳氮的化学肥料、土壤和植物样品;在稳定性同位素富集度上,有自然丰度的和不同富集程度的同位素样品。除固体样品外,还有3种不同丰度的N2O和CO2气体样品。在进行检测结果的统计和评价时,采用Z比分衡量各实验室检测结果的可信度。本文汇总了2013年实验室间比对的结果。     

Soil N Losses by Denitrification Evaluated Using the 15N Tracer Method

Molecular nitrogen (N₂) and nitrous oxide (N₂O) generated by denitrification increase N losses in the soil–plant system. This study aimed to quantify N₂ and N₂O from potassium nitrate (K¹⁵NO₃) applied to soils with different textures and moisture contents in the absence and presence of a source of carbon (C) using the ¹⁵N tracer method. In the three soils used (sandy texture (ST), sandy clay loam texture (SCLT), and clayey texture (CT)), three moisture contents were evaluated (40%, 60%, and 80% of the water holding capacity (WHC)) with (D⁺) and without (D^?) dextrose added. The treatments received 100 mg N kg^?1 (KNO₃ with 23.24 atom% ¹⁵N). N₂ emissions occurred in all of the treatments, but N₂O emissions only occurred in the D⁺ treatment, showing increases with increasing moisture content. SCLT with 80% WHC in the D⁺ treatment exhibited the highest accumulated N emission (48.26 mg kg^?1). The ¹⁵N balance suggested trapping of the gases in the soil.