Roughness of biopores and cracks in Bt‐horizons assessed by confocal laser scanning microscopy

In structured soils, water and reactive solutes can preferentially move through larger inter‐aggregate pores, cracks, and biopores. The surface roughness of such macropores is crucial for describing microbial habitats and the exchange of water and solutes between macropores and the soil matrix together with other properties. The objective of this study was to compare the roughness of intact structural surfaces from the Bt‐horizons of five Luvisols developed on loess and glacial till and to test the applicability of confocal laser scanning microscopy. Samples of 5 to 10 cm edge length with intact structural surfaces including cracks with and without clay‐organic coatings, earthworm burrow walls, and root channels were prepared manually. The surface roughness of these structures was determined with a confocal laser scanning microscope of the type Keyence VK‐X100K. The root‐mean‐squared roughness (R_q) the curvature (R_cu) and the ratio between surface area and base area (R_A) were calculated from selected surface regions of interest of 0.342 mm² with an elevation resolution of 0.02 µm. The roughness was smaller for coated as compared to uncoated cracks and earthworm burrows of the Bt‐horizons. This reduction of roughness by the illuviation of clayey material was similar for the structural surfaces of the coarser textured till‐Bt and the finer‐textured loess‐Bt. This similarity suggested a dominant effect of pedogenesis and a minor effect of the parent material on the roughness levels of structural surfaces in the Bt‐horizons. An expected “smoothing” effect of burrow wall surfaces by earthworm activity was not reflected in the roughness values compared to those of uncoated cracks at the chosen spatial scale. However, for root channel walls from one loess‐Bt, the roughness was reduced as compared to that of other structures. These results suggest that the surface roughness of the structural surface types should separately be considered when describing preferential flow and macropore‐matrix exchange or analysing root growth, microbial habitats, and colloidal transport in structured soils. The confocal laser scanning microscopy technique was found useful for characterizing the roughness of intact structural surfaces.     

杉木凋落物及其生物炭对土壤微生物群落结构的影响

以福建建瓯万木林自然保护区内的杉木人工林土壤为研究对象,设置单独添加生物炭、单独添加凋落物以及混合添加凋落物和生物炭处理,进行一年的室内培养实验,研究不同添加物处理对土壤性质及微生物群落结构的影响。结果表明:与对照(S)相比,单独添加凋落物与混合添加凋落物和生物炭均使土壤磷脂脂肪酸(PLFA)总量、真菌丰度以及真菌/细菌比值显著增加;单独添加生物炭与混合添加凋落物和生物炭均使革兰氏阳性细菌/革兰氏阴性细菌比值显著增加。混合添加凋落物和生物炭处理的放线菌丰度显著高于单独添加凋落物处理的。主成分分析表明,不同添加物处理的土壤微生物群落结构存在显著差异;典范对应分析表明,不同添加物处理通过改变土壤p H、全碳、全氮、C/N、可溶性有机碳(DOC)和可溶性有机氮(DON)等性质,进而影响土壤微生物群落结构。     

高静压处理改善白果蛋白致敏性和功能特性

为了研究高静压处理对白果蛋白结构、抗原性及功能特性的影响,分别采用100,200,300,400,500,600和700 MPa的压力对白果蛋白进行处理,采用酶联免疫吸附检测法测定蛋白的致敏性,分别采用聚丙烯酰胺凝胶电泳,圆二色谱,荧光光谱和紫外吸收光谱检测白果蛋白分子量和构象的改变,功能特性的检测包括热稳定性和乳化特性。结果表明,高静压处理在300~700 MPa范围内可显著降低白果蛋白的致敏性(P0.05),同时高压处理后,白果蛋白能被分解为分子量为4~30 k Da范围内的小分子蛋白,此外,其二级结构中的α-螺旋和β-折叠结构被大量破坏形成无规则卷曲结构,其紫外吸收强度,表面疏水性和游离巯基含量明显提高(P0.05),高压对白果蛋白的致敏性影响与其结构变化密切相关,另外高压处理(300~700 MPa)可明显改善白果蛋白的热稳定性和乳化性能(P0.05)。因此,高静压技术可以作为一种降低白果蛋白致敏性和改善其功能特性的有效手段。     

羧甲基纤维素钠对土壤团粒结构及水分运动特性的影响

土壤改良剂的应用研究对改善土壤环境,促进作物生长有着重要意义。该文通过向土壤中添加不同质量的羧甲基纤维素钠(sodium carboxyl methyl cellulose,简称CMC),研究了不同含量的CMC对土壤团粒结构及水分运动的影响。结果表明:随着CMC含量的增大,土壤水稳性团聚体含量增大,土壤分形维数减小,土壤黏粒和粉粒比例减少,砂粒比例增多,黏粒和粉粒均与土壤分形维数呈正相关关系,砂粒与分形维数呈负相关关系,黏粒含量对土壤分形维数影响最为显著,土壤中0.1 mm的颗粒含量减少,而≥0.1 mm的颗粒含量均有不同程度的增加;随CMC含量的增大,土壤的入渗能力减弱,稳定入渗率显著减小,Philip公式中吸渗率减小,Kostiakov公式中的经验系数减小,经验指数增大;随着CMC含量的增大,土壤的持水能力增强,van Genuchten公式中土壤滞留含水率、饱和含水率及与进气值相关的系数均有所增大,形状系数逐渐减小。该研究对可为CMC的田间土壤改良应用提供理论依据。     

石油烃类污染物降解动力学和微生物群落多样性分析

为了探讨不同初始浓度石油污染土壤堆腐化修复机制,以石油降解菌剂和腐熟鸡粪为调理剂,研究了初始浓度分别为5 000(T1)、10 000(T2)和50 000 mg/kg(T3)的石油污染土壤堆腐化修复过程石油烃类污染物降解动力学特征和微生物群落多样性。结果表明:堆腐化修复过程石油烃类污染物降解符合一级反应动力学,反应常数分别为0.012、0.094和0.050 d-1,半衰期分别为6.79、7.37和13.86 d。整个堆腐过程石油烃类污染物平均降解速率分别为112.08、230.05和887.93 mg/(kg·d)。3个处理的孔平均颜色变化率(average well color development)和碳源利用率(除芳香烃类化合物外)随堆腐进程的推进逐渐升高,在堆腐中、后期达到最大,T3处理显著高于T1、T2处理。多聚物类和糖类代谢群是堆腐体系中的优势菌群。主成分分析表明3个处理的微生物群落差异显著(除第9天外),起分异作用的碳源主要是糖类和羧酸类。微生物群落的丰富度指数和均一度指数随堆腐进程的推进逐渐升高并在堆腐后期达到最大,与T1处理相比,T3处理分别高了0.21%和17.64%,差异达到显著水平(P0.05)。微生物群落优势度指数在中期达到最大,T1处理分别比T2、T3处理高2.12%和9.44%,3个处理间差异不显著(P0.05)。堆肥结束时3个处理的种子发芽指数(seed germination index,SGI)分别比堆腐初期提高了18.26%、20.42%和36.41%。该研究结果为黄土高原不同程度石油污染土壤堆腐化修复的应用提供参考依据和理论基础。     

宁波地区野生换锦花遗传多样性的ISSR分析

为了解宁波地区野生换锦花的生存状况及对目前环境的适应能力,本研究采用ISSR分子标记对6个野生居群的遗传多样性水平和遗传结构进行分析。结果表明,10条ISSR引物共扩增出74个条带,其中多态性条带67个,多态性位点百分比(PPL)为90.54%。宁波地区野生换锦花在物种水平上的遗传多样性较高,PPL为90.54%,Nei’s基因多样性(He)为0.2700,Shannon’s指数(Ho)为0.4144;但在居群水平上遗传多样性较低,PPL平均值为76.35%,He平均值为0.2517,Ho平均值为0.3800。基因分化系数(Gst)为0.0679,基因流(Nm)为6.8654。AMOVA分子变异分析结果表明,在总的遗传变异中,有95.85%的变异发生在居群内,仅有4.15%的变异发生在居群间。UPGMA聚类结果显示6个居群间的亲缘关系较近,其可分为两大类群,其中北仑、慈溪和象山3个居群组成一类;奉化、镇海和舟山3个居群组成一类。Mantel检验的结果表明,居群间的地理距离和遗传距离之间无显著相关性。本研究结果为宁波地区野生换锦花种质资源的保护及合理开发利用提供了理论依据。     

陇南山地土地利用结构动态演变分析

以土地利用变更调查数据为基础,借助信息熵原理分析了陇南市1996-2008年土地利用结构的时间演变规律及空间差异特征。结果表明:研究区土地利用结构信息熵经历了3个发展阶段:即缓慢增长期、显著下降期和快速回升期,熵值在波动中趋于降低,土地利用系统向低水平的有序状态发展。信息熵的区域差异显著,且变化趋势各异,除武都区与两当县的土地利用系统趋于稳定外,其余各县尚处于显著变化中。     

三江平原地区不同有机物料腐解规律的研究

利用网袋法模拟田间还田方式, 研究不同还田方式下玉米、大豆秸秆的腐解特征。结果表明: 经过150 d的分解, 玉米和大豆秸秆残留率在33.7%~61.1%之间, 秸秆还田分解趋势为: 土埋处理>露天处理, 土埋玉米秸秆>土埋大豆秸秆, 露天条件下大豆和玉米秸秆分解速率一致。从细胞结构上看, 玉米秸秆随着还田时间的延长, 基本组织和维管束遭到破坏, 细胞壁变薄, 细胞内物质消失, 细胞排列疏松; 大豆秸秆组织结构变化不明显。露天和土埋处理各有机物料有机碳分解率分别为39.9%~48.9%、49.6%~65.8%, 土埋玉米和大豆秸秆腐解速度明显高于露天处理。两个处理氮、钾分解率无太大差异, 分别为51.1%~67.7%、74.6%~91.7%, 而磷素变化比较明显, 露天和土埋处理玉米秸秆的磷释放率平均比大豆秸秆高49.4%、56.7%。作为还田物料玉米秸秆要好于大豆秸秆。     

不同种植密度下的棉田小气候特点

为研究种植密度对田间小气候的影响,2008年在南疆阿克苏试验点,通过大田试验对不同种植密度下(9.0、13.5、18、22.5、27.0万株/hm2)棉田群体冠层不同层次的温度、空气相对湿度、土壤水分等要素进行了测定。结果表明:在所设置的密度范围内,棉花的株高在55～75cm,并且随密度增加株高降低;而茎粗、株宽、叶宽、果枝数等也有类似趋势。花期和吐絮期,棉花宽窄行的冠层空气温度均较高,最高均超过了31℃,并随当日时间先升后降,窄行温度高于宽行,冠层40cm处高于20cm处。相对湿度符合开口向上抛物线模型,花期较高且变化较小,中午时段最低只有40%,比见絮期高10个百分点以上;各处理以中间密度的相对湿度最为稳定,变化最小。土壤水分方面,密度小的处理地表蒸发严重,密度大的叶片蒸腾较多,因此,密度适中的处理土壤水分保持较好,变化范围较小。土壤15cm处地温,前期密度大的处理地温较高,中期受叶片遮荫影响而下降,但后期高密度处理温度又会升高,不过处理间差异不大,最高相差不过1℃。     

太湖流域农业结构多目标优化设计

该文运用线性规划模型,以农业面源污染削减、粮食及副食品供应安全和农业经济发展为多重目标,设置了流域6大分区农、牧、渔共72个变量,进行了太湖流域农业结构的优化设计。研究结果得到了流域及其6大分区不同农田利用方式、畜禽和淡水养殖结构的优化方案,可以在保证流域粮食及副食品安全和目前产值水平的前提下,达到农业面源污染35.1%的削减率。根据优化设计结果,提出了保持水田面积、旱地栽培大幅压缩,蔬菜生产设施化、园地生产保持稳定、猪与家禽养殖明显压缩、淡水养殖“压中有保”的太湖流域农业结构调整方向,并对不同分区的调整重点进行了分析。