氮磷添加对黄河三角洲盐地碱蓬光合特性和抗氧化系统的影响

【目的】研究氮磷添加对黄河三角洲盐地碱蓬光合特性和抗氧化系统的影响。【方法】以盐地碱蓬为研究对象,通过野外控制试验进行裂区设计,以氮添加为主区(0、5、15和45 g/m^(2))、磷添加为副区(0和1 g/m^(2))设置8个处理,探究其对盐地碱蓬生长、光合特性和抗氧化系统的影响。【结果】氮添加可显著增加盐地碱蓬的生物量和株高,且与磷添加有显著的交互作用,其中氮添加量为45 g/m^(2)且配施磷处理的株高和生物量最高。添加磷时,氮添加量为45 g/m^(2)处理的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量较其他氮处理分别显著增加84.0%~408.4%、99.0%~499.6%和71.9%~269.9%;氮添加可显著提高叶片的净光合速率,且氮与磷在叶绿素含量、蒸腾速率和叶片水分利用效率上存在显著的交互作用。无论是否添加磷,氮添加量为45 g/m^(2)的处理可显著提高叶片的过氧化物酶活性,且氮与磷对超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性存在显著的交互作用。【结论】氮磷添加可有效提高盐地碱蓬的叶绿素含量、光合作用和抗氧化酶活性以适应盐碱生境,进而促进其生长发育。

黄河三角洲滨海湿地退化和恢复对芦苇光合特征的影响

湿地在全球生态系统碳循环过程中发挥着重要作用。探究了黄河三角洲滨海湿地在退化恢复过程中芦苇净光合速率等参数的变化,及影响芦苇净光合速率的土壤和植物因素。恢复的滨海湿地表层土壤含水量和氮含量显著增加,土壤电导率显著降低,表明滨海湿地恢复有利于土壤水盐条件和氮营养的改善。与退化湿地相比,恢复湿地显著提高了芦苇叶片的生理性状,包括净光合速率、气孔导度、胞间CO 2浓度、蒸腾速率以及水分利用效率。在滨海湿地退化和恢复过程中,芦苇的净光合速率正相关于土壤含水量、总氮以及叶片其他指标,而负相关于土壤电导率,表明滨海湿地恢复导致的水盐条件和营养改善促进了芦苇的光合作用,进而导致地上生物量碳固持的增加。本研究通过探究滨海湿地动态变化对植物光合作用的影响,为提高滨海湿地生态系统碳固持提供了理论参考。

森林次生演替过程中有机质层和矿质层土壤微生物残体的变化

微生物对土壤有机质(SOM)转化和形成具有重要作用,然而微生物残体对SOM贡献的评估仍是目前的热点。以长白山5个森林次生演替序列(20 a、80 a、120 a、200 a和≥300 a)和2个土壤深度(0~5 cm有机质层和5~15 cm矿质层)为对象,利用氨基糖和中红外光谱技术,探究森林次生演替过程中微生物残体变化及其对土壤有机碳(SOC)的贡献。森林次生演替序列80~200 a显著增加了有机质层和矿质层微生物残体含量及其对SOC的贡献,而在演替300 a均显著降低。森林演替80~200 a有机质层和矿质层土壤芳香族碳组分/多糖较低,有利于微生物生物量碳(MBC)产生和微生物碳利用(高的MBC/SOC),促进微生物残体积累及其对SOC的贡献;而演替300 a芳香族碳组分/多糖较高,抑制MBC产生和微生物碳利用,导致微生物残体及其对SOC贡献的下降。SOC含量差异导致不同土壤深度微生物残体含量的变化,有机质层高的SOC产生高的MBC,进而刺激微生物残体积累;此外,有机质层难利用SOM组分高于矿质层,导致真菌残体对SOC的贡献比例下降,而细菌残体的贡献增加。

底物添加对森林2个不同演替阶段土壤氨基糖动态的影响

以鼎湖山马尾松林和季风林2个演替阶段的土壤为研究对象,采用室内恒温(25℃)培养,研究了葡萄糖和不同数量无机氮施入对土壤氨基糖(氨基葡萄糖、氨基半乳糖和胞壁酸)动态的影响,并利用氨基葡萄糖和胞壁酸的比值探讨了真菌和细菌残留物在碳氮固持过程中的相对贡献。结果表明:在整个培养期间,季风林土壤氨基糖总量显著高于马尾松林,尤其在培养初期,增幅远高于马尾松林;在培养后期,马尾松林土壤氨基糖含量下降幅度高于季风林。底物添加对不同微生物来源的氨基糖单体含量的影响也有所差异,以胞壁酸为代表的细菌细胞壁残留物比真菌更易受到外源物质的影响,但真菌细胞壁残留物对土壤有机质的截获和稳定作用大于细菌。真菌、细菌残留物的积累和转化过程可以通过氨基葡萄糖和胞壁酸的比值反映,细菌在培养前期更容易利用外源物质,但随着培养时间的进行,真菌占据了主导地位。不同碳氮比的外源底物对氨基糖总量和各氨基糖单体含量的动态影响不显著。与马尾松林相比,处在演替顶级的季风林土壤易于利用活性底物,显著促进了碳氮的微生物固持和微生物残留物在土壤中的保留,这说明土壤氨基糖作为微生物残留物可以探讨土壤碳氮的耦合机制,对调节土壤碳氮的养分平衡具有重要意义。

黄河三角洲不同类型盐生植物土壤真菌群落结构特征

盐生植物种类及其所具有的不同耐盐调节方式影响着根际微生物群落的结构与组成。为明确不同类型盐生植物根际与非根际土壤中真菌群落结构与组成的差异及其与土壤环境间的相互关系,该研究采集了黄河三角洲地区芦苇、盐地碱蓬、獐毛3种不同类型盐生植物0~20 cm土层的根际和非根际土壤,通过高通量测序对其真菌群落多样性和结构进行了分析,以探究真菌群落特征与土壤理化因子间的关系。结果表明:(1)3种不同类型盐生植物根际土壤真菌群落丰富度显著大于各自非根际土,且獐毛根际土壤真菌群落丰富度显著大于芦苇和盐地碱蓬的根际土。(2)距离热图分析表明,芦苇和盐地碱蓬非根际土壤真菌群落间的相似性最大。(3)土壤真菌多样性和丰富度与土壤总碳、总氮、有效磷、pH呈正相关关系,与土壤盐分含量呈负相关关系。(4)3种不同类型盐生植物的根际与非根际土壤中,球囊菌门(Glomeromycota)均为绝对优势门,盾巨孢囊霉属(Scutellospora)为优势属。(5)RDA分析表明,土壤盐分含量是影响土壤真菌群落结构的重要因子,球囊菌门丰度与土壤总氮、总碳、有效磷、有机碳、pH呈正相关关系,与盐分呈负相关关系。(6)植物土壤真菌群落特征随盐生植物类型的变化以及样本土壤距宿主植物根系远近存在差异。

黄河三角洲滨海湿地不同盐分质量浓度下土壤微生物死亡残体的差异

利用微生物生物标识物(氨基糖),探讨盐分对黄河三角洲滨海湿地土壤微生物残体以及微生物残体对土壤有机碳(SOC)库贡献的影响。在滨海湿地生态系统中,随着土壤盐分增加,微生物死亡残体及其对SOC的贡献显著降低,表明高盐滨海湿地不利于土壤微生物死亡残体的积累及其对SOC的贡献。增加的盐分降低了土壤真菌死亡残体与细菌死亡残体的比值。线性回归分析指出土壤含水量、SOC、总氮(N)、交换性钙离子以及真菌死亡残体/细菌死亡残体与微生物死亡残体对SOC的贡献显著正相关。在低盐滨海湿地,良好的土壤条件(如高的水分、SOC和N)通过增加微生物死亡残体的积累和稳定性,促进了SOC的存储;而在高盐滨海湿地,低的可利用碳抑制了微生物死亡残体对SOC的贡献。另外,从低盐到高盐滨海湿地,真菌死亡残体对SOC的贡献逐渐下降,而细菌死亡残体对SOC的贡献没有变化,表明真菌死亡残体的积累对SOC的存储具有较大的影响。

棚龄对大棚种植黄瓜品质影响的傅里叶变换红外光谱研究

蔬菜大棚种植对蔬菜供应发挥着重要的作用,蔬菜大棚棚龄会影响蔬菜的产量和质量。以不同棚龄(1年、10年和18年)的黄瓜为对象,利用漫反射傅里叶变换中红外光谱,通过解析黄瓜的光谱特征峰,探究棚龄对黄瓜品质的影响。研究表明,黄瓜的多糖和蛋白质组分在3个棚龄呈现先增加后降低的趋势,10年棚龄种植的黄瓜多糖和蛋白质组分显著高于1年和18年的黄瓜多糖和蛋白质组分。高的棚龄(即10年和18年)显著增加了黄瓜的木质素组分。木质素组分主要分布于黄瓜皮中,增加木质素组分会降低黄瓜的食用口感。另外,黄瓜中各有机组分的比值能综合反映不同棚龄下黄瓜的品质。18年棚龄的黄瓜多糖与蛋白质组分的比值以及多糖与木质素组分的比值低于1年和10年棚龄的黄瓜各有机组分的比值,表明1年和10年棚龄的黄瓜中碳水化合物和营养物质的比值更加均衡。通过分析黄瓜各有机组分以及黄瓜各有机组分比值随着黄瓜棚龄的变化,知悉黄瓜棚龄在10年以内时,对黄瓜品质提升具有促进作用,但更长的棚龄会抑制黄瓜品质。因此,综合考虑黄瓜的品质,建议黄瓜棚龄不宜太长。另外,通过分析棚龄对黄瓜叶片有机组分的影响,发现黄瓜叶片各组分与黄瓜各组分的变化趋势相似。线性相关分析指出黄瓜蛋白质和木质素组分分别与黄瓜叶片蛋白质和木质素组分显著正相关,表明黄瓜叶片在一定程度上能反映黄瓜的营养成分和黄瓜口感。利用红外光谱解析不同棚龄下表征黄瓜品质的有机组分,为蔬菜大棚管理以及提高蔬菜品质提供了科学依据。

黄河三角洲退化柽柳湿地土壤无机碳库的变化及其驱动因素

【目的】湿地生态系统在土壤碳循环过程中起着至关重要的作用。通过分析退化和自然湿地下0~100 cm的土壤理化性质、土壤无机碳含量及其储量的变化,探究土壤无机碳储量与土壤和植物性质之间的关系。【方法】以黄河三角洲盐生植物(柽柳)的退化和自然湿地为研究对象,利用全自动土壤无机碳分析仪测定土壤无机碳含量;基于土壤容重、无机碳含量和土壤深度来估算土壤无机碳储量。【结果】相比较自然湿地,退化湿地具有较低的交换性钙、镁离子含量和碳酸盐相对含量,而土壤容重和p H的差异不大。退化湿地显著降低了土壤无机碳含量和储量,表明湿地退化不利于无机碳在土壤中的固持。通过分析各个土壤深度无机碳储量与土壤理化性质的相关性,指出土壤无机碳储量与土壤容重、含水量、交换性钙和镁离子含量、土壤无机碳含量和地上植物生物量显著正相关,而与土壤电导率负相关。逐步回归分析表明土壤容重、含水量和阳离子含量是导致0~100 cm土壤无机碳储量变化的主要因素。另外,深层土壤无机碳(40~100 cm)大约贡献了0~100 cm总土壤无机碳储量的60%,表明深层土壤对无机碳库的固持发挥着重要作用。【结论】湿地退化增加了土壤无机碳的损失,保护和恢复湿地有利于土壤无机碳的存储。因此,通过阐释黄河三角洲退化和自然湿地下土壤无机碳储量的变化,可以从无机碳的角度提高湿地土壤碳汇能力,为实现碳中和目标提供科学依据。

昌邑国家级海洋生态特别保护区柽柳林对土壤的改良效果研究

以山东昌邑国家级海洋生态特别保护区内的向海侧、过渡带和向陆侧柽柳(Tamarix chinensis)林地的土壤为研究对象,采用样方法,采集0~10 cm、10~30 cm和30~60 cm深度的土壤样品,测定土壤样品的各项指标,分析其变化规律。研究结果表明,随着与海洋之间距离的增大,柽柳林地0~10 cm深度土壤的含盐量在逐渐增大,铵态氮含量和钾离子含量波动增大,而pH却在减小,0~60 cm深度土壤的有机质含量和有效磷含量以及镁离子含量总体在增大、钠离子含量和钙离子含量在减小,10~60 cm深度土壤的铵态氮含量、钾离子含量总体上在减小,0~30 cm深度土壤的硝态氮含量总体上在增大;随着土壤深度的加深,柽柳林地0~60 cm深度土壤有机质含量、铵态氮含量都在逐渐减小,有效磷含量在波动减小,土壤pH、钠离子含量都在逐渐增大,含盐量在波动增大,向海侧和向陆侧柽柳林地0~60 cm深度土壤的硝态氮含量、钾离子含量都在逐渐减小;与向海侧和过渡带的柽柳林地相比,向陆侧柽柳林地0~60 cm深度土壤的有机质、有效磷和硝态氮含量几乎都最大,土壤阳离子含量和0~10 cm深度土壤pH都最小,即柽柳林对距离海洋较远的滨海滩涂土壤的改良效果相对最好。

滨州港滩涂上的柽柳灌草群落对表层土壤的改良效果

以山东省滨州市滨州港滩涂上的天然柽柳(Tamarix chiniensis)林地为采样地,以光滩为对照地,开展野外植物调查和采集表层(0~20 cm深度)土壤样品,记录了各采样点的植物信息,测定出表层土壤样品的16项理化指标值;采用双向指示种分析方法,确定了各采样点植物群落的类型;采用主成分分析方法,筛选出9个土壤因子;采用模糊隶属函数法,分析4类植物群落对土壤的综合改良效果。研究结果表明,天然柽柳林地的植物群落可以分为柽柳+盐地碱蓬(Suaeda salsa)群落、柽柳+盐地碱蓬+芦苇(Phragmites australis)群落、柽柳+盐地碱蓬+鹅绒藤(Cynanchum chinense)群落和柽柳+芦苇+鹅绒藤群落;与光滩表层土壤相比,柽柳灌草群落可以使表层土壤的含水量和贮水量增大,容重、含盐量和pH减小,改善表层土壤的孔隙结构,增大其有机碳、硝态氮、氨态氮和有效磷含量;柽柳+盐地碱蓬+芦苇群落改良表层土壤的综合效果相对最好,柽柳+盐地碱蓬+鹅绒藤群落、柽柳+芦苇+鹅绒藤群落改良表层土壤的综合效果居中,柽柳+盐地碱蓬群落改良土壤的综合效果相对最差。

西双版纳不同森林类型土壤微生物生物量的变化

土壤微生物生物量在森林生态系统保护以及养分循环转化中具有重要的作用。本文研究了西双版纳5种森林类型(热带季节雨林、热带季风常绿阔叶林、曼安次生林、鸡血藤次生林和沟谷林次生林)的土壤微生物生物量以及微生物碳氮利用效率的变化。与热带季节雨林和热带季风常绿阔叶林相比,3种次生林具有较高的土壤微生物生物量碳。沟谷林次生林的土壤微生物生物量碳氮含量显著高于其它4种林型。土壤微生物生物量碳氮与土壤含水量、土壤有机碳、土壤总氮显著正相关,与土壤碳氮比显著负相关。热带季节雨林和沟谷林次生林有更高的微生物商,表明热带季节雨林和沟谷林次生林具有更高的微生物碳氮利用效率。微生物商的变化与土壤有机碳以及土壤总氮没有显著相关关系,与土壤微生物生物量显著正相关。本研究可为更好地评价不同森林类型土壤活性提供理论依据。

森林次生演替和土壤层次对微生物群落结构的影响

森林次生演替与生态系统结构和功能的动态变化密切相关。大多数研究主要关注植物群落以及土壤有机碳(SOC)的变化,然而土壤微生物群落如何响应森林次生演替还需要进一步探究。本研究以长白山森林次生演替序列(20、80、120、200和≥300年)和两个土壤层次为对象,采用磷脂脂肪酸微生物标志物,探究温带森林次生演替过程中地下微生物群落结构变化。森林次生演替改变了土壤微生物群落结构,主要归因于某些特定微生物类群的变化,演替前期革兰氏阴性菌和腐生真菌占主导,而在演替后期革兰氏阳性菌和丛枝菌根真菌占主导。另外,土壤有机质数量和质量差异是影响微生物群落结构和生物量的主要环境因素。森林演替前期和中期增加的SOC含量促进了微生物生物量,而演替后期增加的难分解芳香族有机组分抑制了微生物生物量合成。土壤层次间理化性质的差异导致微生物群落变化,有机质层高的SOC以及氮含量导致更多微生物生物量的合成。微生物群落在时间和空间尺度的变化及其驱动因素反映了生态系统结构和功能对环境变化的响应。

黄河三角洲湿地退化和恢复对柽柳土壤有机碳含量及红外碳组分的影响

湿地生态系统在土壤有机碳(SOC)循环过程中起着至关重要的作用。大部分研究主要关注SOC含量的变化,然而SOC含量及其组分对湿地环境变化的响应尚需深入探究。本研究以黄河三角洲退化和恢复柽柳湿地为对象,结合中红外光谱技术,探讨湿地退化与恢复对0~100 cm的SOC含量及红外碳组分的影响,并阐释SOC含量与其组分之间的关系。相较于退化湿地,湿地恢复显著增加了SOC含量,特别是在上层土壤(0~40 cm),主要归因于恢复湿地高的土壤可利用水分和氮以及低的盐分促进了柽柳叶片光合CO_(2)同化(低的叶片δ^(13)C)和碳固定,进而导致SOC含量增加。湿地恢复显著影响了SOC组分,与退化湿地相比,恢复湿地土壤具有高的碳水化合物(1050 cm^(-1))和低的芳香族碳组分(1630 cm^(-1))相对含量。恢复湿地低的植物凋落物碳氮比和高的光合碳产物通过凋落物分解和根系分泌物向土壤中输入较多的小分子有机质,解释了恢复湿地土壤中高的碳水化合物与芳香族碳组分的比值。另外,SOC含量与碳水化合物呈显著正相关,与芳香族碳组分呈显著负相关,表明恢复湿地高的碳水化合物比例有利于SOC含量的提高。植物和土壤因子对SOC的调控及其对湿地变化的反馈,表明湿地恢复或保护等可持续湿地管理措施增加了地下SOC固定,对实现全球碳中和具有重要的意义。

增温驱动的核心微生物的迁移可指示土壤属性的改变

尽管微生物-气候的相互作用已得到越来越多的研究者和决策者的认可,但微生物的高多样性和对气候环境变化多变量的响应导致预测微生物在未来气候背景下的分布格局非常困难.本研究依托于中国土壤微生物组计划,基于采集自中国东部森林的1600多个样品的16S r RNA基因测序数据,首先证实了微生物群落组成和多样性的纬度分布规律且温度对微生物群落组成有显著的直接作用.其次,利用核心微生物代替整体群落来进行多样性的缩减,并将这些核心微生物根据其对环境的偏好性划分为不同的生态集群,这些生态集群在空间上的热点区域,即高丰度区域相互不重叠.此外,通过Cubist模型预测未来不同气候变化情景下(RCP2.6和RCP8.5)各生态集群的丰度变化并将其投影到中国森林生态系统分布区域,通过与现在的分布格局做对比得到增温驱动的生态集群空间分布格局的变化.这些变化一方面可以指示集群内微生物对未来气候变化的适应性,另一方面考虑到每一类生态集群所代表的环境偏好性,这些变化也可进一步用来指示未来气候变化背景下土壤属性的变化.