祁连山高寒草甸非生长季碳水通量及其影响因素

高寒草甸作为主要的高寒生态系统之一,其非生长季的碳水平衡地位对整个生态系统具有重要意义。但该季节碳水通量的环境驱动因素知之甚少。因此,本研究基于涡动观测与气象梯度塔,探讨祁连山高寒草甸非生长季(2022年11月—2023年4月)的碳水通量及其影响因素。研究结果表明,祁连山高寒草甸生态系统,整个非生长季净生态系统碳交换量(net ecosystem carbon exchange,NEE)、总初级生产力(gross primary productivity,GPP)和生态系统呼吸(ecosystem respiration,Reco)分别为-18.0574mg CO_(2)·m^(-2)、27.3565 mg CO_(2)·m^(-2)和9.2991 mg CO_(2)·m^(-2)。总蒸散发(ET)为74.8762 mm,比总降水量低15.0762 mm,该生态系统水循环较为平衡。在非生长季归一化植被指数、光合有效辐射和土壤温度是影响净生态系统碳交换量的主要因素。而相对湿度、降水和净辐射是影响非生长季蒸散发的主要因素。本研究结果揭示了祁连山高寒草甸非生长季的二氧化碳通量和水通量特征及其影响因素,为了解该地区碳收支过程和水平衡及其对气候变化的响应提供了重要参考。

4种温带森林非生长季土壤二氧化碳、甲烷和氧化亚氮通量

中高纬度森林土壤在漫长的非生长季中对重要温室气体——二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)的释放或吸收在碳氮年收支中作用很大,但目前研究甚少。采用静态暗箱-气相色谱法,比较研究东北东部4种典型温带森林土壤表面CO2、CH4和N2O通量在非生长季中的时间动态及其影响因子。结果表明:4种森林土壤在非生长季中整体上均表现为CO2源、N2O源和CH4汇的功能。红松林、落叶松林、蒙古栎林、硬阔叶林的非生长季平均土壤表面CO2通量分别为(65.5±8.1)mgm-2h-1(平均值±标准差)、(70.5±10.2)mgm-2h-1、(77.1±8.0)mgm-2h-1、(80.5±23.5)mgm-2h-1;CH4通量分别为(-17.2±4.6)μgm-2h-1、(-15.4±4.2)μgm-2h-1、(-31.5±4.5)μgm-2h-1、(-23.6±4.1)μgm-2h-1;N2O通量分别为(19.3±5.1)μgm-2h-1、(11.5±2.5)μgm-2h-1、(16.4±4.0)μgm-2h-1、(14.4±5.4)μgm-2h-1;其中非生长季土壤表面CO2总排放量分别为143.4gm-2、162.8gm-2、189.9gm-2、252.7gm-2,分别占其年通量的7.3%、10.6%、8.4%和8.5%。所有林型非生长季土壤表面CO2通量在春季土壤解冻前均维持在较低水平;在解冻进程中随温度升高而增大。土壤表面CO2通量与5cm深土壤温度(T5)呈极显著的指数函数关系。在隆冬时节出现CH4净释放现象,但释放强度及其出现时间因林型而异,其中以红松林的释放强度较大,高达43.6μgm-2h-1。土壤表面CH4通量与T5呈显著的负相关。土壤表面N2O通量的时间动态格局在林型间的分异较大,但在春季土壤解冻阶段均释放出N2O,而释放峰值和出现时间因林型而异。土壤表面N2O通量与0—10cm深土壤含水量呈显著的正相关(红松林除外)。研究展示了不同温带森林类型的土壤水热条件对其非生长季土壤CO2、CH4和N2O通量的重要影响,但这3种温室气体的林型间分异的生物学机理尚需进一步研究。

青海湖北岸高寒草甸草原非生长季土壤呼吸对温度和湿度的响应

非生长季土壤呼吸是生态系统碳循环的重要组成部分,显著地影响着碳收支。本研究利用Li-8100开路式碳通量测定系统,研究了青海湖北岸高寒草甸草原非生长季土壤呼吸对短期围栏封育(自由放牧,3年围栏封育和5年围栏封育样地)的响应,并讨论了温度和湿度对非生长季土壤呼吸的影响。结果表明,1)自由放牧、3年围栏封育和5年围栏封育样地非生长季土壤呼吸平均速率分别是全年土壤呼吸平均速率的0.21,0.22和0.19倍;2)自由放牧、3年围栏封育和5年围栏封育样地非生长季土壤呼吸所排放的碳量分别为117.2,109.2和100.7g C/m2,占全年土壤呼吸所排放的碳量的21.2%,22.3%和23.2%;3)相比于生长季和全年土壤呼吸的温度敏感性,非生长季具有更低的土壤呼吸温度敏感性;4)非生长季土壤温度和土壤湿度对土壤呼吸的解释率相当,一定的土壤湿度是保证土壤呼吸对温度响应的必要条件。因此,当考虑到碳收支和生态系统碳循环时不能忽略掉非生长季土壤呼吸的作用,而且水分在调节非生长季土壤呼吸中起着重要的作用。

下辽河平原稻田非生长季碳排放观测研究

应用静态箱 /气相色谱法对下辽河平原稻田非生长季碳排放动态变化规律进行了测定。结果表明 ,非生长季 (10月至翌年 4月 )稻田CH4、CO2 和N2 O排放总体上随气温变化而发生变化。在冻融期 (3月中下旬 )CO2 和N2 O有明显的排放。非生长季节的稻田是大气CO2 和N2 O的源 ,作为大气CH4的源或汇的作用不明显。

生长季与非生长季小叶章湿地N_2O通量特征及排放贡献

2003年5月-2004年4月,利用静态箱-气相色谱法对生长季与非生长季三江平原小叶章湿地N2O通量特征及排放贡献进行了研究。结果表明,生长季N2O呈脉冲式排放,通量介于0.005-0.111 mg/（m^2·h）,5月较低通量与降水较多有关,6月通量骤然增加与冻层融通有关,7-8月与降水少及蒸发旺盛有关,9月与土壤中较多氮有关。N2O通量与5 cm地温呈显著正相关（P〈0.01）;非生长季N2O表现为＂吸收-排放＂,通量介于-0.0015-0.0497 mg/（m^2·h）。N2O通量与气温、土壤融化时间均呈指数关系（P〈0.01）,说明在冻结期,温度仍是控制微生物活性的主要因素,而在融化期,温度和冻层融通是导致N2O通量迅速增加的重要原因。总之,生长季N2O排放量为205.54 mg N2O/m^2,为N2O的＂源＂,非生长季N2O排放量为-26.97 mg N2O/m^2,为N2O的＂汇＂,全年N2O排放量为178.57 mg N2O/m^2,为N2O重要释放＂源＂。

非生长季刺槐林土壤CH4通量的变化特征及其影响因子

[目的]探讨在非生长季不同天气条件下45年生刺槐林土壤CH4通量的日变化和季节变化特征,并确定其主要影响因子。[方法]2014年10月—2015年4月(非生长季),在华北低山丘陵区黄河小浪底森林生态系统定位研究站,利用基于离轴积分腔输出光谱技术的土壤CH4通量自动观测系统,对土壤CH4通量进行连续观测,同步观测林内大气温度和相对湿度、5 cm深处土壤温度和土壤湿度、林内总辐射以及降雨量,分析各因子间的相互关系并确定影响土壤CH4通量的主要因子。[结果]表明:(1)在非生长季,刺槐人工林土壤为大气CH4重要的汇,变化范围为-0.15^(-2).34 nmol·m^(-2)·s^(-1)。晴天的林地土壤吸收CH4能力(-0.78 nmol·m^(-2)·s^(-1))明显高于阴天(-0.61 nmol·m^(-2)·s^(-1))、降雨或降雪天气(-0.58 nmol·m^(-2)·s^(-1)),而且呈"V"型日际变化特征;在2014年11月—2015年1月,土壤吸收CH4能力逐渐下降,并维持相对较低的水平,直至2015年3月达到最大值(^(-2).34 nmol·m^(-2)·s^(-1));(2)土壤CH4通量与大气温度、5 cm深处土壤温度呈显著负相关,与相对湿度呈正相关;在2015年1月,土壤CH4通量与总辐射呈正相关;(3)在生长末期土壤上冻阶段和冬季土壤冻结阶段,大气温度和相对湿度为影响土壤CH4通量的主要因子;而在生长季初期,主要的影响因子为大气温度和5 cm深处土壤温度。[结论]非生长季刺槐林土壤表现为大气CH4的汇,在非生长季初期土壤吸收CH4的能力最弱,主要受大气温度和相对湿度的影响,而在非生长季末期土壤吸收CH4的能力逐渐增加,主要受大气温度和土壤温度的影响。

艾比湖荒漠-湿地生态系统非生长季碳通量数据特征

选取新疆艾比湖湿地国家级自然保护区非生长季(2012年1月15日—3月15日、11月1日—12月14日、2013年11月1日—11月16日)通量观测数据,参考中国通量数据处理标准开展荒漠-湿地生态系统非生长季碳通量数据特征研究。结果表明:研究区非生长季碳通量观测数据存在大量"野点",占数据总量的37.39%,有效通量变化范围为-0.197—0.283 mg m-2s-1;平面拟合旋转(PF)校正具有较好的结果(R2=0.9349,P<0.01),频率响应校正引起的碳通量增量为7.55%,水热校正影响较小;碳通量数据在不同质量等级分布较平均,大气湍流发展的充分性处于中等水平,夜间摩擦风速可划分为3级,在0 m/s<u*<0.30 m/s内进行选择性剔除;传感器状态异常、检验分析和阈值分析剔除数据比例分别为26.34%、2.48%和8.57%;碳通量与5 cm土壤温度和太阳辐射不存在显著相关,采用线性内插和平均每日变异法可实现缺失数据的插补。

蜡样芽胞杆菌生长/非生长界面模型的建立和评价

蜡样芽胞杆菌是软烤虾仁产品的主要变质菌,它是一种条件致病菌,通过产生腹泻毒素和呕吐毒素导致食物中毒。该研究旨在建立一种概率模型来预测出蜡样芽胞杆菌的生长/非生长情况或者生长概率。用lo-gistic回归模型建立不同温度、水分活度和pH环境因子作用下蜡样芽胞杆菌的生长/非生长界面模型。实验结果表明蜡样芽胞杆菌在脑心浸液肉汤培养基中生长的最低温度为9.99℃,最低水分活度为0.931,最小pH值为4.5。在此基础上建立的蜡样芽胞杆菌生长/非生长界面模型的χ2=49.73,P<0.000 1。用logistic回归模型建立的生长/非生长模型拟合效果达到极显著水平。模型的预测值同时很好地量化了环境因子对蜡样芽胞杆菌的协同作用,为软烤虾仁产品中蜡样芽胞杆菌的生长/非生长界面模型的建立提供了参考。

环境因子及接种量对单增李斯特菌生长/非生长界面的影响

单增李斯特菌在实验设定的环境条件下,通过10倍梯度稀释将菌悬液分别稀释到101、103、105、107CFU/m L四个接种水平,然后接种到TSB-YE肉汤中,培养基置于恒温培养箱中进行培养,然后通过肉眼观察培养基浊度并结合涂布TSA-YE平板对其生长/非生长情况进行判定,通过Logistics多项式回归模型对处理的数据建立了单增李斯特菌生长/非生长的界面模型。实验结果表明不同生长温度,p H和盐度的交互作用对单增李斯特菌的生长/非生长界面的影响较大,接种量的大小也会影响单增李斯特菌生长/非生长过渡区域的具体位置,但具体原因和作用机制还有待进一步研究。该研究为抑制单增李斯特菌生长的环境因子条件范围和实际产品中的污染严重程度提供一定的参考依据,对于有潜在单增李斯特菌污染的产品来说,这为加强产品的栅栏因子,优化工艺条件以提高其安全度也提供了重要的参考。

非生长季森林土壤CO_2通量及其对冻融过程的响应

森林非生长季土壤CO_2通量是区域碳收支非常重要的组成部分。作为非生长季内土壤有效保温层的长期雪被以及季节性冻土区非生长季内经历的冻融交替过程对土壤CO_2排放的影响不容忽视,但是关于非生长季环境因子对土壤CO_2通量的响应机制研究还较少。该文综述了目前国内外一些关于非生长季期间森林土壤CO_2通量研究的部分成果,结果显示非生长季期间森林土壤CO_2通量的不确定性显著地增加了森林土壤年CO_2通量的不确定性,同时非生长季期间积雪、枯落物和冻融等环境可以明显地影响非生长季期间森林土壤的CO_2通量。因此,开展非生长季森林土壤CO_2排放及对环境因子的响应规律研究,对于准确评估土壤碳固存对生态系统碳收支的贡献和预测生态系统碳循环对全球变化的响应具有极其重要的意义。

植被恢复对库布齐沙漠非生长季土壤CH4、N2O通量的影响

荒漠土壤温室气体排放是陆地碳氮循环的重要组成部分,目前人工建植促进植被恢复对非生长季荒漠土壤CH4、N2O通量的影响尚不明确。本研究采用静态暗箱-气相色谱和时空替代法,分析非生长季库布齐沙漠东部不同植被恢复阶段土壤CH4、N2O通量特征及其与环境因子之间的关系,探讨植被恢复对非生长季荒漠土壤温室气体排放的影响。结果表明:非生长季荒漠土壤是CH4的吸收汇,也是N2O的排放源。不同植被恢复阶段CH4平均吸收量和N2O排放量均表现为:苔藓结皮固定沙地(47.6μg CH4 m^-2 h^-1,13.5μg N2O m^-2 h^-1)>地衣结皮固定沙地(32.2μg CH4 m^-2 h^-1,9.1μg N2O m^-2 h^-1)>藻结皮固定沙地(23.7μg CH4 m^-2 h^-1,8.7μg N2O m^-2 h^-1)>半固定沙地(22.4μg CH4 m^-2 h^-1,5.0μg N2O m^-2 h^-1)>流动沙地(18.7μg CH4 m^-2 h^-1,3.9μg N2O m^-2 h^-1)。荒漠土壤在不同冻结时期温室气体排放存在较大差异,融冻期CH4吸收贡献率最大,在结冻期N2O排放贡献率最大。非生长季荒漠土壤存在明显的水热同期现象,土壤水热因子对N2O通量的影响较小,仅半固定沙地土壤温度与N2O通量呈显著正相关;而在藻类、地衣和苔藓结皮固定沙地中,土壤温度和含水量均与CH4通量呈显著负相关。植被恢复过程中,生物量的积累和土壤理化性质的改善,能够显著影响荒漠土壤CH4、N2O通量的变化。因此,人工建植促进植被恢复实现沙漠化逆转可改变荒漠生态系统的温室气体排放格局。

Nisin、ε-聚赖氨酸、pH值对虾源枯草芽孢杆菌生长/非生长界面模型构建与评价

以分离自熟制南美白对虾的虾源枯草芽孢杆菌为对象,探究乳酸链球菌肽(Nisin)、ε-聚赖氨酸(ε-polylysine,ε-PL)和pH值对枯草芽孢杆菌的抑制效应,采用简单Logistic及多项式Logistic方程构建其生长/非生长界面模型,并对模型进行验证,比较分析抑菌因子间的协同或拮抗效应。结果表明,建立简单Logistic模型与多项式Logistic模型的R^2-Nagelkerke值分别为0.79和0.91;Hosmer-Lemeshow测试分别为χ^2=2.00、P=0.981(简单Logistic模型)和χ^2=0.76、P=1(多项式Logistic模型),说明两种模型均能很好描述Nisin、ε-PL、pH值及其交互作用下枯草芽孢杆菌生长/非生长情况(P<0.05),且多项式Logistic模型能更好预测枯草芽孢杆菌的生长概率。此外,Nisin、ε-PL、pH值及其交互作用对虾源枯草芽孢杆菌生长/非生长界面影响显著(P<0.05)。随Nisin及ε-PL质量浓度增加或pH值降低,生长区域逐渐减小,非生长区域逐渐扩大,枯草芽孢杆菌的生长受到抑制,当Nisin质量浓度增加,枯草芽孢杆菌的生长/非生长界限向更高ε-PL质量浓度、更低pH值方向移动。无论第3种因子质量浓度为何值,当Nisin质量浓度为60、100、140、180μg/mL时,枯草芽孢杆菌在pH值分别为4.0、4.25、4.5、5.0时表现为不生长。ε-PL质量浓度为60、100、140、180μg/mL时,枯草芽孢杆菌pH值为4.0、4.5、4.75、5.25时生长概率均为0。当pH<5.0时,枯草芽孢杆菌的生长受到较强抑制,此时pH值是影响枯草芽孢杆菌生长/非生长界限的主要因素。通过构建枯草芽孢杆菌生长/非生长概率模型,为定量描述水产品抑菌效应和风险评价提供一种有效手段。

安吉毛竹林非生长季CO_2通量与其光合响应关系探究

利用涡度相关法和生理生态法(光合)对安吉毛竹林生态系统非生长季(2014.10—2015.4,无2月)的CO_2通量进行测定,结果表明,两种方法具有良好的响应关系,基于涡度的生态系统净交换量(NEE)和基于光合的生态系统净初级生产力(NEP)日变化均呈单峰型曲线,受光合有效辐射(PAR)的直接影响,在午间12:00前后有最大值,且两者均表现为秋季最大(10月最高),春季次之,冬季最低。就各月而言,基于光合测定的NEP日最大值和月总量均低于涡度相关技术白天的测定值,但均占到后者的40%和65%以上,在毛竹光合能力比较强的10、11和4月,所占比例更大。表明在白天,安吉毛竹林生态系统的NEP主要取决于毛竹的光合作用。此外,观测期间,毛竹林生态系统在的净初级生产力总量为1365.59 gCO_2·m^(–2),吸收的碳约372.44 gC·m^(–2),整体表现为较强的碳汇。

山西太岳山油松林木非生长季树干液流研究

2009年9月到2010年3月,在山西沁源县灵空山林场建设观测塔,用TDP探针对塔周围的不同胸径的11棵油松林木在非生长季的树干液流速率及环境因子进行连续监测,研究油松林木树干液流变化规律。结果表明:非生长季的油松树干液流并没有停滞,正午的峰值逐渐消失,液流主要在夜间进行,最大值为16.11 cm.h-1,最小值为5.109×10-5 cm.h-1,平均值为3.29 cm.h-1。在属于生长季末期的10月,不时有和生长季相同的单峰曲线出现,11月下旬后,白天和夜间的树干液流并无明显差异,趋于平稳。阴天则无峰或多峰。影响油松树干液流的环境因子主要有光合有效辐射、空气温度和相对湿度,三者都与液流速率既有显著正相关关系,又有显著负相关关系。土壤湿度与油松树干液流速率呈正相关关系。与太岳山生态站2005年所做的油松林木夏季的树干液流速率研究成果相结合,可以比较完整地反映油松林木树干液流速率全年的变化规律。

细胞生长和非生长相结合的拟干酪乳杆菌高效生产L-乳酸研究

本研究以拟干酪乳杆菌发酵生产L-乳酸为研究对象,通过对最适初始葡萄糖浓度以及稳定期静息细胞的代谢能力进行研究,开发了基于细胞生长和非生长相关组合的高细胞密度L-乳酸生产策略。研究结果表明,140 g/L初始葡萄糖浓度下,细胞能够快速生长而且将葡萄糖完全耗尽生产L-乳酸。此外,在发酵结束后6~7 h之内,细胞仍然能够维持非常高的代谢活性。最后,在此基础上开发的高细胞密度生产策略,能够使细胞在正常批发酵结束后高密度发酵阶段的产率较常规发酵阶段提升1.4倍,而且L-乳酸转化率也明显提升,达到0.985 g/g。本研究通过过程策略能够有效延长细胞高速率生产L-乳酸的周期,从而提升L-乳酸生产效率,同时也在一定程度上能够有效缩短发酵过程所需的辅助时间,包括种子制备和细胞生长,因此有望应用于工业乳酸的高效生产。

非生长因子依赖的MDS细胞系的建立及其生物学特性研究

本研究的目的是从骨髓增生异常综合征-慢性粒-单核细胞白血病(MDS-CMML)病人获取骨髓细胞,建立 非生长因子依赖的细胞株。该细胞株在不添加任何生长因子的含15％胎牛血清的RPMI 1640和DMEM混合培养 液中进行了培养,并分别从细胞株的形态、细胞表面抗原分子、细胞增殖、分化、凋亡等方面检测其生物学特性。结 果表明:在不添加任何生长因子的培养条件下该细胞株可以长期存活和生长,并能向单核及巨核细胞分化。结论: 成功建立了一株非生长因子依赖的MDS-JSN04(MDS-江苏南京04)细胞株,并阐明了其部分生物学特性。

非生长季温室气体排放研究进展

中高纬度或高海拔地区低温生态系统在非生长季的温室气体排放量虽然低,但其累积的释放量在年通量中占有不可忽视的比例。已有研究表明,非生长季温室气体的排放受植被类型、土壤理化性质、土壤微生物、地表覆盖物的有无及其厚度、土壤冻结及冻融循环等因素的影响。本文概述了非生长季温室气体的排放及其影响因素的研究结果以及该领域研究中尚待解决的一些问题。

辽东山区落叶松人工林非生长季土壤呼吸及其影响因子研究

近年来的研究表明非生长季生物活动和生物地球化学循环仍然十分活跃。本研究利用Licor-8100测定了2010-2013年期间的非生长季辽东山区落叶松人工林土壤呼吸速率,分析了非生长季内土壤呼吸速率变化规律及其对土壤温度的响应,并且估算了非生长季土壤CO2释放量。结果表明,2010-2011年土壤呼吸速率平均值为0.6±0.06μmol CO2·m-2·s-1,最小值出现在1月中旬;2011-2012年平均值为0.42±0.02μmol CO2·m-2·s-1,最小值出现在2月初;2012-2013年平均值为0.48±0.05μmol CO2·m-2·s-1,最小值出现在1月末。指数模型能够很好地模拟土壤呼吸速率随10 cm深度土壤温度变化的规律,表明土壤温度能够很好地解释土壤呼吸速率的变异规律。2010-2011、2011-2012和2012-2013年土壤CO2释放量分别为137、92和100 g C·m-2。

中国东北草甸棕壤非生长季无机氮的动态变化

本研究选用中国东北主要农田土壤-旱田草甸棕壤作为研究对象，研究不同施肥制度（对照不施肥，NPK和NPK＋M）对非生长季土壤无机氮动态变化的影响。研究结果表明，无机氮主要存在于20～40cm和40～60cm的土层中，两者占0～100cm土壤剖面中无机氮总量的40％左右。在NPK施肥处理中，累计的无机氮量为122．28kg·hm^-2，氮素损失为61．31kg·hm^-2；在NPK＋有机肥处理中分别为164．84kg·hm^-2和93．81kg·hm^-2。NPK和NPK＋有机肥处理土壤中无机氮的积累和损失明显高于对照不施肥处理，从而表明化肥或化肥和有机肥的混合施用能明显增大土壤的活性有机N库，进而增加1m土壤剖面中无机氮的积累和损失。