不同环境因子对南方典型蔗田土壤羰基硫通量的影响

为探讨全球气候变化对土壤羰基硫(COS)的影响,本研究以南方典型蔗田土壤作为研究对象,室内模拟不同环境因子(温度、含水率和大气CO_2浓度),利用动态箱/GC-MS分析了原位和异位土壤COS通量。结果表明,土壤原位土和异位土COS通量差异较大,原位土COS吸收速率小于异位土,而释放速率大于异位土。土壤灭菌后COS的吸收显著降低,表明土壤COS吸收是一个生物过程。温度对异位土壤COS吸收影响较大,25℃异位土壤COS吸收最小,为100.4 pmol·m^(-2)·s^(-1);土壤含水量对原位土壤COS吸收影响最大,50%的土壤最大持水量条件COS吸收最小,为0.9 pmol·m^(-2)·s^(-1);大气CO_2浓度增加抑制原位土释放COS。因此,在研究土壤COS通量时,需综合考虑土壤结构、土壤温湿度和大气CO2浓度的影响。

不同施氮方式和施氮量对马尾松和木荷幼苗根系土壤细菌群落的影响

作为影响全球变化的主要因子之一,氮沉降对生态系统生物地球化学循环有重要的影响。细菌作为土壤生态系统物质循环的关键参与者,是土壤生态系统变化的敏感指标,在氮沉降对生态系统影响过程中发挥不可忽视的作用。模拟2种施氮方式(SAN:土表施氮,LAN:叶面施氮)和3种施氮量(5.6、15.6、20.6 g N m^(-2)a^(-1)),运用PCR-DGGE技术,分析不同施氮方式和施氮量对两种盆栽植物马尾松(Pinus massoniana Lamb.)和木荷(Schima superba Gardn.et Champ.)幼苗土壤细菌多样性和群落组成的影响。结果表明:不同氮添加方式下,土壤细菌多样性和群落组成对氮添加的响应不同,并受到季节的影响。在雨季,LAN处理木荷土壤细菌多样性高于SAN处理;而旱季,LAN处理两种幼苗根系土壤细菌多样性均高于SAN处理。LAN处理条件下,马尾松土壤AcidobacteriaGp1相对丰度在旱季和雨季均显著高于SAN处理(P<0.05)。在雨季,马尾松LAN处理土壤Alphaproteobacteria相对丰度显著低于SAN处理(P<0.05),旱季没有显著差异(P>0.05)。氮添加能够提高木荷土壤细菌多样性,提高马尾松土壤变形菌门的相对丰度。旱季施氮还能够提高马尾松土壤Actinobacteria相对丰度,降低木荷土壤酸杆菌门的相对丰度。土壤细菌群落变化与土壤pH显著相关(P<0.05),木荷土壤细菌群落还受到土壤NH+4-N含量的显著影响(P<0.05)。

昼夜温差对茶鲜叶挥发性及非挥发性品质成分及相关生理指标的影响

茶叶品质与茶树(Camellia sinensis)的生长生态环境密切相关,其中昼夜温差的变化影响茶树代谢产物的合成与积累,进而影响茶叶品质。本研究选取福云六号茶树为研究对象,模拟设置0、5、10、15℃4个昼夜温差(DIF)处理,通过模拟DIF变化来探究其对茶树光合作用与茶鲜叶挥发性及非挥发性品质成分的影响。研究结果表明:随着DIF增大,茶树净光合速率(P_(n))、气孔导度(G_(s))、蒸腾速率(T_(r))显著增大(P<0.05)。DIF增大显著增加叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)、叶绿素a+b[Chl(a+b)]、类胡萝卜素(Car)含量,并且在DIF为10℃时含量达到最大。DIF变化对茶鲜叶挥发性组分和主要组分的相对含量均有影响,茶鲜叶挥发性成分中醇类和醛类相对含量最大。DIF增大提高醛类物质的相对含量,并且茶鲜叶挥发性成分的种类与主要香气成分的相对含量随DIF变化有所差异,其中正己醛的相对含量随DIF的增大而增加,DIF为15℃时其相对含量最高,为39.94%,青叶醇的相对含量则随DIF的增大而降低。DIF的变化显著影响β-葡萄糖苷酶、β-樱草糖苷酶和脂氧合酶活性,其中β-葡萄糖苷酶、β-樱草糖苷酶活性随DIF的增大呈先增后降的趋势,在DIF为5℃时达到最大,而脂氧合酶活性则相反。游离氨基酸和咖啡碱含量随DIF的增大显著增加,DIF为15℃时其含量分别是DIF为0℃时的2.44倍和2.55倍;总黄酮含量与酚氨比则随DIF的增大显著降低(P<0.05),在DIF为15℃时均达到最低,分别为2.84%和3.24。茶鲜叶中的游离氨基酸含量与P_(n)呈极显著正相关,而酚氨比与P_(n)呈极显著负相关(P<0.01)。本研究发现DIF增大可明显影响茶鲜叶的挥发性香气物质,提高茶叶滋味品质,研究结论可为茶园选址和茶树种植提供理论依据。

氮添加和水分改变对亚热带人工林红壤微生物多样性及群落组成的影响

氮沉降加剧与全球降雨格局改变是全球变化的重要特征,外源氮素的输入及土壤水分条件的变化势必会影响土壤微生物的多样性和群落组成,进而影响地球化学过程。运用Illumina Miseq高通量测序技术,研究氮添加、水分改变及二者交互作用对亚热带人工林红壤细菌、真菌多样性、群落组成的影响及其与土壤理化因子间的关系。结果表明:土壤细菌多样性随水分含量的降低而减少,且氮添加增强了这一抑制作用。施氮后中水分处理土壤真菌Shannon指数显著高于低水分处理。氮添加显著降低Acidobacteria的相对丰度,增加Actinobacteria、Bacteroidetes的相对丰度。土壤Acidobacteria、Bacteroidetes的相对丰度随土壤含水量的升高而增加,Actinobacteria、Firmicutes则相反。干旱加剧了氮添加对Acidobacteria相对丰度的抑制作用,氮水交互处理显著影响Cyanobacteria的相对丰度。而氮添加、土壤水分及二者交互作用对土壤真菌群落组成均无显著影响。冗余分析表明土壤细菌群落组成的变化与土壤含水量、pH、NO_(3)^(–)-N含量、TN含量显著相关,分别解释了土壤细菌群落组成变化的65.6%、26.1%、21.5%、20.7%。研究表明氮添加会改变干旱对土壤细菌多样性和群落组成的影响的强度和方向。

镉和铅在茶园土壤—茶树系统中分布及迁移特征

以福建泉州大坪乡、三明坂面乡和福州福建农林大学茶园为研究对象,使用ICP-MS测定茶园土壤及对应茶树的根、老枝、嫩枝、老叶和嫩叶样品中镉(Cd)和铅(Pb)含量,并对Cd和Pb在茶园土壤—茶树系统中的分布情况以及迁移富集特征进行分析.结果表明:大坪乡、坂面乡和农林大学茶园土壤的Cd和Pb的平均含量分别介于0.022～0.076 mg·kg^(-1)和20.73～65.73 mg·kg^(-1),均未超过《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)限定值.3个茶园茶叶中Cd和Pb含量分别介于0.003～0.054 mg·kg^(-1)和0.01～4.28 mg·kg^(-1),均低于国家标准限值,表明研究区茶园无Cd和Pb污染.整体而言,Cd和Pb不易向茶树地上部迁移,各茶园Cd和Pb在茶树中的转移系数表现为从上而下递减的趋势,嫩叶的转移系数最小,分别为0.01～0.05和0.01～0.06.此外,各茶园茶树对Cd和Pb的富集能力基本表现为叶<枝<根,嫩叶富集能力最弱,分别为0.098～1.006和0.009～0.048,且各茶园茶树对Cd的富集能力明显大于Pb.本研究结果可为茶园选址及茶园重金属污染防治提供理论依据.

土壤氮水交互对马尾松和杉木COS和CO2通量的影响

羰基硫(COS)和CO2化学结构相似,且植物对COS和CO2具有共吸收特性,因此可利用COS作为示踪物来估算生态系统总初级生产力,而不同植物吸收COS和CO2对环境因子变化的响应差异较大。以南亚热带典型树种马尾松(Pinus massoniana)和杉木(Cunninghamia lanceolata)为研究对象,设置2个氮水平及3个土壤水分梯度处理。采取顶空套袋法采集气体样品,用预浓缩—气质联用仪分析样品COS浓度,同时测量植物光合参数。结果表明:马尾松和杉木吸收COS,吸收速率均值分别为39.58—127.27 pmol m^-2 s^-1和0.81—66.92 pmol m^-2 s^-1。整体而言,施氮可促进植物吸收COS,但除施氮对马尾松COS通量有显著影响外(P<0.05),施氮、土壤水分和两者交互作用对马尾松和杉木的COS和CO2通量及其比值均无显著性影响。施氮情况下,高土壤水分处理促进马尾松COS吸收而低土壤水分处理促进杉木COS吸收。中等土壤水分和高土壤水分条件下马尾松和杉木COS通量与气孔导度呈正相关关系。线性拟合结果表明,植物COS通量(FCOS)与CO2通量(FCO2)呈极显著正相关(P<0.01),马尾松和杉木FCOS/FCO2值分别为1.48×10^-6和1.01×10^-6。中等土壤水分条件均可提高马尾松FCOS/FCO2比值,而低土壤水分条件下施氮增加杉木FCOS/FCO2比值,高土壤水分条件下施氮降低杉木FCOS/FCO2比值。低土壤水分和高土壤水分使马尾松蒸汽压亏缺增大,促使气孔导度减小从而降低净光合速率。低土壤水分和高土壤水分下施氮导致杉木气孔导度增加从而增强净光合速率。研究结果不仅对进一步了解区域氮沉降和降水对树木COS通量及FCOS/FCO2的影响有重要意义,而且可为模型估算总初级生产力提供区域性数据支持。

植被恢复对红壤侵蚀区土壤铁铝氧化物和理化性质的影响

采集了福建长汀红壤侵蚀区5个植被恢复阶段(裸地,马尾松恢复5、15、30年人工林,天然次生林)的土壤,分析了这些土壤的理化性质及不同形态铁铝氧化物含量的变化特征.结果表明,随植被恢复年限增加,土壤非晶形铁铝氧化物(Feo、Alo)、游离结晶态铁铝氧化物(Fed、Ald)和络合态铁铝氧化物(Fes、Als)含量均逐渐增多.土壤有机质、全氮和全磷含量表现为天然次生林>马尾松恢复30年人工林>马尾松恢复15年人工林>马尾松恢复5年人工林>裸地;土壤铵态氮、硝态氮、碱解氮、速效磷和速效钾含量也随植被恢复年限增加而显著增多.随着铁铝氧化物含量的升高,土壤pH呈降低趋势,土壤养分呈增加趋势;红壤侵蚀区植被恢复过程中,游离结晶态和络合态铁铝氧化物可能比非晶形铁铝氧化物更有助于土壤养分的累积.

有机固体废物超高温好氧发酵技术及其工程应用

有机固体废物已成为我国生态环境和农业面源污染的重要源头,解决废物资源化高效利用问题成为研究的热点与关键.虽然传统高温堆肥作为废物资源化处理技术已经成熟,但是存在发酵周期长、发酵温度低、无害化不彻底等缺陷,严重制约其工厂化推广应用.本文推出一种有机废物资源化利用新技术:超高温好氧发酵技术.介绍了其基本原理、工艺流程、发酵参数以及在废物资源化利用方面的优势.该技术通过添加嗜热菌剂使发酵温度比传统高温堆肥高出20~30℃,能够显著缩短发酵周期、强化无害化效果.因此,该技术有望成为一项具有广泛应用前景和市场需求的废物资源化新技术.

氮添加和干旱对亚热带两个树种生长、光合及挥发性有机碳释放的影响

以我国亚热带森林优势树种木荷和杉木为研究对象,研究氮添加、干旱及二者交互作用对两种幼苗生长、光合、同化产物分配及生物源挥发性有机碳释放的影响.结果表明:氮添加显著增加(P<0.05)木荷总叶绿素含量、净光合速率、叶片可溶性糖含量、胸径、树高和总生物量,但显著降低(P<0.05)木荷细根可溶性糖含量;而仅显著增加杉木(P<0.05)总叶绿素含量和树高.干旱处理显著增加(P<0.05)两种幼苗总叶绿素含量,降低(P<0.05)木荷净光合速率、胸径、树高和总生物量,同时显著降低(P<0.05)杉木叶片非结构性碳水化合物含量.氮添加和干旱交互处理显著增加两种幼苗总叶绿素含量,但对两种幼苗总生物量无显著影响.氮添加和干旱分别使杉木的BVOC-C释放增加7.4和4.5倍,二者交互处理显著促进(P<0.05)木荷BVOC-C释放,但对杉木BVOC-C释放无显著影响,说明木荷和杉木BVOC-C释放对氮添加和干旱的响应存在差异.

两种增温方式对杉木和木荷单萜烯通量及光合特性的影响

全球增温对森林生态系统碳循环产生了重要影响,而生物源挥发性有机化合物(Biogenic volatile organic compounds,BVOCs)是生态系统中生物合成的重要次生碳代谢产物。作为BVOCs的主要组成成分,单萜烯(Monoterpenes,MTs)合成与释放在森林生态系统碳循环过程中有重要作用。以南亚热带常见树种杉木(Cunninghamia Lanceolata(Lamb.)Hook)和木荷(Schima superba Gardn.et Champ)2年生盆栽苗木为对象,设置未增温、电热线增温和红外辐射器增温3个处理,分析不同增温方式对植物MTs通量、光合作用及相关酶活性的影响。结果表明:杉木MTs通量显著高于木荷,分别为4027.634—16239.608 pmol m^(-2)s^(-1)、49.228—130.512 pmol m^(-2)s^(-1)。电热线增温导致杉木MTs通量增加约2倍,以柠檬烯和γ-松油烯为主,分别占73.3%和15.1%;红外辐射器增温处理下杉木MTs通量下降52.6%,以柠檬烯和α-松油烯为主,分别占71.3%和18.9%。不同处理间杉木气孔导度的变化趋势与其MTs通量结果类似,增温可能主要通过影响植物气孔导度从而影响MTs释放。增温处理后木荷净光合速率增加,其中电热线增温处理效果更显著(9.890μmol CO_(2) m^(-2)s^(-1)),且不同处理存在显著性差异(P<0.05)。因此,在进行全球增温模拟研究时需考虑增温方式差异,建议尽量设置多种增温方式,以便更全面反映增温的生态效应,为全球增温模型提供更可靠的数据支撑。

福州市仓山区内河主要水质指标的特征研究

以福州市仓山区6条城市内河为研究对象,分别于雨、晴两种天气下采集水样,比较了内河水体中总氮、总磷、铵态氮、化学需氧量和悬浮固体几项主要水质指标的差异.结果表明:雨天时,浦上河水体的主要污染物为总氮和化学需氧量,红旗浦水体的主要污染物为总磷和铵态氮,洪阵河的悬浮固体浓度最高,且与其他河流差异显著(P<0.05).晴天时,洋洽河水体的总氮、总磷、铵态氮和悬浮固体均显著高于其他河流,浦上河的化学需氧量浓度最高;相关性分析表明,几种水质指标之间多呈现出极显著相关性.两次采样,6条城市内河的水体总氮、总磷、铵态氮和化学需氧量浓度多数高于地表水环境质量标准(GB 3838—2002)Ⅴ类标准.

植被恢复对红壤侵蚀区土壤氮组分的影响

为了解植被恢复过程中土壤不同氮组分变化规律,以福建省长汀县典型红壤侵蚀区为研究对象,利用时空互代法,选取5个典型植被恢复阶段样地(裸地、恢复10、20、30年马尾松人工林和天然林)。土壤样品采集后,测定不同土壤氮组分,并探讨了其与土壤养分的关系。结果表明:(1)土壤全氮和有机氮组分(微生物量氮、溶解性有机氮、颗粒有机氮和粘粒有机氮)均为天然林>马尾松恢复20年人工林>裸地。天然林土壤铵态氮含量显著高于其他恢复阶段样地,植被恢复10年后硝态氮含量显著升高;(2)天然林土壤微生物量氮和粘粒有机氮与全氮的比例分别是裸地的5.37倍和2.81倍,并且其两种矿质氮(铵态氮和硝态氮)与全氮的比例也分别是裸地的3.23倍和5.67倍。(3)土壤全氮、有机氮组分和矿质氮与土壤其他养分(全碳、全磷、有机质、碱解氮、速效磷和速效钾)呈显著正相关,说明植被恢复过程中,土壤肥力也逐渐改善。

大气CO_(2)浓度和温度升高对木荷和杉木幼苗土壤卤代烃含量的影响

大气CO_(2)浓度增加和温度升高引起的全球变化对土壤生态系统的生物地球化学过程产生了重要影响。挥发性卤代烃(VOXs)的合成与释放是土壤参与全球物质循环与能量流动的重要途径。本研究以南亚热带乔木幼苗木荷和杉木为对象,设置对照(CK)、CO_(2)浓度升高(EC)、增温(ET)以及两者同时升高(EC+ET)4个处理,运用开顶箱及吹扫捕集-气质联用仪分析大气CO_(2)浓度增加和温度升高对土壤VOXs的影响。结果表明:木荷幼苗土壤VOXs含量高于杉木,分别为0.065~0.252和0.038~0.136 ng·g^(-1)。EC、ET和EC+ET处理均导致木荷和杉木幼苗土壤VOXs含量降低,其中,ET处理效果最明显,下降率分别达到74.2%和72.1%,增温主要通过改变土壤水分和氮含量而影响土壤VOXs含量。不同处理木荷幼苗土壤VOXs含量下降幅度大于杉木。CK、EC、ET和EC+ET处理木荷幼苗土壤VOXs以溴二氯甲烷和四氯化碳为主,溴二氯甲烷分别占27.5%、36.7%、32.9%、32.6%,四氯化碳分别占9.0%、16.8%、22.7%、15.8%;而杉木幼苗土壤VOXs以溴二氯甲烷和二溴甲烷为主,其中,溴二氯甲烷分别占31.9%、38.2%、40.9%和37.2%,二溴甲烷含量分别占17.9%、16.5%、19.2%和16.0%。模拟大气CO_(2)浓度增加和温度升高复合因子的研究,有利于更全面反映全球气候变化的生态效应,可为完善挥发性有机化合物(VOCs)通量模型提供数据支持。

利用^(15)N示踪技术研究木荷与马尾松幼苗叶片对NO_(2)的吸收与分配

大气氮氧化物(NOx=NO+NO_(2))随着干沉降进入森林生态系统时,会首先接触森林冠层。森林乔木能通过叶片吸收多少NO_(2)以及对吸收的NO_(2)是如何分配的,目前尚不清楚。该研究利用15N稳定同位素示踪技术,对中国南方常见乔木树种木荷(Schima superba)和马尾松(Pinus massoniana)幼苗在黑暗和光照两种条件下进行了^(15)NO_(2)静态箱熏蒸实验,检测并分析了两种植物的15N回收率以及吸收的NO_(2)在植物各组织中的分配结果。结果显示:植物主要通过气孔吸收NO_(2),木荷和马尾松在黑暗条件下整体分别能回收10.3%±5.9%和20.4%±7.0%^(15)NO_(2),在光照条件下整体分别能回收35.9%±5.4%和68.2%±7.6%^(15)NO_(2)。两种植物各组织中的平均干质量15N回收率均表现为叶>枝>干>根,大部分吸收的NO_(2)在短时间内都留在叶片中,木荷和马尾松叶片15N回收率占比在黑暗条件下分别为72%和49%,在光照条件下分别为91%和96%。本研究的结果表明森林乔木对NO_(2)的吸收不可忽略,森林乔木吸收NO_(2)这一过程在森林生态系统氮收支中起着十分重要的作用。

大气CO_(2)和O_(3)浓度增加对闽楠异戊二烯和单萜烯释放的影响

大气CO_(2)和O_(3)浓度增加对生态系统碳循环产生重要影响,而异戊二烯(ISO)和单萜烯(MTs)作为植物参与碳循环的中间产物,其合成与释放是生态系统碳循环的重要途径。本研究以2年龄盆栽闽楠(Phoebe bournei)为对象,设置对照(CK)、CO_(2)浓度增加(EC)、O_(3)浓度增加(EO)及CO_(2)和O_(3)浓度同时增加(EC+EO)4个处理,进行4个月的熏蒸实验,分析大气CO_(2)和O_(3)对闽楠ISO和MTs释放、光合参数的影响。结果表明:熏蒸1个月后,与CK相比,EC处理导致MTs通量显著增加(P<0.05),ISO通量降低5.6%;熏蒸4个月后,与CK相比,EC、EO和EC+EO处理下ISO和MTs通量均降低,其中,EC+EO处理下效果更显著,ISO和MTs通量分别降低了76.4%和89.6%。这主要是由于不同处理通过改变光合色素含量、调节植物气孔导度,进而引起净光合速率发生变化,净光合速率变化直接影响ISO和MTs代谢的碳源,最终影响ISO和MTs代谢。MTs组分以α-蒎烯和柠檬烯为主。CO_(2)和O_(3)浓度增加导致净光合速率随熏蒸时间逐渐降低。CO_(2)和O_(3)浓度独立和同时增加对ISO和MTs通量的影响存在差异,因此开展CO_(2)和O_(3)浓度增加对生态系统碳循环影响的研究时,建议考虑复合因子交互试验,为生态系统碳循环对全球气候变化的响应提供更可靠的数据支撑。

模拟氮沉降对鼎湖山典型森林地表烷烃、烯烃通量的影响

烷烃和烯烃类挥发性有机化合物(volatile organic compounds,VOCs)参与大气光化学反应并且影响全球碳循环,在大气化学中扮演重要角色。氮沉降持续增加会改变森林土壤生态过程,从而影响森林地表VOCs通量。本研究使用静态箱采样,大气预浓缩GCMS联用仪分析了鼎湖山两种典型森林——马尾松林(pine forest,PF)和季风常绿阔叶林(monsoon evergreen broadleaf forest,BF)地表烷烃和烯烃通量对模拟氮沉降的响应。结果表明,自然氮沉降下,PF地表是烷烃的"汇",烯烃的"源";其中正十一烷吸收量最大(-117.616±73.048 pmol·m^(-2)·s^(-1)),α-蒎烯释放量最大(220.301±159.543 pmol·m^(-2)·s^(-1))。BF地表是烷烃和烯烃的"源"。施氮使森林地表VOCs源汇功能发生转变,PF地表变为烷烃的"源",氮处理促进烷烃的释放,且随着氮水平的升高,促进效果显著增强。施氮后PF地表变为烯烃的"汇",氮处理抑制烯烃的释放,且低氮处理的抑制效果更为显著。BF地表变为二者的"汇"。两林型间烷烃通量差异显著,烯烃通量在同林型中因化合物不同而差异显著。

温度和光照对红花檵木和南天竹异戊二烯和单萜烯释放的影响

植物是生物源挥发性有机化合物(Biogenic volatile organic compounds,BVOCs)的最主要来源,城市绿色植物释放的BVOCs会影响城市大气组分,进而改变城市大气环境.本实验以红花檵木(Loropetalum chinense)和南天竹(Nandina domestica)为研究对象,调节温度(T)和光合有效辐射(PAR),测量两种植物主要BVOCs(异戊二烯(Isoprene,ISO)、单萜烯(Monoterpenes,MTs))的通量及光合参数.结果表明,在T=30℃、PAR=500μmol·m^-2·s^-1时,南天竹BVOCs释放速率大于红花檵木,分别为4916.51和3388.62 pmol·m^-2·s^-1,BVOCs释放种类以ISO为主,占BVOCs总量99.8%以上,MTs以α-蒎烯和3-蒈烯为主.ISO释放速率随温度升高而增加,35℃时达到最大值,红花檵木和南天竹分别为8436.48和15138.81 pmol·m^-2·s^-1,显著高于其他两种温度下ISO释放;而单萜烯在30℃时最大,分别为4.96和8.24 pmol·m^-2·s^-1,红花檵木单萜烯的释放受温度影响较为显著.PAR增加会显著促进两种植物ISO的释放,PAR=1000μmol·m^-2·s^-1时红花檵木和南天竹释放速率分别达3279.21和7355.17 pmol·m^-2·s^-1,而单萜烯释放在PAR为500μmol·m^-2·s^-1最高.温度和光照主要通过影响植物气孔导度和蒸腾速率等从而影响其BVOCs的释放,不同温度和光照处理下,异戊二烯释放碳占光合作用固定碳的0~3.28%.不同植物BVOCs释放对温度和光照响应的差异要求加强对城市绿色植物BVOCs释放的研究,以便为城市绿化树种选择及城市生态环境改善提供科学依据.