土地利用方式对岩溶断陷盆地土壤细菌和真核生物群落结构的影响

土壤生物是土壤生态系统的重要组成部分,在生态系统物质循环和能量转化中占有重要的地位。为揭示土地利用方式对岩溶断陷盆地土壤生物的影响,在获取土壤理化性质及碳氮磷化学计量学特征的基础上,利用16S rRNA和18S rRNA高通量测序技术研究了弃耕地、草地、人工林和天然林等土壤细菌与真核生物的群落结构。C:N、C:P和N:P比变化规律为弃耕地<草地<人工林<天然林,土壤细菌和真核生物α多样性、互作网络表现出相反的变化规律。土壤磷、钾和钙是影响岩溶断陷盆地土壤细菌和真核生物群落结构和多样性的关键因素。RB41是决定岩溶断陷盆地土壤细菌-真核生物网络系统的关键类群。本研究结果为利用土壤生物进行石漠化治理及岩溶生态修复提供了理论基础。

“喀斯特断陷盆地关键带与生态地质”专辑特邀主编寄语

自第三纪以来,康滇地块的地壳运动十分活跃,形成了喀斯特断陷盆地。由于该区“盆-山”地形变化剧烈,山地气候反差大;而西南季风的控制,使得该地区旱季是雨季的2倍,水资源的时空分配不均,土壤流/漏失严重,植被立地条件差,以至于石漠化问题缓解不明显。2016—2020年,在该区实施了国家重点研发计划典型脆弱生态修复与保护专项项目“喀斯特断陷盆地石漠化演变及综合治理技术与示范”,为我们了解喀斯特断陷盆地关键带与生态地质特征、总结已实施石漠化综合治理工程成果提供了条件。在《地球学报》编辑部的大力支持下,从4个方面“水资源、水土流失、生态地质、生态服务”,15篇文章构成“喀斯特断陷盆地关键带与生态地质”专辑,专辑并没有包括专项项目的全部内容,但对深入了解喀斯特断陷盆地的地质、气候、水文、生态和生态服务功能提供重要的参考价值。

桂江中上游不同地质背景区水沙趋势及特征分析

为研究桂江流域中上游不同地质背景区的水沙特征及其水文动态对降雨的响应,选取集水区域以非岩溶区为主的桂林水文站和以岩溶区为主的恭城、荔浦、平乐水文站2010—2016年水文观测数据,以及2012年6月中游非岩溶区地表河流和岩溶区地下河流的两处水质自动监测点数据进行分析。结果表明:桂林站在发生降雨时的水沙变化较为平缓,地表河流水位、温度、pH、电导变化较小,而荔浦、恭城和平乐站以及地下河的水文动态变化剧烈,表现出暴涨暴落的特点;地下河温度、pH、电导变化较大,体现了地质背景对河流水文水化学动态变化的影响。站点水沙关系和土壤流失受到人类活动干扰的影响,各站点输沙量呈现不同程度的增加趋势,由于岩溶区地下漏失严重,荔浦河和恭城河增加趋势更明显,降低人为活动的干扰对流域生态和水土流失防治至关重要。

小冰期时中国南方地区降水模式的差异研究

小冰期是过去一千年中全球气候变化的重要事件之一。关于小冰期时中国季风区和西风影响区气候变化的对比研究众多,但是缺乏中国南方地区降水模式时空差异的研究,难以了解中国南方地区降水变化规律。为了系统地了解小冰期时中国南方地区降水的复杂性,本文将中国南方地区划分为东南—华南沿海地区、中部地区以及西南地区三个区域,总共选取了19条高分辨率的古气候记录进行对比研究,主要有以下几点认识:(1)相对于中世纪暖期而言,小冰期期间中国南方东南—华南沿海地区的气候偏湿,这可能与雨带在中国南方的滞留时间延长和沿海地区受台风的影响增强有关。(2)中国中部地区秦岭南麓和神农架高山林区在小冰期时期主要呈"冷湿"的模式,差异在于秦岭南麓区域主要在小冰期中后期偏湿,这与中部其他区域偏"冷干"的模式不同。这种区域差异可能是由于地形地势和大气环流的复杂性导致。(3)中国西南地区受印度夏季风和东亚夏季风的共同影响,且该区域地形复杂,其气候变化在小冰期时期存在更加明显的空间差异,没有呈现出比较一致的降水模式。与小冰期期间的降水变化不同的是,近30年东南—华南沿海地区除了台湾和雷州半岛,其他区域降水明显减少,可能受气温和人类活动等因素的影响。通过结合高分辨率的古气候记录,我们系统分析了中国南方小冰期的干湿模式在时空上的差异及其可能的影响因子,这对于认识小冰期时中国南方不同区域降水的复杂性及未来旱涝灾害的防控具有一定意义。

基于CiteSpace的三维荧光光谱技术对内陆水体中溶解性有机质研究的进展

采用文献计量学方法厘清国内外三维荧光光谱技术对内陆水体中溶解性有机质(DOM)的研究现状、热点和发展趋势。利用CiteSpace知识图谱分析工具,以CNKI和WoS核心合集为数据源,从年发文量、发文作者、发文国家、关键词聚类以及突显等方面进行可视化分析,并对三维荧光光谱技术研究内陆水体中的DOM及其数据分析方法与解析技术进行综述。结果表明该领域年发文量呈上升趋势且以外文文献量增长较快为主要特征,中国是发文量最多的国家,国际化交流合作程度高且已形成较为稳定的研究团体,研究潜力充足。国内外利用三维荧光光谱技术对内陆水体中DOM的研究主要集中在易受人类活动影响或富营养化严重的水域,包括富营养化水体与沉积物中溶解性有机质,有色溶解性有机质和消毒副产物的研究,以及涉及溶解性有机质与重金属相互作用、全球气候变化响应、生物利用性等方面。除了采用常规的数据分析方法外,综合运用三维荧光光谱与吸收光谱、质谱等技术相结合,从分子水平解析内陆水体中DOM的组成和来源特征是该领域未来的重要研究热点与趋势。

中国近25年花粉通量研究进展

现代花粉研究是研究古植被、古气候的重要环节,而空气花粉是现代花粉研究的重要组成部分。空气花粉研究中致敏花粉是研究的主要热点之一,但是对于花粉通量等方面的研究相对较少。花粉通量是花粉散布和沉积后的结果,可以利用花粉通量研究花粉空间分布特征,通过对不同高度的花粉分布特征的研究,进而可对花粉传播过程与机理进行研究。当前,国内花粉通量的研究主要集中在北方地区。基于前人研究成果,从研究区、花粉通量研究进展、研究方法等方面进行归纳和讨论,并对花粉通量的研究进行展望,为未来的空气花粉通量研究提供一定的参考依据。研究结果表明:⑴花粉通量研究较少,可能与其研究成本高、研究周期长相关;⑵花粉通量研究区主要分布在北方地区,而南方地区未见报道,这与研究团队一般就近选区有关;⑶花粉组合特征与其研究区气候特征相关,东北地区乔木植物花粉比重大,西北地区草本、灌木比重大。

广西9种典型红树林植物花粉扫描电镜观察分析

为了系统研究广西主要红树林植物的花粉形态,应用扫描电镜对4科9属9种红树林植物的花粉进行了观察和研究,总结出花粉形态特征,并将其同科不同属的花粉形态进行比较。结果表明:(1)9种红树林植物的花粉粒大小、形状、萌发器官和表面纹饰等存在差异。(2)花粉粒的极轴(P)范围为12.41~96.87μm;赤道轴(E)范围为21.60~94.63μm;P/E范围为0.48~1.05。花粉粒最大的是黄槿,大小为96.87(94.80~104)×94.63(83.50~101.00)μm,花粉粒最小的是秋茄树,大小为12.41(10.70~13.90)×25.98(22.70~27.30)μm。秋茄树的P/E值最小为0.48,木榄的P/E值最大为1.05。(3)花粉粒呈近球形(1种)、扁球形(6种)和球形(2种),花粉粒多为扁球形。(4)萌发器官有三沟(1种)、三孔沟(5种)和散孔(2种),萌发孔类型多为三孔沟。(5)花粉粒表面纹饰为网状、网状拟脑纹状、穴状和刺状。研究可为红树林花粉的鉴定提供了重要的参考数据和识别指南,也可为红树林植物学分类、系统发育和亲缘关系提供孢粉学依据。

国内外近20年珍稀濒危植物的研究现状与发展趋势

为明晰国内外近20年来珍稀濒危植物研究的现状、热点及发展趋势,文章利用VOSviewer软件对WOS和CNKI数据库中珍稀濒危植物的相关研究文献进行梳理和可视化分析,探究该领域的研究热点与前沿进展,为未来该领域的深入探索提供有价值的参考。研究结果显示:1)在WOS数据库中,该领域的发文量在2004—2024年,除了2016—2017年发文量有所下降,整体保持增长的态势;在CNKI数据库中,该领域自2004以来,年发文量持续呈缓慢下降的趋势。中国和美国在该领域的总发文量最高,是其他国家的2~3倍。2)国际学者对珍稀濒危植物的研究主要集中在珍稀植物的保护、管理、种群空间分布模式、植被生长、物种多样性和遗传多样性等方面;国内学者对珍稀濒危植物的保护、遗传多样性、植物区系调查、药用植物价值和种群结构分析,以及ISSR技术应用等方面的关注度较高。3)WOS数据库显示,该领域的研究热点主题涵盖珍稀濒危植物的保护与恢复、遗传多样性和生境适应等内容;CNKI数据库显示该领域的研究热点主题涉及珍稀濒危植物保护与资源研究、植物种群结构、保护对策和繁殖技术等方面。4)植物的基因表达、植物根系特征及功能、环境适应性等内容仍是国际近几年的研究热点;空间分布、植物保护、种间联结和数量动态等是国内最近几年的研究热点。本研究对国内外珍稀濒危植物的研究现状进行了深入剖析与可视化分析,揭示该领域的研究热点与前沿趋势,可为未来珍稀濒危植物的保护策略制定、生物多样性维护以及生态恢复工程提供借鉴和参考。

漓江流域末次冰期以来气候环境变化研究进展

为更好地认识漓江流域过去气候环境变化,更好服务于漓江流域未来气候环境预测、生态环境建设及资源环境可持续发展,本文对漓江流域末次冰期以来的气候环境研究现状进行了总结和综述。总结了年代学、现代过程研究、古气候环境重建和古人类演化方面的进展及存在的问题,并对下一步的研究方向进行了分析和探讨。希望能促进华南地区过去气候环境变化研究,并对经济社会可持续发展提供借鉴和参考,助力桂林可持续发展创新示范区建设。

洞穴滴水、石笋中元素及元素比值对气候环境变化响应的研究进展

滴水/石笋元素是除δ^(18)O和δ^(13)C,研究气候环境变化的又一重要代用指标。外界气候环境变化通过改变表层岩溶带和岩溶含水层中的水文环境,甚至洞穴环境,进而影响元素的溶解、运移和沉淀过程,从而使得滴水/石笋中元素表现一定的变化规律。本文通过分析影响洞穴滴水元素及元素比值变化的因素:元素来源、水—岩相互作用和滞留时间、差异性淋滤、先期碳酸盐沉淀及分配系数的基础上,从元素对岩溶区“二元结构”和极端天气/气候事件响应的角度,探讨了滴水/石笋中元素的气候环境指示意义。取得了以下认识:(1)强降水带来的冲刷作用和溶解作用,促进土壤和基岩中元素、胶体和天然有机质(NOM:Natural Organic Matter)等物质在短时间内快速溶解和运移,使滴水中元素含量增加;但随着降水增多带来的稀释作用,使得滴水/石笋中Mg,Sr和Ba等元素含量降低,因此,单一元素的解译较为复杂;(2)基岩/溶液中元素溶解和沉积的差异,导致元素相对含量的变化,使得元素X/Ca值对外界环境的响应具有一致性,尤其是Mg/Ca和Sr/Ca值:在干旱条件下,降水减少导致方解石先期沉积(PCP:Prior Calcite precipitation)作用增强,使Mg/Ca和Sr/Ca值增大。但目前存在着一些问题:(1)Mg/Ca和Sr/Ca值变化对强降水事件的响应并不明显,可能与新、老水混合及元素溶解过程中的溶解比例差别不大有关;(2)多源、多期混合水源会导致洞穴滴水元素对极端事件响应减弱;(3)Mg/Ca和Sr/Ca的变化为解释δ^(18)O的“雨量效应”及“源效应”提供了见解,但元素变化能否反映季风强度的变化,仍有待进一步的研究。基于以上认识,笔者提出开展更加系统的大气—土壤—包气带—洞穴的监测;开展更高分辨率、更长时间尺度的洞穴监测;开展多区域、多洞穴系统对比研究来更加深入地开展洞穴石笋元素研究。

桂西北喀斯特峰丛洼地区表土孢粉与现代植被关系研究——以环江县蒙峒洼地为例

本文以广西环江典型喀斯特峰丛洼地为研究区,选取6种不同土地利用类型的37份表土样品进行研究。研究发现:①共鉴定孢粉类型68科/属,孢粉组合中针叶类占优势,占比为27.40%~59.12%,其中以松属为主;蕨类次之,占比为15.67%~55.29%,以芒萁属、凤尾蕨属及水龙骨科为主;然后为草本(占比为9.31%~41.17%),以禾本科、苋科/藜科、菊科为主;阔叶乔木类含量最低,为0.28%~16.01%,以栗属、栎属、豆科和大戟科为主;表土孢粉组合基本能反映洼地周围植被的总体特征。②草本花粉在水稻田含量最高,达41.17%,主要以水稻型禾本科(≥40μm)为主;次生林、撂荒地及玉米地的蕨类孢子含量较高,分别达55.29%、44.50%和40.50%。③主成分分析可以较好的区分水稻田、玉米地、次生林、桔林、撂荒地,但桑林不能被区分出来,可能与桑属为风媒花粉,以及采样时间、花粉保存条件等有关。④非农用地孢粉质量浓度明显高于农用地,可能与其植被类型、表层土壤扰动差异等有关。该研究结果可以为广西喀斯特石漠化地区的生态恢复、第四纪古环境与古植被重建研究提供参考依据。

山东莱州湾南岸晚上新世以来(6.8~0.004 Ma)古植被演替与海平面波动

【研究目的】海岸带沉积物中的微体古生物化石保存着丰富的地质环境信息,本文的目的是重建莱州湾南岸晚上新世以来的古植被演替与海平面波动关系。【研究方法】拟通过对HLL01钻孔的孢粉、淡水藻类、海相沟鞭藻、有孔虫内衬等微体古生物化石的分析,恢复和重建莱州湾南岸及其附近地区晚上新世以来的古植被演替与海平面波动。【研究结果】(1)在晚上新世—早更新世阶段(约6.8~1.6 Ma),大量的陆生草本花粉(75.13%)指示研究区的植物群落主要以藜科、蒿属及禾本科为主的草原植被,气候温暖偏干。(2)在早更新世—中更新世阶段(约1.6~0.6 Ma),研究区的植物群落开始由草原向森林草原类型过渡;急剧增加的淡水藻类,则指示研究区可能有大的河流注入,或形成较大规模的湖泊;降水量增加,气候变得湿润。(3)在中更新世—晚全新世阶段(约0.6~0.004Ma),研究区的植物群落已经变成森林草原植被。淡水藻类含量略有降低,指示研究区的河流注入量开始减少,湖泊面积也开始萎缩。同时,海相沟鞭藻和有孔虫内衬等海相化石记录,指示研究区在该阶段出现了较为明显的大规模海侵事件。【结论】莱州湾晚上新世以来发生了3次古植被演替与海平面波动事件。

亚热带森林不同类型土壤净氮转化对温度和湿度的响应

为研究我国亚热带森林不同土壤净氮转化速率对温度和湿度的响应特征,本研究以广西广泛分布的酸性红壤与中性石灰土2种森林土壤为研究对象,通过土壤培养对比研究2种森林土壤净氨化、净硝化和净矿化速率对温度(5、15、25、35℃)和湿度(含水量分别为饱和持水量(WHC)的20%、40%、60%、80%)的响应。结果表明:2种土壤净氮转化速率对温度变化有较强的响应。酸性红壤的净氨化、净硝化和净矿化速率均随温度上升而降低,导致土壤净氮供应能力降低;相反地,中性石灰土的净硝化和净矿化速率随温度上升而增大,土壤有效氮通量增加,氮淋溶风险随之增加。土壤氮转化的温度敏感性(Q_(10)值)分析表明,酸性红壤净氨化和净矿化速率的温度敏感区间为25~35℃;酸性红壤硝化速率和石灰土各净氮转化速率的敏感区间为15~25℃。土壤湿度增大促进了石灰土净硝化和净矿化速率,但对红壤的各净氮转化速率无显著影响。土壤钙含量对不同温度下氮转化速率有最高的解释率(28.0%)。因此,在全球变暖大背景下,在对亚热带森林保育、恢复及土地利用管理中,需重视不同土壤类型间氮转化对气候变化响应的差异性。

初始含水率对活性MgO碳化红黏土特性的影响

针对红黏土不良物理力学特性造成的工程问题,采用活性MgO结合CO_(2)碳化加固技术对其进行改良。通过一系列土工试验探究不同初始含水率和碳化时间对试样物理力学特性的影响;结合扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)试验,揭示活性MgO碳化固化红黏土的微观结构变化。结果表明:改良后红黏土的质量和体积明显增加,显著改善了红黏土高含水量的不良特征,同时有效吸收CO_(2)气体(18%~42%);活性MgO碳化固化红黏土的强度能够在较短时间内得到提升,但强度的提升幅度受到初始含水率和碳化时间的影响,且无侧限抗压强度与CO_(2)吸收率保持良好的一致性。通过微观结构分析发现,碳酸镁石、球碳镁石和水菱镁石等水合碳酸镁产物是碳化固化红黏土物理特性变化及强度提升的主要原因。活性MgO碳化固化红黏土具有较好的优势,能够有效改善红黏土的物理力学性能。

云南岩溶断陷盆地土地利用方式对丛枝菌根真菌群落结构的影响

【背景】丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungus,AMF)是一类能与绝大部分植物形成共生关系的真菌,在植被演替和生态恢复过程中发挥重要作用。【目的】了解云南岩溶断陷盆地不同土地利用方式对AMF群落结构的影响。【方法】采用Illumina HiSeq 2500高通量测序技术对云南岩溶断陷盆地林地、灌丛和草地等3种土地利用方式土壤样品的AMF群落结构进行分析。【结果】草地总磷(total phosphorus,TP)、速效钾(available potassium,AK)、交换性镁(exchangeable magnesium,E-Mg)、电导率(electrical conductivity,EC)和土壤温度(temperature,T)显著高于林地和灌丛,林地总氮(total nitrogen,TN)和有机碳(soil organic carbon,SOC)含量显著高于灌丛和草地。TN、SOC、AK和EC是AMF群落结构最主要的影响因子。草地样品的Chao1、ACE、Shannon和Observed species指数显著高于林地和灌丛样品,尽管Simpson指数差异不显著,但是也表现出了类似的变化趋势。9个土壤样品共产生953个AMF-OTU,鉴定出AMF 3个纲4个目9个科13个属。Glomeromycetes和Paraglomeromycetes为优势纲;Glomus和Paraglomus为优势属,其次为Claroideoglomus、Acaulospora和Diversispora。Glomus和Diversispora主要分布在草地和灌丛中,随着演替的进行其相对丰度有所下降,而Paraglomus的相对丰度逐渐上升。【结论】云南岩溶断陷盆地土地利用方式的AMF群落结构具有显著差异,土壤理化因子是重要的影响因素。

长期不同施肥措施下岩溶水稻土可培养细菌群落变化及其主要影响因素

【背景】施肥是目前提高作物产量的较优策略,不同的施肥措施在不同程度上影响土壤肥力和微生物群落结构。【目的】探究岩溶水稻土理化性质变化与细菌群落变化的对应关系,进而反映不同施肥措施对土壤可培养细菌群落的影响。最后选出最优施肥方案,为后续的合理施肥工作提供依据。【方法】对岩溶水稻土进行不施肥、常规施肥、常规施肥加绿肥3种施肥处理,通过对土壤理化性质、可培养细菌群落丰度及多样性变化的研究,探究在不同施肥措施下对岩溶水稻土壤细菌群落的影响。【结果】对比不施肥处理,常规施肥处理下土壤pH值和有机碳含量下降,结合大量研究结果证明,无机肥或氮肥的长期过量施加使土壤pH值下降,常规施肥加绿肥有利于有机碳的积累。分离纯化共得到164株菌,分别来自Actinobacteria、Bacteroidetes、Firmicutes和Proteobacteria。属水平上常规施肥配施绿肥较常规施肥组优势菌属Sphingomonas、Lysobacter的相对丰度增加。细菌群落多样性增加,出现Paenibacillus、Streptomyces和Pseudomonas等特有功能菌属。优势菌属Sphingopyxis、Lysobacter、Paenibacillus、Bosea、Streptomyces、Pseudomonas和Bacillus与TN存在显著正相关,在常规施肥加绿肥处理土壤中增加。【结论】常规施肥加绿肥处理下,固氮、溶磷等功能菌丰度增加,增加土壤肥力,保持土壤养分的可利用性,对作物的增产起重要作用。岩溶水稻土常规施肥配施绿肥处理的效果优于不施肥和常规施肥处理。

北方喀斯特地区地下水VOCs污染特征及健康风险——以山东省淄博市临淄区为例

为研究山东省淄博市临淄区喀斯特地下水中挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)的污染特征及其对人类健康带来的风险,采集研究区内19个地下水样品,检测其54种VOCs的质量浓度。基于GIS平台和SPSS软件,利用数理统计方法和图解法等分析研究VOCs的检出率、空间分布特征、影响因素。结果表明:有16个地下水样品检出有机物,检出的20种VOCs属于芳香烃类和卤代烃类;单种有机物最高检出率为68.42%;三氯甲烷质量浓度最高,为404.00μg/L;一个样点的1,1-二氯乙烷、三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯和另一样点的三氯乙烯浓度超过中国/WHO饮用水标准;区内地下水中VOCs的空间分布与化工企业等的空间布局、地下水流场、土地利用类型、人类活动等密切相关。研究显示:整体上2条主径流路径上的总致癌最大风险触碰美国环境保护署建议的阈值(10^-6),一条地下水径流路径上工厂密集区总致癌最大风险超过了可接受水平(10^-4)且总非致癌最大风险大于1。山东淄博市临淄区地下水中VOCs的存在已对区内居民饮用水安全带来隐患,必须采取积极措施优化地下水环境,防止水质进一步恶化,解决当地居民饮用水源问题。