当期目录

2022年 第33卷 第10期    刊出日期：2022-10-15

上一期    下一期

目录

目录

2022, 33(10):  0-0. 

摘要 ( 63 )   PDF (17628KB) ( 33 )  

陆地生态系统固碳与增汇专栏

红壤和风沙土添加不同化学结构有机碳对外源碳去向及累积贡献的影响

张琳梅, 李梦娇, 元方慧, 胡亚林

2022, 33(10):  2593-2601.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.041

摘要 ( 180 )   PDF (1214KB) ( 60 )  

植物凋落物碳输入显著影响陆地生态系统土壤CO₂排放和有机碳(SOC)形成,然而,针对不同质地土壤添加不同化学结构外源碳去向依然不清楚。本研究将¹³C标记的葡萄糖、淀粉和纤维素添加至红壤和风沙土,比较2种质地土壤添加不同化学结构外源碳在土壤释放的CO₂、SOC、可溶性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)库的净累积量、回收率及贡献比例上的差异。结果表明: 添加外源有机碳显著提高了CO₂、SOC、DOC和MBC的δ¹³C值,且随着外源有机碳化学结构复杂性的增加,CO₂的δ¹³C峰值依次延迟出现;外源有机碳种类、土壤类型和培养时间均显著改变外源碳去向及其在各碳库的贡献比例;在风沙土中,外源有机碳更多被矿化为CO₂,且CO₂库的外源碳净累积量和回收率大小依次为葡萄糖>淀粉>纤维素;红壤添加外源碳转变为SOC的累积量和回收率显著高于风沙土,且红壤SOC库的外源碳净累积量和回收率大小顺序也为葡萄糖>淀粉>纤维素。可见,外源有机碳化学结构和土壤质地共同调控外源碳去向及累积贡献。

不同化学性质叶凋落物添加对土壤有机碳矿化及激发效应的影响

陈甜, 元方慧, 张琳梅, 胡亚林

2022, 33(10):  2602-2610.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.016

摘要 ( 242 )   PDF (1541KB) ( 127 )  

凋落物输入可显著影响土壤有机碳(SOC)矿化速率,但添加不同化学性质叶凋落物对土壤有机碳矿化释放CO₂及激发效应的影响及其机理仍不清楚。本研究将亚热带6种树种¹³C标记的叶凋落物添加至天然次生林0～10 cm原位土柱中,比较不同树种叶凋落物添加对土壤总CO₂、外源凋落物和土壤来源CO₂释放速率和累积量以及激发效应的影响,并量化叶凋落物化学性质与土壤CO₂释放累积量、激发效应的相关关系。结果表明: 添加叶凋落物能够显著提高土壤总CO₂和土壤来源CO₂释放量,存在显著正激发效应,激发效应值为68%～128%。不同树种叶凋落物添加对土壤有机碳矿化和激发效应的影响存在显著差异。Pearson相关分析和逐步多元线性回归分析发现,凋落物来源CO₂释放累积量与叶凋落物C、P和纤维素含量呈显著负相关,而土壤来源CO₂释放量与叶凋落物C:N和木质素:N呈显著正相关。综上,不同化学性质的叶凋落物对土壤有机碳矿化和激发效应的影响存在异质性,在亚热带地区森林类型转变过程中营造具有高质量叶凋落物的人工林将有助于减少森林土壤碳损失。

罗浮栲林土壤微生物碳利用效率对短期氮添加的响应

戴辉, 曾泉鑫, 周嘉聪, 彭园珍, 孙雪琦, 陈静琪, 陈文伟, 陈岳民

2022, 33(10):  2611-2618.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.013

摘要 ( 215 )   PDF (1353KB) ( 124 )  

作为调节土壤碳矿化过程的重要参数,微生物碳利用效率(CUE)对理解陆地生态系统中的碳循环至关重要。本研究在戴云山罗浮栲林设置对照(0 kg N·hm^-2·a^-1)、低氮(40 kg N·hm^-2·a^-1)和高氮(80 kg N·hm^-2·a^-1) 3个氮添加水平以模拟氮沉降,测定了表层(0～10 cm)土壤基本理化性质、有机碳组分、微生物生物量和酶活性;并利用¹⁸O标记水方法测定土壤微生物CUE,以更好地理解氮沉降加剧对微生物CUE的影响及其影响因素。结果表明: 短期氮添加显著降低了土壤微生物的呼吸速率、碳和氮获取酶活性,但显著增加了土壤微生物CUE。β-N-乙酰氨基酸葡糖苷酶(NAG)/微生物生物量碳(MBC)、微生物呼吸速率、β-葡萄糖苷酶(BG)/MBC、纤维素水解酶(CBH)/MBC和土壤有机碳含量是影响CUE的主要因素,且CUE与NAG/MBC、微生物呼吸速率、BG/MBC和CBH/MBC呈显著负相关,与土壤有机碳呈显著正相关。综上,短期氮添加导致土壤微生物获取碳和氮的成本降低,减少微生物呼吸,从而提高了土壤微生物CUE,这将有助于提高罗浮栲林土壤碳固存潜力。

氮沉降下不同碳添加模式对亚热带毛竹林土壤激发效应的影响

徐敏, 刘苑苑, 元晓春, 曾泉鑫, 林惠瑛, 吴晓霞, 崔琚琰, 陈文伟, 陈岳民

2022, 33(10):  2619-2627.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.015

摘要 ( 176 )   PDF (2179KB) ( 45 )  

激发效应(PE)在调控陆地土壤碳(C)循环中发挥着重要作用,但在氮(N)沉降日益严重的亚热带森林生态系统中,不同C添加模式对PE的影响尚不清楚。本研究通过添加¹³C标记的葡萄糖,进行90 d的室内培养试验,探究不同施N水平下(0、20、80 kg N·hm^-2·a^-1)C添加模式(单次C添加、重复C添加)对土壤PE的影响。结果表明: 不同模式葡萄糖添加均显著增加了土壤有机C(SOC)矿化,产生了正PE,且单次的葡萄糖添加比重复添加引起的PE更大;随着施N水平的增加,PE显著减弱,表明N沉降抑制了毛竹林土壤激发。相关分析显示,累积PE与β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、过氧化物酶(PEO)活性呈显著负相关,与微生物生物量磷(MBP)、酸碱度(pH)呈显著正相关。综上,施N和C添加共同作用于土壤时,可以通过刺激亚热带森林中原生土壤有机质矿化而对土壤C储量产生强烈影响。本研究证明,单次C添加模式可能高估了外源易分解有机C对PE的影响,而忽略了N沉降对PE的影响,进而高估了森林SOC的矿化损失。

乌兰布和沙漠东北部不同耕作年限农田土壤有机碳密度及其影响因素

曹琪琪, 肖辉杰, 刘涛, 孙景宽, 夏江宝, 王栋, 辛智鸣, 贺文君, 赵丹丹, 黄文文

2022, 33(10):  2628-2634.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.017

摘要 ( 168 )   PDF (1239KB) ( 22 )  

明确干旱区农田开垦过程中土壤有机碳变化及其影响因素对评估其固存特征具有重要意义。本研究以乌兰布和沙漠东北部不同开垦年限(2～5、12～15、25～30、40～50年)农田为对象,以未开垦的自然土壤为对照,采用空间代替时间的研究方法,探究农田开垦过程中0～2 m土层内土壤有机碳密度变化特征及其影响因素。结果表明: 随开垦年限的增加,浅层(0～0.4 m)土壤有机碳密度呈持续增加趋势,但农田土壤有机碳密度均处于较低水平(0.990～1.983 kg·m^-2)。深层(1.2～2 m)土壤有机碳密度在开垦年限较长(25～30和40～50年)的农田中有所增加,而在开垦年限较短(2～5和12～15年)的农田中无增加趋势。未开垦土壤和各耕作年限农田深层土壤有机碳密度在0～2 m土层中占比较大(28.9%～38.6%)。不同耕作年限农田中土壤有机碳密度随土层深度的增加均呈先减小后增大的二次函数关系,且拟合度较高(R²为0.757～0.972)。土壤黏粒和粉粒含量是影响0～2 m土层有机碳密度的关键因素,且耕作年限对浅层(0～0.4 m)土壤有机碳的积累具有重要促进作用。

坝地剖面泥沙有机碳分解特征及其影响因素

王震, 刘颖, 杨明义, 张风宝

2022, 33(10):  2635-2643.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.018

摘要 ( 144 )   PDF (2922KB) ( 34 )  

黄土高原地区已建成的5.6万余座淤地坝累计拦截有机碳0.95 Pg,是陆地生态系统重要的碳汇,但是目前对其分解机制仍知之甚少,难以量化其在陆地碳循环中的作用。本研究通过模拟原始沉积条件下的泥沙环境(缺氧条件)进行矿化培养,并比较假定泥沙暴露在有氧情况下的有机碳分解速率,探究有机碳分解速率的影响因素。结果表明: 坝地泥沙在原始沉积条件和暴露在有氧条件下有机碳分解速率均值分别为(6.47±4.06)和(56.66±17.78) mg C·kg^-1·d^-1,坝地泥沙在埋藏条件下有机碳分解速率仅为被暴露在有氧条件下的11.4%,表明埋藏显著降低了有机碳分解速率。在缺氧条件下泥沙化学性质比有机碳分解相关微生物对泥沙有机碳分解速率的影响更大;在有氧条件下则表现为有机碳分解相关微生物对泥沙有机碳分解速率的影响更显著;泥沙物理性质对缺氧和有氧条件下泥沙有机碳分解速率的影响均较小。自然情况下,淤地坝表现为碳汇,但当发生溃坝时,原本在沉积缺氧条件下储存的泥沙有机碳会迅速暴露在空气中,有机碳分解速率显著提高,表现为碳源。

不同数据集的1982—2017年中国总初级生产力的时空动态

曹玉娟, 宋振华, 武志涛, 杜自强

2022, 33(10):  2644-2652.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.027

摘要 ( 395 )   PDF (4801KB) ( 98 )  

了解陆地生态系统总初级生产力(GPP)时空变化及其与气候因子的关系,可以为植被恢复及保护提供重要依据。基于气象数据和3套公开的GPP数据集(EC-LUE GPP、GLASS GPP和NIRv GPP),本研究系统分析了中国1982—2017年GPP的时空变化特征及其对气候变化的响应。结果表明: 3套GPP数据均表明,1982—2017年,中国年和季节的GPP呈逐年上升趋势,1998和2002年明显高于研究期间的平均水平,1989和1992年明显低于多年平均GPP。1982—2017年,中国大部分地区GPP呈显著上升趋势,3套GPP数据显著增加的区域分别占整个研究区的75.7%、73.0%和69.6%。年GPP与降水和温度均存在显著正相关关系,但空间异质性较强。其中GPP与温度呈正相关的区域主要分布在西北和华中地区,GPP与降水呈正相关的区域主要分布在华北地区。不同季节的GPP受气温、降水影响的区域存在明显的时空异质性。温度是春、秋和冬季GPP的限制因子,而夏季GPP主要受降水影响。

基于CO₂FIX模型的长白落叶松人工林碳汇和木材生产模拟

董灵波, 陈冠谋, 蔺雪莹, 刘兆刚

2022, 33(10):  2653-2662.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.009

摘要 ( 188 )   PDF (2448KB) ( 74 )  

本研究以帽儿山地区长白落叶松人工林为对象,基于样地调查和文献数据,利用CO₂FIX模型定量模拟轮伐期(30、40、50、60年)、立地指数(12、16、20 m)和初植密度(2500、3333、4444 株·hm^-2)对长白落叶松人工林碳平衡过程的影响,并构建林分尺度下生物量碳库、土壤碳库和林产品碳库之间的碳流通过程。结果表明: CO₂FIX模型对帽儿山地区长白落叶松人工林生物量和蓄积量的生长过程模拟结果具有较高的可靠性,模拟值和实测值平均相对误差分别为6.4%和3.7%。在初植密度3333 株·hm^-2、立地指数16 m、轮伐期40年的基准条件下,长白落叶松人工林总碳储量及各碳库碳储量均随轮伐期呈周期性变化。林分总碳储量和蓄积量均随轮伐期的延长、立地指数的提升和初植密度的增加而增加。当轮伐期分别延长10年和20年时,林分碳储量分别增加12.2%和31.2%,林分蓄积增加36.7%和67.8%;而当轮伐期缩短10年时,林分碳储量和蓄积量则分别降低20.9%和40.4%。与初植密度2500 株·hm^-2相比,初植密度为3333和4444 株·hm^-2时,林分碳储量增长率分别为27.8%和50.9%,蓄积量增长率分别为27.4%和49.1%。当立地指数在12～20 m范围时,每提高4 m,林分碳储量增长36.0%、40.3%,蓄积量增长39.3%、44.2%。在一个轮伐期内,每公顷长白落叶松人工林可固定约271.57 t C;当轮伐期结束时,约有27.47和56.75 t C流转到土壤和木材产品碳库中。因此,当立地条件较好时,采用较高初植密度(4444 株·hm^-2)和较长轮伐期(60年)的管理模式更有利于长白落叶松人工林碳汇和木材效益的最大化。

北方泥炭地氮素有效性的变化及其对碳汇功能的影响

高晋丽, 宋艳宇, 宋长春, 宫超, 马秀艳, 高思齐, 刘桢迪

2022, 33(10):  2663-2669.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.008

摘要 ( 174 )   PDF (637KB) ( 52 )  

北方泥炭地是典型的氮限制性生态系统,对全球气候变化及人类活动响应敏感。气候变暖导致内源有效氮增加以及人类活动引起的大量外源氮输入,改变了北方泥炭地氮素有效性,对泥炭地碳氮循环过程及碳汇功能产生了深远影响。本文综述了北方泥炭地碳积累速率和碳汇功能的影响因素,分析了氮沉降、冻融、火烧等因素对北方泥炭地氮素有效性的影响,分别从碳固定和碳排放过程阐述了植物及土壤微生物对氮素有效性变化的响应,并对全球变化影响下泥炭生态系统碳汇功能相关研究进行了展望,以期助力“双碳”目标的实施。

研究论文

观光木群落优势树种生态位和种间联结

刘益鹏, 叶兴状, 叶利奇, 陈绪辉, 郑世群, 陈世品, 张国防, 刘宝

2022, 33(10):  2670-2678.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.007

摘要 ( 198 )   PDF (1037KB) ( 99 )  

为了解君子峰自然保护区极小种群观光木群落的种间关系和生态联系,加强观光木野生资源的保护,对群落优势树种的生态位特征和种间联结性进行研究。结果表明: 观光木、浙江润楠、木荷、赤杨叶的生态位宽度优势明显,是主要建群种;20个优势树种的190组种对中,有50.5%的种对生态位重叠值大于0.5,物种间生态位分化程度一般;观光木与其他19个物种生态位重叠度普遍较高,当资源不足时,有竞争风险;优势树种的总体联结性表现为显著正联结,群落处于相对稳定的演替后期;χ²检验、联结系数和Pearson相关系数检验结果均显示,种间联结性的显著率极低,种间独立性较强;种间联结性与生态位重叠之间呈正相关。君子峰观光木群落较为成熟,资源利用充分,种间关系稳定,为促进观光木种群恢复和壮大,可适当限制与观光木生态位重叠度大、有显著负联结的种群规模,提高与之有正相互作用的物种比例,为观光木营造良好的生境。

喀斯特常绿落叶阔叶林个体死亡对空间格局及种间关联性的影响

鲁梦珍, 曾馥平, 宋同清, 彭晚霞, 苏樑, 刘坤平, 谭卫宁, 杜虎

2022, 33(10):  2679-2686.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.002

摘要 ( 159 )   PDF (1805KB) ( 25 )  

树木死亡作为森林生态系统中一个重要的生态学过程,研究其如何影响物种的空间分布格局及种间关联性,可以为揭示树木死亡机制及群落动态变化规律提供重要参考。本研究根据木论25 hm²喀斯特常绿落叶阔叶林动态监测样地两次木本植物调查数据,采用点格局分析方法,分析了树木死亡前后空间格局和种间关系的变化。结果表明: 样地内个体死亡前后主要表现为聚集分布,但死亡后聚集分布的物种比例较死亡前略微下降,小尺度上呈现随机分布的物种比例有所增加,个体的死亡呈非随机性死亡。在物种水平上,13个优势种的死树和活树之间在0～30 m各尺度上呈显著正关联,表明样地内优势物种个体之间种内和种间竞争作用不激烈;树木死亡前后种间关联性主要为正关联,且大部分物种种间关系在死亡前后并未发生变化,表明群落已发展到相对稳定的阶段;死亡后,在1～30 m尺度上表现为正关联的物种对比例有所增加,负关联和无关联的物种对在大部分尺度上有所减少,说明个体死亡发生后,各个物种之间的竞争压力在一定程度上有所缓解。

不同密度华北落叶松林天然更新及其影响因子

卫舒平, 梁文俊, 魏曦, 卜瑞瑛, 姚佳峰

2022, 33(10):  2687-2694.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.001

摘要 ( 219 )   PDF (1043KB) ( 153 )  

以关帝山区8种林分密度(128、240、320、400、480、560、640和720株·hm^-2)华北落叶松纯林为研究对象,分析了不同密度下华北落叶松天然更新优劣及其影响因子。结果表明: 更新指数随林分密度增大先升高后降低,中密度(400～560株·hm^-2)林分更新效果明显优于过疏和过密林分;林下光环境、草本植物及凋落物对落叶松更新有双重作用,光照过强、草本植物盖度过大或凋落物过厚不利于林下更新,土壤有机质可使土壤质地松软、水分含量充足并形成低磷高氮环境促进林分更新;各因子对更新指数的影响依次为:土壤含水量(0.798)>全氮(0.621)>凋落物厚度(-0.597)>土壤孔隙度(0.504)>土壤有机质(0.493)>全磷(-0.404)>林下总光照(-0.274)>草本植物盖度(-0.021)。在后续森林经营中,可通过抚育间伐或补植将林分密度控制在480株·hm^-2左右,并适当清理林下凋落物,改善土壤条件,促进华北落叶松天然更新。

基于引力模型的林木竞争分析

窦啸文, 汤孟平

2022, 33(10):  2695-2704.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.004

摘要 ( 188 )   PDF (2662KB) ( 25 )  

引力模型是否可以应用于森林群落林木竞争关系分析是值得研究的问题。基于引力模型建立林木相对活力圈能反映竞争木活力大小,基于竞争木的相对活力圈建立引力竞争指数能准确反映林木生长与林木竞争的关系。以浙江省天目山国家级自然保护区针阔混交林为研究对象,将V_Hegyi竞争指数、引力竞争指数分别与胸径进行相关分析,胸高断面积生长量分别与2种竞争指数进行相关分析,胸径生长率与2期引力竞争指数的比值(2021年与2006年的引力竞争指数之比)进行相关分析,此外,对相对活力圈直径与胸径进行相关分析,并比较分析了活立木与枯死木的竞争指数大小。结果表明: 2种竞争指数与胸径均呈显著负相关,且均服从幂函数关系。林木胸高断面积生长量与2种竞争指数均呈显著负相关,但引力竞争指数比V_Hegyi竞争指数更能反映林木生长与林木竞争的关系。相对于V_Hegyi竞争指数的比值,2期引力竞争指数的比值更能说明林木生长与林木竞争的关系。在针阔混交林中,阔叶树种的生长与竞争的相关性>针叶树种生长与竞争的相关性。林木枯损受竞争的显著影响。林木相对活力圈大小与林木胸径大小呈显著负相关。引力模型是反映空间相互作用的重要模型之一,可以应用于林木竞争关系的研究,且基于引力模型建立的引力竞争指数可以作为评价林木竞争和林木活力的一个空间结构指标,比V_Hegyi竞争指数更能反映林木生长与林木竞争的关系。

模拟氮沉降降低亚热带米槠天然林土壤氧化亚氮排放潜势

邓米林, 冯蒙蒙, 刘小飞, 陈仕东, 贺纪正, 林永新

2022, 33(10):  2705-2710.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.005

摘要 ( 155 )   PDF (647KB) ( 21 )  

我国亚热带地区大气氮沉降量逐年上升,对森林土壤生物地球化学循环造成严重影响。本研究设置了对照(不添加氮)、低氮(40 kg·hm^-2·a^-1)和高氮(80 kg·hm^-2·a^-1)处理,分析了亚热带米槠天然林土壤反硝化功能基因丰度和N₂O排放潜势对氮沉降的响应。结果表明: 高氮处理显著降低土壤N₂O排放潜势。长期(8年)氮沉降对nirS、nirK、nosZ Ⅰ和nosZ Ⅱ基因丰度均无显著影响,但nosZ Ⅰ丰度均显著高于nosZ Ⅱ丰度,表明nosZ Ⅰ在酸性森林土壤中占主导。与对照相比,高氮处理显著降低(nirK+nirS)/(nosZ Ⅰ+nosZ Ⅱ)值。(nirK+nirS)/(nosZ Ⅰ+nosZ Ⅱ)值与土壤pH值呈显著正相关。长期高氮沉降可能通过降低土壤pH值使得土壤(nirK+nirS)/(nosZ Ⅰ+nosZ Ⅱ)值下降,从而降低森林土壤N₂O排放潜势。

增温对亚热带杉木枝和叶凋落物理化性质的影响

李澳归, 林成芳, 胡明艳, 刘小飞, 宋豪威, 张磊, 杨玉盛

2022, 33(10):  2711-2717.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.003

摘要 ( 177 )   PDF (1374KB) ( 70 )  

在区域尺度上,凋落物的底物性质是决定其分解速率的关键因素。本研究以亚热带杉木人工林为对象,通过埋设电缆进行土壤增温,分析气候变暖对杉木枝、叶凋落物理化性质的影响。结果表明: 经过5年的土壤增温试验(4 ℃),杉木枝凋落物的氮(N)、磷(P)含量和可萃取物含量分别增加35.2%、40.8%、7.6%,叶凋落物分别增加41.2%、45.9%、5.9%;枝凋落物的碳(C)含量、纤维素含量和C/N分别降低5.1%、11.6%、28.8%,叶凋落物分别降低5.3%、11.3%、33.3%。土壤增温导致杉木叶凋落物的比叶面积提高29.8%,抗拉强度减小40.7%,但增温对杉木枝和叶凋落物木质素含量和pH值无显著影响。¹³C NMR和红外光谱分析显示,增温后杉木凋落物中氨基酸、多糖、多酚和脂肪族化合物含量变化显著,而且在不同器官凋落物之间有所差别,表现为多糖类物质只在叶凋落物中显著增加,枝凋落物中氨基酸的增加量大于叶凋落物。土壤增温显著改变了杉木枝、叶凋落物的理化性质, N、P养分含量的提高以及抗拉强度减小等特征可能加速初期凋落物的分解速率,而由于复杂大分子化合物的增多,后期凋落物的分解速率可能较慢。

有机肥配施氮肥对西北旱地冬小麦产量、品质及土壤生物学特性的影响

马龙, 王书停, 史雷, 张然, 王楷, 郑伟, 李紫燕, 翟丙年

2022, 33(10):  2718-2724.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.014

摘要 ( 180 )   PDF (1281KB) ( 59 )  

在西北旱地冬小麦进行有机肥和化肥配施试验,共设5个处理,有机肥(牛粪,M)施用量30 t·hm^-2,配以不同量的化学氮肥(0、75、150、225、300 kg N·hm^-2,分别用M+N₀、M+N₇₅、M+N₁₅₀、M+N₂₂₅、M+N₃₀₀表示)。试验进行3年后,连续两年(2018、2019年)测定小麦产量、品质和土壤生物学特性。结果表明: 有机肥配施氮肥小麦产量均显著高于单施有机肥的M+N₀处理;M+N₁₅₀、M+N₂₂₅和M+N₃₀₀ 3个处理产量均显著高于M+N₇₅处理,3个处理之间差异不显著。除淀粉含量外,有机肥配施氮肥小麦籽粒粗蛋白含量、湿面筋含量、沉降值、延伸性均显著高于M+N₀处理,且M+N₁₅₀、M+N₂₂₅、M+N₃₀₀处理均显著高于M+N₇₅处理,但3个处理之间差异不显著。M+N₁₅₀处理两年的土壤微生物生物量碳氮均最高,显著高于M+N₀、M+N₂₂₅、M+N₃₀₀处理。2018年M+N₁₅₀处理β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、纤维二糖水解酶(CBH)、L-亮氨酸氨基肽酶(LAP)、β-1,4-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶(NAG)、碱性磷酸酶(AKP)活性均显著高于其他处理;2019年,除L-亮氨酸氨基肽酶活性外,M+N₁₅₀处理的其他酶活性均显著高于M+N₀和M+N₂₂₅处理。相关分析显示,MBC与MBN呈极显著正相关,MBC、MBN与CBH、NAG、AKP均呈显著正相关,MBN与TN呈显著正相关、与NO₃^-呈显著负相关。综合考虑冬小麦产量、品质、土壤生物学特性等因素,M+N₁₅₀更有利于西北旱地麦田的可持续利用。

外源褪黑素与钙离子互作对高温胁迫下黄瓜幼苗过氧化伤害的缓解效应

徐晨潇, 张晓宇, 刘超越, 刘昆, 毕焕改, 艾希珍

2022, 33(10):  2725-2735.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.010

摘要 ( 205 )   PDF (4920KB) ( 32 )  

为了探明褪黑素(MT)和钙离子(Ca²⁺)在调控植物耐热性中是否存在互作关系,以黄瓜幼苗为试材,分析了内源MT和Ca²⁺对高温胁迫的响应;并通过叶面喷施100 μmol·L^-1 MT、10 mmol·L^-1 CaCl₂、3 mmol·L^-1乙二醇二乙醚二胺四乙酸(EGTA,Ca²⁺螯合剂)+100 μmol·L^-1 MT、0.05 mmol·L^-1氯丙嗪(钙调素拮抗剂,CPZ)+100 μmol·L^-1 MT、100 μmol·L^-1氯苯丙氨酸(p-CPA,MT合成抑制剂)+10 mmol·L^-1 CaCl₂和去离子水(H₂O),研究高温下(42/32 ℃)外源MT和Ca²⁺对黄瓜幼苗活性氧积累、抗氧化系统及热激转录因子(HSF)和热激蛋白(HSPs)等的影响。结果表明: 黄瓜幼苗内源MT和Ca²⁺均受高温胁迫诱导;外源MT可上调常温下钙调素蛋白(CaM)、钙依赖蛋白激酶(CDPK5)、钙调磷酸酶B类蛋白(CBL3)、CBL结合蛋白激酶(CIPK2)mRNA表达;CaCl₂处理的MT合成关键基因色氨酸脱羧酶(TDC)、5-羟色胺-N-乙酰转移酶(SNAT)和N-乙酰-5-羟色胺甲基转移酶(ASMT)水平也显著升高,MT含量快速增加。MT和CaCl₂可显著增强高温下黄瓜的抗氧化能力,减少活性氧(ROS)积累,同时上调HSF7、HSP70.1和HSP70.11 mRNA表达,从而减轻高温胁迫引起的过氧化伤害,植株热害症状明显减轻,热害指数和电解质渗漏率显著降低。加入EGTA和CPZ后,MT对黄瓜幼苗抗氧化能力和热激蛋白表达的促进效应明显减弱,Ca²⁺对高温下黄瓜幼苗过氧化伤害的缓解效应也被p-CPA逆转。可见,MT和Ca²⁺均可诱导黄瓜幼苗的耐热性,二者在热胁迫信号转导过程中存在互作关系。

东北三江平原覆盖作物种植效果

蔡丽君, 张敬涛, 盖志佳, 刘婧琦, 郭震华, 赵桂范, 孟庆英

2022, 33(10):  2736-2742.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.011

摘要 ( 167 )   PDF (890KB) ( 24 )  

以土壤紧实度、冬前生物量、根系性状、植株氮累积量等为指标对供试12种覆盖作物(豆科:紫花苜蓿、光叶苕子、毛叶苕子、红三叶、白三叶、箭筈豌豆;非豆科:苏丹草、青萝卜、Nitro radish、甘蓝型油菜、羽衣甘蓝、菊苣)在东北三江平原地区的种植效果及应用潜力进行综合评价。结果表明: 12种覆盖作物在试验播期均能正常生长,不同覆盖作物与对照相比均有利于降低土壤紧实度,其中青萝卜、Nitro radish和苏丹草土壤紧实度下降最显著,分别较对照下降了47.1%、43.4%和33.4%;覆盖作物群体冬前鲜生物量为3.38～13.98 kg·m^-2,干生物量为0.78～2.43 kg·m^-2,非豆科覆盖作物的生物量显著高于豆科覆盖作物;覆盖作物的群体根系体积以萝卜、油菜、菊苣较大,尤其Nitro radish的根体积高达4018.5 cm³·m^-2,苏丹草的根系横向延展范围最宽;豆科覆盖作物的灰分含量显著低于非豆科覆盖作物,能提供更多易分解的有机物质;覆盖作物总氮积累量为18.72～53.09 g·m^-2,其中,羽衣甘蓝和菊苣的氮积累量最高,且生物量相对较大,有利于氮的积累和固定。在三江平原地区根据主栽作物的类型与冠层结构,选择豆科的三叶草、苕子、紫花苜蓿和非豆科的萝卜、羽衣甘蓝、苏丹草作为覆盖作物进行行间或行内混播的种植方式,可以在调控土壤结构的同时促进养分循环,有利于三江平原黑土地力的提升。

干热河谷失稳性坡面植物碳氮磷化学计量特征对土壤性质的响应

杨柳生, 高若允, 俞陈辉, 韩润宇, 田雪, 孙凡, 林勇明, 王道杰

2022, 33(10):  2743-2752.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.023

摘要 ( 138 )   PDF (2335KB) ( 36 )  

以干热河谷阴坡和阳坡典型失稳性坡面不同区段(稳定区、失稳区和堆积区)的草本植物为研究对象,分析植物地上和地下碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量特征对土壤性质的响应机制。结果表明:失稳性坡面植物地上C含量(320.59 g·kg^-1)、N含量(12.15 g·kg^-1)和C/P(25.37)均显著高于地下(分别为254.01 g·kg^-1、6.12 g·kg^-1、13.43),C/N则表现为地下(43.09)显著高于地上(31.90)。阳坡植物地上和地下C含量、N/P均表现为稳定区和失稳区显著高于堆积区,N含量则表现为失稳区显著高于堆积区;阴坡植物地上N、P含量及地下P含量均表现为堆积区显著高于稳定区和失稳区,地下C含量则反之。植物地上生长主要受P限制,根系生长主要受N限制并随区段向下呈逐渐增加趋势;阴坡植物生长受P的限制程度高于阳坡,N限制弱于阳坡。土壤含水量(SWC)是影响植物地上C、N、P含量变化的重要因子,影响值分别为28.8%、20.8%、19.9%,土壤有机碳(SOC)则显著影响植物地下C、N含量,影响值分别为49.5%、22.1%,植物地下N含量的变化主要受土壤pH值的影响(24.3%)。坡向、区段及土壤因子均显著影响植物养分的分配,SWC和SOC是主要影响因子,同时还受土壤pH值的影响。

人工陆桥岛屿系统土壤呼吸速率及其影响因子

杨席席, 徐小忠, 阮振, 葛晓改, 王斌, 巫东豪, 王志平, 于明坚

2022, 33(10):  2753-2759.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.012

摘要 ( 156 )   PDF (1404KB) ( 33 )  

研究片段化森林中土壤呼吸速率的格局对进一步揭示陆地生态系统碳循环具有重要意义。本研究以千岛湖人工陆桥岛屿系统不同生境(岛屿与大陆,岛屿边缘与岛屿内部)为对象,分析了土壤呼吸速率的季节动态变化规律及其与土壤理化因子的关系。结果表明: 1)土壤呼吸速率在不同季节差异显著。夏季(3.74 μmol·m^-2·s^-1)>秋季(2.30 μmol·m^-2·s^-1)>春季(1.82 μmol·m^-2·s^-1)>冬季(1.40 μmol·m^-2·s^-1)。2)森林片段化对土壤呼吸速率产生显著影响,岛屿土壤呼吸速率(2.37 μmol·m^-2·s^-1)显著高于大陆(2.08 μmol·m^-2·s^-1);岛屿边缘土壤呼吸速率(2.46 μmol·m^-2·s^-1)显著高于岛屿内部(2.03 μmol·m^-2·s^-1)。3)土壤温度显著促进了土壤呼吸速率,并作为主要因子解释了56.1%的变化。4)土壤呼吸速率与土壤全碳、铵态氮含量和地表植被覆盖率呈显著正相关。土壤全碳和铵态氮含量在岛屿边缘显著高于岛屿内部。综上,森林片段化促进了土壤呼吸速率,而土壤理化因子的变化是其主要原因。

陕北黄土高原植被恢复与生态系统服务的时空关系

叶璇, 康帅直, 赵永华, 韩磊, 项曦明, 李帆

2022, 33(10):  2760-2768.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.022

摘要 ( 183 )   PDF (6204KB) ( 48 )  

陕北黄土高原作为退耕还林还草核心区域,是地表格局及植被显著变化的区域之一。评估植被恢复成果及其对生态系统服务的影响,对促进区域生态环境提升具有重要作用。本研究选择植被覆盖度作为指标评估区域植被恢复状况,以碳固定服务、土壤保持服务、生境质量及产水服务作为指标表征区域生态系统服务,分析权衡协同关系及不同尺度的时空变化,同时运用双变量空间自相关分析植被恢复对生态系统服务的影响。结果表明: 2000—2020年,陕北黄土高原植被覆盖度呈波动上升趋势,年均值由31.7%升至47.1%,植被改善显著;研究区碳固定服务、土壤保持服务呈明显上升趋势,生境质量几乎保持不变,产水服务先升后下降总体呈上升趋势,各生态系统服务时空变化存在明显的尺度效应;4种生态系统服务间的关系主要为协同;植被覆盖与生态系统服务之间存在显著的空间依赖性,相关程度存在一定差异,植被覆盖度对土壤保持服务影响最明显,其次为碳固定服务,而植被覆盖增强条件下林草耗水增多则导致区域产水量下降,造成一定的负效应。总的来说,陕北黄土高原地区植被建设已取得显著成效,生态环境得到明显改善。

2000—2019年宁夏植被净初级生产力时空变化及其驱动因素

洪乐乐, 沈艳, 马红彬, 张鹏, 霍新茹, 温华晨

2022, 33(10):  2769-2776.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.019

摘要 ( 152 )   PDF (2369KB) ( 29 )  

宁夏是我国重要的农牧交错区,开展该地区植被净初级生产力(NPP)时空变化及其驱动因素研究对于认知该地区NPP变化趋势及主导因素、揭示其植被恢复状况及成因具有重要作用。本研究基于MODIS NPP数据,利用Theil-Sen Median趋势分析、相关分析、叠加分析等方法分析宁夏植被NPP的时空变化及驱动因素。结果表明: 2000—2019年,宁夏植被NPP总体呈波动上升趋势,其线性增长速度为5.46 g C·m^-2·a^-1。研究区植被NPP在空间上呈现两高两低的分布特征,以南部山区最高,其次为引黄灌区,中部干旱带丘陵区和贺兰山一带最低。研究区84.2%的植被NPP处于显著恢复中,主要分布在中部及南部山区丘陵地,植被NPP随海拔变化显著,受地形影响明显。宁夏植被NPP重心总体向正南方向移动,南部植被NPP的增量和增速大于北部。宁夏地区年降水量呈增加趋势,年均温微弱降低,植被NPP主要受降水量的显著影响(R²=0.291),年均温与植被NPP相关性不显著。研究区96.9%的区域处于植被恢复状态,受气候变化和人类活动共同促进。

基于背包式激光雷达测量系统的城市绿地树木三维绿量估算方法

李肖肖, 唐丽玉, 彭巍, 陈建新, 麻霞

2022, 33(10):  2777-2784.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.020

摘要 ( 179 )   PDF (2388KB) ( 84 )  

三维绿量能够客观、准确描述城市绿化水平,可为定量研究城市绿地生态功能的机理提供可靠的数据基础。针对单位附属绿地分布分散、规模较小等特点,本研究提出一种面向该类城市绿地的三维绿量估算方案,该方案包括数据获取、处理、实体分割、分类和单木冠层提取以及三维绿量计算的环节。首先,利用背包式激光雷达测量系统获取三维点云数据,利用变尺度地面点滤波算法剔除地面点云;然后,利用基于密度的聚类算法对非地面点云进行聚类,且基于密度特征的竞争算法对重叠区域进行二次分割,形成独立对象;接着,利用PointNet++模型提取植物点云,根据枝叶点云主方向差异性以及轴向分布密度提取冠层点云;最后,使用凸包法计算单木冠层三维绿量,累计每株木的三维绿量得到区域三维绿量。以某科技园区为例,估算其总三维绿量为21034.95 m³,其中,芒果树株数最多,三维绿量总量最大,为4868.64 m³,占23.2%;单株三维绿量最大的树种为小叶榄仁,平均每株为120.37 m³。本研究方案估算的树木三维绿量与传统方法的相对误差在10.7%～33.7%,平均相对误差为20.9%;与台积法的相对误差在2.7%～16.0%,平均相对误差为8.7%。本研究方案充分利用三维点云数据特性,所用凸多面体逼近树冠的原始形态,更符合树木的实际情况。该三维绿量测量和估算方案可为城市三维绿量快速、精确估算提供新思路。

涡度相关观测的太湖CH₄通量数据插补方法评价

邱吉丽, 张弥, 蒲旖旎, 张圳, 贾磊, 赵佳玉, 肖薇, 刘寿东

2022, 33(10):  2785-2795.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.021

摘要 ( 181 )   PDF (1764KB) ( 115 )  

涡度相关法是在湖泊开展CH₄通量长期连续观测的重要方法。受到多种因素的影响,CH₄通量观测数据存在大量缺失。为重构完整的CH₄通量时间序列,就需要适宜的数据插补方法。本研究利用太湖涡度通量观测网络东部的避风港站点2014—2017年的常规气象数据及涡度相关观测的CH₄通量数据,在分析半小时尺度以及日尺度CH₄通量影响要素的基础上,测试了非线性回归法以及随机森林算法和误差反向传播算法在半小时尺度及日尺度上插补CH₄通量缺失数据的可行性。结果表明: 在半小时尺度上,避风港站生长季CH₄通量主要受到底泥温度、摩擦风速、气温、相对湿度、潜热通量和20 cm处水温的影响,非生长季主要受到相对湿度、潜热通量、风速、感热通量和底泥温度的影响,而在日尺度上CH₄通量主要受潜热通量和相对湿度的影响。在对CH₄通量缺失数据的插补中,随机森林模型在所有时间尺度上都表现为最佳的插补性能,其中,将日序、太阳高度角、底泥温度、摩擦风速、气温、20 cm处水温、相对湿度、气压和风速作为输入变量的随机森林模型更适用于半小时尺度缺失数据的插补;将日序、底泥温度、摩擦风速、气温、20 cm处水温、相对湿度、气压、风速和向下短波辐射作为输入变量的随机森林模型更适用于日尺度缺失数据的插补;整体上,插补模型对日尺度缺失数据的插补优于半小时尺度。

基于树轮宽度数据重建的阴山东部过去399年降水变化

李明启, 邵雪梅, 聂文政

2022, 33(10):  2796-2804.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.006

摘要 ( 156 )   PDF (3527KB) ( 73 )  

基于阴山东部油松树轮样芯,建立采样区域树轮宽度年表,并计算器测时期(AD 1952—2007)月均温和月降水量与树轮宽度年表的相关系数。结果表明: 树轮宽度年表与上一年9月至当年6月降水量变化的相关性最高(r=0.73,n=56,P<0.01),基于此重建了阴山东部过去399年(AD 1619—2017)上一年9月至当年6月的降水量变化历史。该重建解释了器测时期上一年9月至当年6月降水量54.9%的方差,经“留一法”交叉验证和分段独立检验证明,重建方程稳定可靠。在年代际尺度上,过去399年存在4个湿润时期(AD 1619—1663、AD 1705—1711、AD 1945—1963和AD 1979—2017)和4个干旱时期(AD 1734—1767、AD 1786—1814、AD 1839—1867和AD 1888—1942)。其中,AD 1979—2017是最湿润的时期,而AD 1888—1942是干旱持续最长的时段,包含最干旱时期1920s晚期。功率谱分析显示,过去399年该区降水具有2～7年和125年准周期变化。通过与邻近区域重建对比及空间相关分析表明,本降水重建序列可以较好地代表研究区域的降水变化。

祁连山气候变化特征及其对水资源的影响

王有恒, 李丹华, 卢国阳, 蒋友严, 黄鹏程

2022, 33(10):  2805-2812.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.024

摘要 ( 501 )   PDF (3212KB) ( 105 )  

祁连山作为我国重要的生态功能区、西北地区重要的生态安全屏障和河流产流区,是气候变化敏感区和生态环境脆弱区,其生态环境对西北地区经济发展起着重要作用。本研究利用祁连山区气温和降水观测数据、MOD10A2积雪产品以及石羊河、黑河和疏勒河流量资料,系统分析了1961—2020年祁连山区的气候变化特征,以及在气候变暖背景下,气候变化对祁连山区水资源的影响。结果表明: 1961—2020年,祁连山区平均气温呈显著上升趋势,升温速率达0.39 ℃·(10 a)^-1,西段升温速率最大,中、东段次之,冬季升温趋势最显著,春季最小;祁连山区平均气温在1997年发生突变。祁连山区年降水量总体呈波动增加趋势[10 mm·(10 a)^-1],中段增加最明显,2004年以来祁连山区处于多雨时期,气候呈暖湿化趋势;四季降水量均呈增加趋势,夏季降水增加对年降水贡献最大;年降水以年际尺度变化为主,2.8年的年际尺度贡献率高达64.3%。祁连山积雪面积受气温和降雪影响明显,与夏季气温存在负相关,与降雪量存在正相关;2016—2020年,祁连山增温趋缓、降雪增多,积雪面积呈增加趋势。2000年以来,祁连山升温加剧,降水增多,冰雪融水增加,石羊河、黑河和疏勒河出山径流均呈增加趋势。研究结果对祁连山区生态文明建设和应对气候变化具有重要意义。

基于地理探测器的云南省生态系统产水服务的空间异质性及驱动因素

黄欣, 彭双云, 王哲, 黄帮梅, 柳璟

2022, 33(10):  2813-2821.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.025

摘要 ( 190 )   PDF (3460KB) ( 80 )  

产水服务作为重要的生态系统服务功能,准确把握其空间分异特征、明确不同地域的关键驱动因子是维系生态安全和可持续发展的关键。以地理空间异质性显著的云南省为研究区,借助InVEST模型模拟1992—2019年云南省产水量时空分布,通过地理探测器探析气候、植被、土壤、地形、土地利用等因子对产水服务的空间驱动特征。结果表明: 1992—2019年,云南省产水量呈先增大后减小的波动变化趋势,各年产水量空间分布格局相似,总体趋势是自西北、西部、西南部向中部和东部逐渐递减。气候类因子(降水量和实际蒸散量)是导致产水服务空间分异的主要驱动因子。在不同的流域分区,各驱动因素对产水量的影响具有明显的空间异质性:云岭-元江一线以西,伊洛瓦底江、怒江上游、怒江下游、澜沧江上游、金沙江上游、元江、李仙江一带,降水量是主要的控制因子;云岭-元江一线以东,喀斯特地貌区(南广河、赤水河、乌江、右江、盘龙河)以及人口密度大、耕地资源短缺的金沙江下游地区,实际蒸散量和土地利用类型是主要的控制因子。本研究结果可为云南省水资源管理政策和生态文明建设工作提供参考依据,对促进高原山地复杂区生态系统服务优化和可持续发展具有一定的指导意义。

中国城市生态与经济社会协同性评估

刘晏冰, 孔令桥, 逯非, 欧阳志云

2022, 33(10):  2822-2828.  doi:10.13287/j.1001-9332.202209.021

摘要 ( 152 )   PDF (829KB) ( 19 )  

为认识城市经济社会和生态的协同特征,本研究基于城市人均绿地面积、人均GDP和人均期望寿命等构建城市生态与经济社会功能协同性指标评价体系,建立城市生态与经济社会协同性指数评价方法。通过比较中国35个典型城市的协同性指数与功能综合得分,分析了中国城市协同性特征,并按照城市规模、行政区类型分析城市协同性差异和城市功能综合得分差异,对协同水平进行分类。结果表明: 2016年,中国35个城市生态与经济社会平均协同性指数为28.79,协同性最强城市的协同性指数为3.83,最弱的城市为63.04,表明中国城市协同性不高且城市间差异较大。协同性指数、城市经济功能、社会功能与城市人口规模、经济规模呈显著正相关。不同人口规模、经济规模、不同行政职能城市之间协同性指数差异具有显著性。中国城市化总体仍处于功能失衡的发展阶段,城市发展有利于各城市功能性提高但并未有效提升协同性,生态功能的高低显著影响城市协同性,城市生态功能不高是当前中国城市协同性高低的主要制约因素。

陇中黄土高原半干旱区不同种植年限紫花苜蓿土壤线虫群落分布特征

田建霞, 罗珠珠, 李玲玲, 牛伊宁, 蔡立群, 刘家鹤, 孙鹏洲, 王晓菲

2022, 33(10):  2829-2835.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.032

摘要 ( 142 )   PDF (959KB) ( 15 )  

为明确长期种植紫花苜蓿对土壤线虫群落演变的影响,以不同种植年限紫花苜蓿为研究对象(2 a、9 a、18 a),并以农田为对照,采用 Illumina MiSeq测序技术研究了陇中黄土高原半干旱区紫花苜蓿土壤线虫群落结构及其多样性,探讨影响其群落变化的主控因子。结果表明: 所获土壤样品线虫种群隶属于2纲7目16科21属,其中,色矛纲为黄绵土优势线虫类群(44.6%～81.4%),相对丰度随苜蓿种植年限延长而降低。针线属、螺旋属、剑线属、Pristionchus、茎属、盆咽属、长针属、艾普鲁斯属、Isolaimium和野外垫刃属为苜蓿地特有线虫,其中,针线属(54.1%)、螺旋属(23.9%)、剑线属(21.9%)分别为2 a、9 a、18 a苜蓿地优势线虫属。紫花苜蓿土壤均以植物寄生线虫为优势类群(31.8%～67.1%),其相对丰度随苜蓿年限延长先降后升。冗余分析显示,土壤速效磷和全氮含量是影响紫花苜蓿土壤线虫群落结构的主导环境因子。

雌雄罗氏沼虾应对低氧胁迫的行为生理响应

邱小龙, 江颖琳, 蔡雅霜, 陈辉, 吕晓静, 林蠡, 李江涛

2022, 33(10):  2836-2844.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.030

摘要 ( 153 )   PDF (1341KB) ( 14 )  

为查明雌雄罗氏沼虾应对低氧胁迫的行为生理响应,设置6.46(对照)、4.48和3.27 mg·L^-13种溶解氧水平,研究了雌、雄个体在胁迫6 d后肝胰脏和肌肉能量代谢酶活性及游泳和弹跳速度。结果表明: 溶解氧从6.46 mg·L^-1降至4.48 mg·L^-1,雌雄个体肌肉有氧代谢酶活性及游泳速度均显著下降,且雄性下降幅度小于雌性,厌氧代谢酶活性并无显著变化;溶解氧继续降至3.27 mg·L^-1,雌雄个体肌肉有氧代谢酶和厌氧代谢酶活性均显著下降,肝胰脏厌氧代谢酶中的乳酸脱氢酶(LDH)活性及弹跳速度显著下降,且雌性肝胰脏LDH活性下降幅度小于雄性。雌雄罗氏沼虾游泳速度与游泳足肌肉有氧代谢酶活性呈显著正相关,弹跳速度则与腹部肌肉厌氧代谢酶活性呈显著正相关。表明罗氏沼虾可以通过降低能量代谢水平应对低氧胁迫,但这种生理调节会导致运动能力下降,雄性优先将能量分配于肌肉以满足运动,雌性则优先保障肝胰脏能量供应。

超声波对铜绿微囊藻与蛋白核小球藻生理特征及竞争生长的影响

谭啸, 徐杨雪, 李聂贵, 段志鹏, 蒋瑀霁, 曾庆飞, 强娟

2022, 33(10):  2845-2852.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.028

摘要 ( 165 )   PDF (2320KB) ( 20 )  

铜绿微囊藻是常见的水华蓝藻,常常在湖泊中与蛋白核小球藻共存或竞争生长。超声波可用于藻华即时治理,能够降低藻类生理活性,影响藻类生长,还可能改变藻类种间竞争关系。为了探究超声胁迫(35 kHz,0.035 W·cm^-3)对铜绿微囊藻与蛋白核小球藻的生理特征及种间竞争的影响,本研究设置纯藻组和1:1混合组(细胞浓度比)进行试验。结果表明: 铜绿微囊藻对超声胁迫更加敏感。超声处理600 s后,铜绿微囊藻的光合活性(F_v/F_m)和酯酶活性存在显著变化,纯藻组和混合组的F_v/F_m分别降低了51.8%和64.7%。而各组中蛋白核小球藻的光合活性变化较小。同时,铜绿微囊藻释放的荧光溶解性有机物(类色氨酸、类酪氨酸、类富里酸物质)含量多于蛋白核小球藻。两种藻的细胞浓度对超声波的响应也不同,蛋白核小球藻变化较小,而铜绿微囊藻的细胞浓度出现不同程度的下降。尤其是600 s超声处理大幅降低了混合组中铜绿微囊藻的细胞浓度(-42.6%),在超声胁迫解除后的8 d内蛋白核小球藻占优势,种间关系由铜绿微囊藻单边抑制蛋白核小球藻转变为两者互相抑制。在超声处理后,铜绿微囊藻的活性能够逐渐恢复,为了提高控藻效果的持久性,建议在一周后再次进行超声处理。

铜锈环棱螺对水华中常见藻类的抑制效应

邱雨, 王江南, 马增岭, 陈宇涛, 张子怡, 王敏

2022, 33(10):  2853-2861.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.033

摘要 ( 167 )   PDF (3015KB) ( 20 )  

藻类水华频发已成为全球性的水环境问题,近年来,生物控藻法因具有环境友好的特点而备受关注。本研究以我国富营养化湖泊中常见大型底栖动物铜锈环棱螺为操纵生物,通过室内培养试验,研究了其对水华水体中常见蓝藻铜绿微囊藻、绿藻普通小球藻和斜生栅藻生长及光合活性的影响,以期阐明螺-藻间相互作用关系,探究铜锈环棱螺作为生物操纵物种的可行性。结果表明: 铜锈环棱螺能在短时间内大量摄食藻细胞,其对铜绿微囊藻产毒株和不产毒株以及斜生栅藻的去除率均在12 h内达到最大值,分别为73.7%、73.2%和51.1%;其对普通小球藻的摄食强于其他藻类,至试验结束时去除率达到99.2%。产毒铜绿微囊藻产生的微囊藻毒素会在铜锈环棱螺体内累积并促发其肝脏病理学变化,进而阻碍铜锈环棱螺的摄食。试验后期各处理组藻细胞光合活性均显著低于对照组,表明铜锈环棱螺的摄食作用对藻细胞造成了损伤,抑制了其大量增殖。此外,当不产毒铜绿微囊藻与斜生栅藻混合时,铜锈环棱螺的选择摄食性导致微囊藻的优势地位被斜生栅藻所取代。因此,铜锈环棱螺可以通过摄食作用抑制藻类的光合活性并降低其生物量,从而在一定程度上抑制或减缓水华的形成。

鄱阳湖湿地水土环境中微塑料的时空分布及多源性

李文刚, 简敏菲, 聂佳敏, 吴希恩, 阳文静, 刘淑丽, 吴宇冰, 初衷任

2022, 33(10):  2862-2870.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.034

摘要 ( 321 )   PDF (2407KB) ( 60 )  

淡水湿地中日益严重的微塑料(MPs)污染已引起全球关注。为了解鄱阳湖典型湿地微塑料的时空动态特征,相继于丰水期和枯水期采集鄱阳湖流域五河入湖段和鄱阳湖汇入长江出湖段的水体和沉积物样品,分别采用消解抽滤法和浮选分离-消解抽滤法分离水体和沉积物中的微塑料,采用显微镜、傅里叶变换红外光谱仪和扫描电镜鉴定分析微塑料表征。结果表明: 鄱阳湖各区域丰水期水体和沉积物微塑料丰度范围分别为32.1～127.3 n·L^-1和533.3～1286.6 n·kg^-1,枯水期分别为87.1～295.5 n·L^-1和460.0～1368.0 n·kg^-1,与其他淡水湿地相比,鄱阳湖具有较高的微塑料丰度,且各区域间呈时空差异性。研究区微塑料的主要形态有微球、碎片、薄膜和纤维等,相应聚合物成分主要为聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)等;水体中微塑料以微球类(丰水期35.7%,枯水期52.0%)为主要形态,沉积物中以碎片类(丰水期45.8%,枯水期69.7%)为主要形态;两个水期水体和沉积物中均以小粒径(<0.1 mm)微塑料占优势(>50%),不同粒径微塑料丰度随粒径增大呈减少趋势。鄱阳湖湿地微塑料的潜在主要来源包括工业废水排放、城乡生活污水处理厂排放、农业和渔业活动以及生活垃圾处理不当。

综合评述

群体感应在生物强化功能菌定殖及降解能力增强中的作用研究进展

王亚军, 司运美, 李彦娟

2022, 33(10):  2871-2880.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.031

摘要 ( 186 )   PDF (1189KB) ( 55 )  

由于难降解有机污染物和外界环境对水处理系统的冲击干扰,污水水质常出现不达标现象。引入外源含有相关功能基因并且具有基因水平转移能力的工程菌株进行生物强化处理是提高污水处理效能的有效措施。污水处理系统中存在能够分泌信号分子的菌体,菌间具有群体感应现象,当种群密度达到感应阈值时,菌体会通过释放信号分子来触发一些群体行为,从而激活相关基因的表达(如生物膜形成、生物发光、抗生素合成和毒力因子表达等)。早期的群体感应技术研究主要集中在信号传递学、微生物社会行为学和医学微生物领域,近年来,在水处理领域也开始有相继报道,研究表明群体感应在污水生物处理中发挥重要作用,并且影响生物强化菌株的定殖和污染物降解,因此群体感应行为调控是生物强化技术成效显著与否的关键因素。本文综述了群体感应及信号分子的作用机制、信号分子释放及存在的影响因素以及群体感应对菌株定殖、微生物群落结构和污染物去除的影响,并对从群体感应角度出发研究生物强化过程进行了展望,旨在为生物强化技术的有效实施及提升污水处理效能提供一种新思路,为深入理解生物强化过程中群体感应调控行为提供理论参考。