模拟氮沉降和CO2浓度增加对三江平原小叶章群落土壤总有机碳和氮素含量的影响

利用开顶气室(Open-Top Chamber,OTC),设置当前大气CO2浓度(370μmol.mol-1)、中等CO2浓度(550μmol.mol-1)和高CO2浓度(700μmol.mol-1)3个CO2浓度水平和不施氮(N1,0g N.m-2.a-1)、常氮(N2,5g N.m-2.a-1)、高氮(N3,10g N.m-2.a-1)3个氮素水平。研究了不同N沉降水平下,大气CO2浓度升高对以三江平原小叶章群落土壤有机碳和氮素含量的影响。结果表明:CO2浓度升高结合氮沉降连续运行两个生长季后,湿地土壤总有机碳含量没有显著变化,说明较短时间内大气CO2浓度升高和氮沉降不会使三江平原土壤有机碳含量产生变化。氮沉降引起各个土层的土壤全氮、铵态氮和硝态氮的含量增加,施氮水平越高土壤氮增加越多,但是全氮增加量不明显,铵态氮随施氮量的增加呈现极显著差异水平(P<0.01)。0～10cm,10～20cm土层土壤全氮、铵态氮的含量随着CO2浓度升高呈现出先增大后减小的趋势。土壤硝态氮含量在10～20cm土层含量变化与土壤全氮、铵态氮的变化趋势相同。说明大气CO2浓度一定程度的增加可以增加土壤的氮素含量,但是过量的大气CO2浓度反而会使得土壤氮素含量减少。     

嘉陵江滨岸带不同土地利用类型土壤真菌群落结构与功能多样性

通过明确嘉陵江滨岸带不同土地利用类型土壤真菌群落多样性的差异,为嘉陵江生态环境保护修复提供理论依据.选择嘉陵江中下游滨岸带的人工湿地、天然湿地、林地和农田这4种典型土地利用类型作为研究样地,利用高通量测序技术对土壤真菌群落进行测序,分析不同土地利用类型对土壤真菌群落多样性、结构和功能的影响.结果表明,林地与天然湿地土壤真菌的Chao1指数显著高于其他两种土地利用类型（P<0.05）,林地土壤真菌的Shannon指数显著高于农田和人工湿地两种土地利用类型（P<0.05）;嘉陵江流域滨岸带土壤真菌被划分为15个菌门,在门分类水平上的优势真菌群落（相对丰度>0.01）分别为：子囊菌门（Ascomycota）、担子菌门（Basidiomycota）、油壶菌门（Olpidiomycota）、罗兹菌门（Rozellomycota）、被孢霉门（Mortierellomycota）和壶菌门（Chytridiomycota）;相比之下,罗兹菌门偏好选择林地生境,而油壶菌门和被孢霉门偏好选择农田,担子菌门在人工湿地具有显著优势;天然湿地中的优势功能类群为植物病原菌,人工湿地中的优势功能类群为粪腐菌,农田中优势功能类群为动物病原菌-真菌寄生菌;冗余分析表明,土壤含水率（MC）、全氮（TN）、有机碳（TOC）和碱解氮（AN）是影响真菌群落变化的主要环境因子.由此可见,林地是嘉陵江流域真菌多样性最高和功能类群最均衡的土地利用类型,其次为天然湿地,人为干扰导致嘉陵江滨岸带土壤真菌群落多样性水平降低.     

三江平原不同类型小叶章湿地土壤细菌群落功能多样性

为全面了解三江平原小叶章湿地土壤细菌功能多样性的变化规律,采用Biolog-ECO微平板法对三江平原内不同类型小叶章湿地(草甸化小叶章湿地、沼泽化草甸小叶章湿地和沼泽化小叶章湿地)的土壤细菌群落功能多样性变化规律和特点进行分析.结果表明:不同类型小叶章湿地土壤理化性质差异显著(P<0.05).土壤细菌群落平均颜色变化率(AWCD)随培养时间的延长而增加,不同类型湿地土壤细菌群落代谢活性表现为草甸化小叶章湿地>沼泽化草甸小叶章湿地>沼泽化小叶章湿地;土壤细菌群落多样性之间差异显著(P<0.05),草甸小叶章湿地土壤微生物的Shannon-Wiener多样性指数和McIntosh指数最高,分别为3.30和64.03;沼泽化草甸小叶章湿地次之,分别为3.23和60.63;沼泽化小叶章湿地最低,分别为3.19和54.21.Shannon-Wiener多样性指数和McIntosh指数与平均颜色变化率变化规律一致,说明土壤细菌群落结构受到土壤理化性质的影响,并且随着土壤含水量的升高,土壤细菌群落的平均颜色变化率和多样性均呈下降趋势.土壤细菌群落对不同碳源的利用强度上存在明显差异,其中对碳水化合物类、氨基酸类碳源的利用强度差异不大(P>0.05),但是对羧酸类、胺类、酚酸类、多聚物类碳源的利用强度差异显著(P<0.05).主成分分析(PCA)表明,两个主成分累计贡献率为80%,能够很好地解释不同湿地土壤细菌在碳源利用上有明显的空间分异这一现象.碳水化合物类碳源对土壤细菌群落多样性的影响最高,其次是氨基酸类和羧酸类碳源.研究显示,土壤理化性质及植被群落组成是影响小叶章湿地土壤细菌群落组成和功能活性的重要因素.      

三江平原不同退化阶段小叶章湿地土壤真菌群落结构组成变化

为了了解三江平原小叶章湿地真菌群落结构及多样性变化,探讨湿地水分下降对真菌群落结构的影响.本研究采用高通量测序技术,分析和比较了黑龙江省科学院自然与生态研究所三江平原野外试验研究站内3个不同退化阶段小叶章生态类型湿地真菌群落结构多样性,探讨真菌群落改变的原因.结果表明,从小叶章沼泽湿地(w0)→小叶章沼泽化草甸湿地(w1)→小叶章草甸湿地(w2)的变化,土壤Shannon-Wiener指数(H)呈现出逐步上升的规律,即:w0w1w2.序列比对结果显示,不同小叶章湿地土壤真菌分别属于子囊菌(Ascomycota)、担子菌(Basidiomycota)、壶菌(Chytridiomycota)、未知菌(Fungi_unclassified)、接合菌(Zygomycota)这5个真菌类群,优势菌门为未知菌门(75.12%)、子囊菌门(56.56%)、担子菌门(72.65%).而且Heatmap分析也显示沼泽化草甸湿地和草甸湿地的真菌群落结构和组成比较接近.真菌群落结构受到了土壤养分以及植物组成等影响,其中土壤养分解释贡献率达88.62%,植物组成解释贡献率达到9.85%.三江平原小叶章湿地不同退化阶段湿地真菌群落结构存在较大差异,土壤水分因子对真菌多样性影响较大.这为研究三江平原湿地退化后的真菌结构多样性及空间异质性提供了科学依据.     

模拟氮沉降对三江平原小叶章湿地土壤微生物碳源利用能力的影响

大气氮沉降会对湿地土壤微生物的结构和功能产生显著影响,因此研究不同浓度氮沉降对三江平原小叶章湿地土壤微生物碳源利用能力的影响,对于保护和利用湿地生态系统具有重要意义.采用Biolog-Eco技术探究了连续5 a模拟氮沉降对小叶章湿地土壤微生物碳源利用能力的影响.结果表明：①长期的氮素施加会显著改变小叶章湿地土壤含水量（SMC）、pH、硝态氮（NO₃^-）、铵态氮（NH₄⁺）、溶解性有机碳（DOC）和总氮（TN）的含量（P<0.05）;②土壤微生物的平均颜色变化率（AWCD）呈现的规律为：对照（CK）>高氮（HN）>低氮（LN）.低氮处理显著降低了土壤微生物香农（Shannon）指数（P<0.05）,高氮处理显著降低了土壤微生物皮卢（Pielou）指数（P<0.05）.③不同氮浓度下土壤微生物碳源利用能力显著不同,其中低氮处理显著抑制了土壤微生物对糖类、醇类、胺类和酸类的利用强度（P<0.05）;高氮处理显著促进了微生物对酯类的利用,但高氮使土壤微生物对糖类、胺类和酸类碳源产生抑制作用（P<0.05）.④冗余分析显示,NH₄⁺、DOC和pH是影响三江平原小叶章湿地土壤微生物碳代谢能力的主要环境因子.长期氮沉降会导致土壤微生物功能多样性的降低,有关碳源底物利用的微生物活性也明显降低,并且微生物对单一碳源底物的利用能力也发生改变.     

大气CO2升高对土壤碳循环影响的研究进展

土壤有机碳是陆地碳库的重要组成部分,其积累和分解的变化直接影响全球的碳平衡。据估计,全球土壤（表层1m）有机碳积累总量相当于大气中碳总量的2～3倍。土壤是温室气体的源或汇,土壤碳库的变化将影响大气C02的浓度,因此,土壤碳库对人类活动的响应也是全球碳循环和全球变化研究的热点。在全球变化的大背景下,大气CO2升高导致植被生态系统碳平衡的改变进而对土壤碳循环产生影响。总结了陆地生态系统碳循环对大气C02浓度升高响应的主要生物学机制及过程,简述了大气C02浓度升高对影响土壤碳输入和输出的各因素的研究进展,并指出未来研究的主要方向。在大气C02浓度升高条件下,陆地生态系统碳循环的变化主要反映在以下几个方面：1）不同类型植物群落的净初级生产力（NPP）显著增加,但湿地植物的净初级生产力也有可能降低;2）光合产物向根系分配的数量增加,地上／地下生物量降低,根系形态发生变化,根系周转速率和根系分泌等过程的碳流量提高;3）植物含氮量降低,C／N提高,次生代谢产物增加,微生物生长受到抑制,植物残体分解速率降低;4）土壤呼吸速率显著增加,提高幅度受植物类型与土壤状况的影响;5）进入土壤的植物残体及分泌物的数量和性质影响土壤酶的活性,脱氢酶和转化酶活性增加,酚氧化酶和纤维素酶受植物类型与环境条件的影响;6）土壤中真菌的数量的增加幅度要高于细菌;7）CH4释放量增加,在植物的生长期表现更为明显。由于陆地生态系统碳循环的复杂性,研究结果仍有很大的不确定性。大气C02浓度升高与全球变化的其它表现间的交互作用将是今后研究的重点,同时由于土壤碳循环是一个由微生物介导的生物地球化学循环过程,因此,加强陆地生态系统碳循环的微生物机制研究也将为全面理解碳循环的过程提供更加准确的研究理论基础。     

嘉陵江滨岸带不同土地利用类型对土壤细菌群落多样性的影响

通过明确嘉陵江滨岸带不同土地利用土壤细菌群落多样性的差异,为嘉陵江流域合理的土地开发和资源保护提供理论参考依据.在四川段嘉陵江滨岸带选取自然林地、农业用地、泥土湿地和沙土湿地这4种土地利用类型设置样地,基于第二代高通量测序技术研究不同土地利用类型土壤细菌群落的多样性、结构组成、功能类型及其影响因素.结果表明:①不同土地...     

面源污染诱导嘉陵江沉积物中细菌群落结构与功能异变

通过分析嘉陵江沉积物中细菌群落多样性变化,揭示面源污染对嘉陵江水环境的影响,为嘉陵江流域的环境保护与资源利用提供依据.于2020年12月在嘉陵江面源污染型支流的入江口采集非面源污染样品、面源污染样品和面源污染干扰样品这3种类型沉积物.利用高通量测序技术分析嘉陵江不同类型沉积物中细菌群落结构、多样性及功能类型.结果表明：嘉陵江不同类型沉积物的理化性质和细菌群落多样性均存在显著性差异(P<0.05).沉积物细菌的优势菌群为变形菌门,其次为蓝藻菌门、绿弯菌门、放线菌门和酸杆菌门(相对丰度>1%),面源污染导致蓝藻菌门显著减少,促进酸杆菌门显著增加(P<0.05).水解氮、总氮、有机碳和pH值为嘉陵江沉积物细菌群落变化的主要影响因子.沉积物细菌群落主要涉及到了细胞过程、环境信息处理、遗传信息处理和新陈代谢4类一级代谢功能,二级功能在全局及概要图、碳水化合物代谢、氨基酸代谢和能量代谢等18类基因功能方面表现活跃,面源污染诱导了脂质代谢、外源生物降解与代谢、折叠、分类和降解和膜运输等主要二级功能发生异变(P<0.05).综上所述,面源污染造成沉积物细菌群落结构与功能发生变化...     

三江平原地区农田土壤中几种重金属空间分布状况

以三江平原地区农田土壤为研究对象,基于网格法取样,运用经典统计学和地统计学方法对研究区域内土壤重金属As、Cr、Cu、Pb和Zn的空间分布特征进行研究。结果表明,三江平原地区5种土壤重金属具有较高的空间异质性,变异系数在30.67%~66.89%之间;As、Cr、Cu、Pb和Zn均具有较强的空间自相关性,空间自相关范围较广;As和Cr的块金值和基台值之比〔C0/(C0+C)〕25%,其空间变异主要由土壤母质、地形和气候等自然因素(结构性变异)引起,Cu、Pb和Zn的C0/(C0+C)为35.8%~43.2%,非结构性因素对Cu、Pb和Zn的影响较大;5种重金属元素的空间分布格局不同,土壤各重金属元素在小尺度范围内存在明显的空间变异,除Cu元素外,其他4种重金属元素在大尺度空间范围内均不具有明显的空间分布规律;采用普通克里格插值法得到三江平原地区表层土壤重金属的空间分布图,发现土壤重金属含量与土壤类型、土壤理化性质、土地利用方式以及矿山开采、农业机械化强度、农业灌溉关系密切。     

基于土地利用变化的生态系统服务价值及敏感性研究——以大庆市为例

大庆市是典型的资源型城市,土地利用发生急剧变化并具有特色。应用中国陆地生态系统单位面积生态服务价值和Costanza生态系统服务价值计算公式,研究了大庆市1996—2010年土地利用变化对生态系统服务价值及敏感性的影响。结果表明,湿地增加幅度最大,增加率为1.635%;未利用地面积减少最多,达2 634.34 km2。大庆市总生态价值从1996年的3 737 143万元增加到2010年的7 870692万元,15年间增加了4 133 549万元,人均生态系统服务价值增加了11 794.984元。各种土地利用方式的生态系统服务价值的敏感性指数(CS)均小于1,从大到小为湿地、牧草地、耕地、林地、未利用地,表明研究区生态系统服务总价值对生态价值系数是不敏感、缺乏弹性的。