~(13)C脉冲标记法研究非正常凋落物对土壤有机碳的激发效应

冰暴、台风等极端气候事件严重干扰了森林生态系统,导致大量落叶、断枝、断干等非正常凋落物产生,将对土壤碳库产生激发效应,然而目前对这种现象的研究仍十分匮乏。以马尾松(Pinus massoniana)、黧蒴锥(Castanopsis fissa)、浙江润楠(Machilus chekiangensis)3种南亚热带常见树种为研究对象,利用~(13)C标记植株并采集其新鲜叶片添加至土壤表面,进行了为期110 d的室内培养实验,培养中分别测量了CO2排放量、~(13)C丰度值以及培养前后土壤碳库的变化。结果表明,不同树种的非正常凋落物的碳排放模式相似,均表现为前期快速升高,之后波动下降,后期稳定在较低水平。其中91.39%—94.04%的碳排放过程发生在前中期(0—45d)。110d的培养过程中,非正常凋落物分解产生的碳有67.86%—95.31%以C–CO_2的形式排放到大气当中。非正常凋落物输入对土壤有机碳的激发效应主要分为3个阶段。培养前期(0—7d)3种非正常凋落物输入均引起了土壤碳强烈的负激发效应且在短期内达到峰值,峰值分别为-50.05、-117.72、-124.08;培养中期(7—35 d)负激发效应强度逐步下降,表现为先快速下降后速率转慢;培养后期(35—110 d)碳激发效应较为平稳,不同树种之间有所差异,黧蒴锥、浙江润楠的碳激发效应逐渐转为正向,而马尾松维持负激发效应并缓慢下降至消失。经过110 d的培养,马尾松、黧蒴锥的0—5 cm层土壤有机碳显著高于对照组(P0.05),黧蒴锥的0—5、5—10 cm层土壤的~(13)C同位素值显著高于对照组(P0.05)。各处理组与对照组之间全氮、有效氮差异均不显著(P0.05)。非正常凋落物输入在短期内对表层土壤有机碳含量影响显著而对深层土壤没有影响,其分解产生的碳大部分以C–CO_2的形式排放到大气当中。     

氮磷添加对互花米草-土壤系统碳分配的影响

采用~(13)C脉冲标记方法分析不同氮(N)、磷(P)添加水平下互花米草(Spartina alterniflora)植株及根系土壤有机碳δ_C~(13)含量变化,比较不同N、P添加水平对光合碳分配和固定的差异,探讨N、P添加对光合碳在互花米草-土壤系统分配和固定的影响。结果表明第4次脉冲标记后各处理组各组分~(13)C丰度均明显提高,除NP1处理外其他处理~(13)C丰度均呈现茎、叶、根、根际土壤和土体递减的规律,与对照组(CK)变化一致。各处理组~(13)C固定总量分别呈持续增加趋势,但均低于CK组,NP添加处理~(13)C平均固定量大于单独添加N或P处理。在植物发育过程中,光合碳在互花米草地上部分(叶、茎)分配比例逐渐减小,地下部分(根、根际土壤和土体)分配比例逐渐增大,土壤中有机碳~(13)C发生富集;且随着植物的发育,各处理组间互花米草-土壤系统各组分~(13)C分配比例差异越来越小,趋于一致。N添加组根际土壤和土体~(13)C分配比例随着N添加水平的增加而增加,说明施N能促进光合碳向土壤转移。P添加组在中等P水平(P2)下,植物光合碳地下部分分配比例最高,有利于光合碳向地下转移。NP添加组在中等NP配施水平(NP2)下,地下部分~(13)C分配比例最高,根际土壤和土体~(13)C分配比例随NP添加水平的增加而增加。N、P添加水平及营养盐类型能改变光合碳在互花米草-土壤系统的分配,表明富营养化作用对盐沼生态系统碳循环具有显著生态效应。     

土壤跳虫在碳循环中的作用——~(13)C示踪研究

土壤动物在土壤碳库中发挥着重要的作用,但长期以来受技术手段的限制,其作用过程及贡献程度仍不清楚。该研究通过室内微宇宙实验,利用稳定碳同位素标记凋落物和模式跳虫实验种(Folsomia Candida)探索了土壤动物在碳循环中的作用。试验设置了3个处理:对照土壤、土壤加标记凋落物、土壤加标记凋落物和跳虫,每处理设4个重复,分别在实验开始的第7、21、63天进行破坏性取样。研究结果发现,凋落物新碳可以很快进入土壤食物网。试验跳虫δ13C原始值为-9.91‰±0.08‰,经过7天的培养,跳虫体内的δ13C值达到522.70‰,表明跳虫能在短时间内高效同化来自凋落物的新碳;土壤微生物群落也显著地同化了凋落物新碳,添加凋落物后微生物PLFAsδ13C值极显著升高,这种效应在试验初期尤其显著;同时,研究发现在添加跳虫的处理中,微生物δ13C比无跳虫处理的极显著升高,反映跳虫的存在和活动对微生物有积极的能动作用,增加微生物对凋落物新碳的同化效率。虽然7 d后发现凋落物新碳明显进入了土壤,然而添加跳虫处理的土壤δ13C显著低于没有加跳虫的,说明跳虫的活动可能促使了更多新C释放出土壤,从而降低了土壤的δ13C值。不同处理之间累计呼吸量存在显著差异,有凋落物和跳虫存在的处理极显著高于对照处理,表明实验处理都显著地增加了系统CO2通量;通过对C来源的同位素解析,发现试验初期(21 d)有85%以上的C都来自凋落物新碳,表明初期凋落物新C大量释放;但随着凋落物分解的进行或跳虫活动的增强,土壤C的利用效率逐步增加,使得通量中土壤C的比例逐渐增加。本研究通过比较完善的控制实验明确证实,在土壤动物和微生物的作用下,凋落物新C可以很快进入碳循环,但新C也很容易通过呼吸作用释放回到大气,尤其在初期,绝大部分排放的CO2都源自新C。土壤跳虫在食物网中的作用明显,对土壤微生物具有显著的调控作用。     

~(35)S标记法研究土壤中SO_4~(2-)的吸附-解吸行为

本文比较了~35S同位素标记法和两种常规化学分析、一种电化学分析法测定环境样品中SO_4~2-的优劣.用本法和BaCrO_4分光光度法研究土壤对SO_4~2-的吸附-解吸特征,表明两者测定结果接近,且所得规律一致.酸雨研究中,在样品数量多、SO_4~2-分析任务重且仪器、设备条件具备时,本法为便捷、准确、较理想的SO_4~2-测定技术.     

互花米草对中国海滨湿地土壤有机碳库的影响

1979年互花米草(Spartina alterniflora)被引入中国用于促淤造陆,经过30余年的引种扩张,已经在中国海滨湿地潮间带形成了优势植被,并对中国海滨湿地土壤有机碳库产生影响,相关研究包括对土壤有机碳库规模、土壤有机碳库的输入过程、输出过程、土壤有机碳组分以及土壤碳库动态的影响等方面。文章从以上几方面概述了互花米草对中国海滨湿地土壤有机碳库的影响,并对以后的研究方向提出了建议,主要结论包括:不同区域互花米草对土壤有机碳库的影响有差异。互花米草在江苏沿海的光滩及碱蓬(Suaeda salsa)生态系统的扩张增加了土壤有机碳库存量,但是远低于其原产地美国的互花米草盐沼土壤有机碳含量;在福建红树林(mangrove)生态系统、芦苇(Phragmites australias)生态系统的入侵则减少了土壤有机碳库存量。互花米草定居扩张总体上促进了盐沼CO_2、CH_4、DMS和CS_2气体排放和卤代烷烃吸收。互花米草入侵对土壤有机碳库的效应受到生物与非生物因素的影响,包括入侵生态系统结构、环境物理因子变化、竞争物种的生物学特性、互花米草入侵年限等。未来需要在以下几个方面加强研究:扩大研究尺度进行跨区域定位比较研究;土壤有机碳库积累动态积累机制研究;土壤有机碳库与植物碳库输入输出耦合关系研究;对土壤碳库能力的变化进行定量综合评估;对全球变化的响应研究。     

植被恢复中坡地土壤颗粒有机碳分布特征和δ~(13)C值组成

以喀斯特地区植被恢复过程中典型坡地为研究对象,对坡地各个地形剖面土壤及土壤不同粒径组分中有机碳含量和有机质稳定碳同位素(δ13C值)组成进行了分析.结果显示:坡地土壤有机碳含量向下坡方向逐渐降低,上坡位两个剖面土壤砂粒(50～2000 um)中有机碳含量占50%以上,处于不稳定状态;易受到侵蚀作用破坏;而下坡位两个剖面中有机碳主要储存在粉粒(2～50um)和粘粒(<2um)土壤中,属于高度腐殖化的稳定有机碳.土壤有机质的δ13C值是评估SOC周转的一个良好指标,因粒径组成、剖面深度.植被和成土环境而不同.坡地各个土壤剖面中δ13C值的组成差异,较好地反映作物残体输入和土壤累积特征;输入土壤中的植物有机体由于分解程度不同而储存在不同粒径土壤中,因此各粒径中δ13C值对土层中有机质的储存和变化趋势具有较好的指示作用.     

短花针茅(Stipa breviflora)叶片δ~(13)C对载畜率的响应

叶片δ~(13)C值、养分含量等特征体现了植物为获取最大碳收获所采取的生存适应策略,同时δ~(13)C值还可以指示植物的长期水分利用效率,了解荒漠草原短花针植物的水分及资源利用策略有助于人们掌握其生长机制,对分析短花针茅应对干扰的生态对策有重要意义。采用稳定性碳同位素技术,通过测定荒漠草原短花针茅(Stipa breviflora)叶片稳定性同位素值(δ~(13)C),结合植物叶片碳(C)、氮(N)、碳氮比(C/N)、水分含量(LWC)等生理指标,探讨不同载畜率下短花针茅叶片的适应机理。结果表明,短花针茅叶片δ~(13)C值随放牧强度的增大而显著减小(P=0.041),其中对照处理为-26.8‰,轻度放牧处理为-27.2‰,中度和重度放牧处理分别为-27.4‰和-27.5‰,表明随着放牧强度的增大,植物的水分利用效率降低。随着放牧强度的增大,短花针茅叶片N质量分数增大(P=0.003),从对照到重度放牧处理依次为2.1%、2.3%、2.5%和2.7%;C质量分数减小,但不显著(P=0.076),从对照到重度放牧处理依次为46.3%、46.1%、46.1%和45.3%;C/N显著降低(P=0.004),对照到重度放牧处理依次为26.1%、20.7%、19.6%、18.5%,表明随着放牧干扰的增强,植物积累有机物质及资源利用能力下降。相关分析发现短花针茅叶片δ~(13)C值与N质量分数呈显著负相关(r=-0.690,P0.05),与C质量分数、C/N呈显著正相关(r=0.565,r=0.668;P0.01);叶片δ~(13)C值可指示植物有机物质的积累和资源利用能力。     

多环芳烃(PAHs)污染对滨海湿地入侵植物互花米草的影响

滨海湿地生态系统正遭受着人为活动或自然因素的威胁,为探究多环芳烃(PAHs)污染对滨海湿地入侵植物互花米草根际、根内微生物的影响及植物-微生物联合修复PAHs的潜力,设置含有不同浓度菲和芘的沉积物处理,通过盆栽实验对互花米草幼苗进行暴露.结果显示,培养70 d后,菲和芘的去除率分别为13%-36%和11%-30%;菲处理的互花米草根际沉积物中脱氢酶活性显著高于对照(P0.05),非根际沉积物多酚氧化酶活性则降低10%.磷脂脂肪酸(PLFA)分析显示,菲处理显著降低了根际沉积物微生物量(P0.05),尤其是革兰氏阴性菌下降了24%;而芘处理对脱氢酶、多酚氧化酶以及总微生物量的影响相对较小.100 mg/kg菲处理使得根际与根内革兰氏阴性菌PAHs-环羟基双加氧酶基因(PAH-RHDα-GN)丰度比对照组分别增加了100倍和3倍;而100 mg/kg芘处理使得根际与非根际沉积物中PAH-RHDα-GP丰度显著升高(P0.05).上述结果表明,入侵植物互花米草对PAHs污染存在明显的响应,其根内细菌在植物-微生物联合修复PAHs污染具有重要的作用.     

海洋保护地内施用除草剂防治互花米草的监管研究

近年来,我国多处海洋保护地存在使用除草剂防治互花米草的情况,且施用除草剂对海洋保护地生态环境造成了一定威胁.为了加强对海洋保护地内施用除草剂防治互花米草的监管,从目前存在的除草剂对海洋生态环境造成的影响不清、海洋保护地施用除草剂监管制度匮乏、防治互花米草修复工程缺乏监管3个主要问题出发,有针对性地提出了要加强科学研究、...     

圆柏属常绿木本植物δ~(13)C值的季节变化与抗冷冻性的关系

以祁连圆柏Sabina przewalskii和圆柏Sabina chinensis为材料,研究了圆柏属植物的抗冷冻性与针叶δ13C值季节变化的关系。结果表明,两种圆柏属植物的δ13C值均随温度的降低而减小并在整个冬季维持较低水平。表明圆柏属植物为了抵抗低温的伤害,加强了自身能量物质的消耗,即呼吸作用增强,导致植物体内的δ值偏向更负。在整个测定期中,祁连圆柏的δ13C值都显著高于圆柏的δ13C值,表明在低温胁迫过程中,圆柏为适应低温、提高其抗冷冻能力所消耗自身能量物质的量远高于祁连圆柏。这与祁连圆柏具有较强的抗冷冻适应性策略一致。此外,两种圆柏属植物碳同位素组成与月均温度表现出极显著的线性相关性,并且与脯氨酸(Pro)质量分数、针叶相对含水量(RWC)也都表现出极显著的线性相关性。因此,碳同位素组成可以作为鉴定圆柏属植物抗冷冻性的又一重要指标。     

多环芳烃(PAHs)污染对滨海湿地入侵植物互花米草的影响北大核心CSCD

滨海湿地生态系统正遭受着人为活动或自然因素的威胁,为探究多环芳烃（PAHs）污染对滨海湿地入侵植物互花米草根际、根内微生物的影响及植物-微生物联合修复PAHs的潜力,设置含有不同浓度菲和芘的沉积物处理,通过盆栽实验对互花米草幼苗进行暴露.结果显示,培养70 d后,菲和芘的去除率分别为13%-36%和11%-30%;菲处理的互花米草根际沉积物中脱氢酶活性显著高于对照（P〈0.05）,非根际沉积物多酚氧化酶活性则降低10%.磷脂脂肪酸（PLFA）分析显示,菲处理显著降低了根际沉积物微生物量（P〈0.05）,尤其是革兰氏阴性菌下降了24%;而芘处理对脱氢酶、多酚氧化酶以及总微生物量的影响相对较小.100 mg/kg菲处理使得根际与根内革兰氏阴性菌PAHs-环羟基双加氧酶基因（PAH-RHDα-GN）丰度比对照组分别增加了100倍和3倍;而100 mg/kg芘处理使得根际与非根际沉积物中PAH-RHDα-GP丰度显著升高（P〈0.05）.上述结果表明,入侵植物互花米草对PAHs污染存在明显的响应,其根内细菌在植物-微生物联合修复PAHs污染具有重要的作用.     

用~(45)Ca示踪剂研究钙在土壤中的迁移

用~(45)Ca示踪剂研究了不同盐类存在条件下,钙离子在土壤中的交换吸附和淋洗解吸,游离二氧化碳和不同盐类对碳酸钙溶解度的影响,研究表明,土壤中盐类的污染,可能是造成半干旱地区和干旱地区地下水硬度增高的主要因素。     

用~(32)P后标记方法测定职业接触苯乙烯工人静脉血中DNA-环氧苯乙烯加合物

用~(32)P后标记方法,对一组22例接触苯乙烯的工人和8例未接触苯乙烯(空白)的工人进行测试,其静脉血中的淋巴细胞有4例(高浓度,大于40ppm)发现DNA-环氧苯乙烯加合物;而另外接触高浓度苯乙烯、低浓度苯乙烯和空白试样中,均未发现。在已测出的4例中,加合物形成水平为0.07—3.38加合物/10~7正常核酸,DNA的总损伤水平为5—9加合物/10~7正常核酸。 用小牛胸腺DNA、四种脱氧核苷3′-单磷酸分别与环氧苯乙烯进行体外反应,然后用~(32)P后标记法测定产物中的DNA加合物,初步确证有六种加合物及其衍生物存在,修饰位置是鸟苷碱基。并确证了其中三种加合物的化学结构,另外几种加合物的结构有待进一步鉴定。 ~(32)P后标记法测DNA加合物,灵敏度高达1加合物/10~(10)正常核酸,近于人体二倍体细胞基因水平(1.2×10~(10)碱基)。     

有机物料与~(32)P标记过磷酸钙混合施用对磷有效性的影响

本试验利用~(32)P示踪法研究赤红壤上两种有机物料与过磷酸钙混合施用对磷有效性的影响。盆栽试验表明,纸厂废料蔗渣或猪粪与磷肥混合施用比磷肥单独施用更有利于提高格拉姆柱花草的含磷量和总吸磷量。单位施磷量引起的土壤有效磷和植株吸磷量的增加量也是有机物料单施或与磷肥混施高于磷肥单施。在前39d,~(32)P标记过磷酸钙的利用率在单独施用时为2.14％,比混合施用高一倍左右;在80d时,混合施用的磷利用率较快提高,蔗渣与磷肥混施处理超过单独施用,达22.88％。     

林地变为玉米地后土壤轻质部分有机碳的13C/12C比值的变化

为了观察森林生态系统转变为农业生态系统后土壤有机碳的变化,选择贵州喀斯特森林区为研究对象,采集了林地和邻近的玉米地土壤剖面样品,并按土壤密度把土壤样品分级成轻质部分和重质部分。林地和玉米地土壤均为石灰土。玉米地土壤风化相对较强,淋溶严重而贫瘠,并且所返还的植物残留物数量很少。实验结果表明,林地土壤轻质部分的(13C值明显低于重质部分,而玉米地土壤轻质部分的(13C值明显高于重质部分,说明植物残留物首先进入到轻质部分。然而,由于当地的耕作习惯,输入到玉米地土壤轻质部分的玉米残留物的数量很少,只有48%,这是初级生产力低下的主要原因。     

水稻品种对CH_4产生、排放及δ~(13)CH_4的影响

水稻品种是调控CH4产生和排放的关键因素。关于水稻品种对稻田产生和排放CH4的稳定性碳同位素组成(δ13CH4)的影响研究鲜见报道。通过温室盆栽和室内培养试验并结合稳定性碳同位素方法,研究了持续淹水条件下4个水稻生育期镇稻624、农香98和中早33的土壤CH4产生潜力、土壤溶液CH4浓度、CH4排放通量及产生、排放CH4的δ13C值,为最终筛选优质高产且低CH4排放的水稻品种提供CH4排放相关过程及其稳定性碳同位素方面的参考数据。结果表明:在分蘖期和拔节期,镇稻624和农香98的土壤CH4产生潜力显著高于中早33,在灌浆期和成熟期显著小于后者(P0.05)。三者土壤CH4产生潜力、土壤溶液CH4浓度最高值和土壤Eh的最低值依次出现在拔节期(2.6μg·g-1·d-1,346.9μmol·L-1,-296 m V)、拔节期(3.2μg·g-1·d-1,425.9μmol·L-1,-316 m V)和灌浆期(2.4μg·g-1·d-1、435.2μmol·L-1,-308 m V)。各品种土壤CH4产生潜力均与相应土壤溶液中CH4浓度显著正相关(P0.01),且与土壤Eh显著负相关(P0.01)。镇稻624和农香98在分蘖盛期CH4排放通量最大(67.1和68.7 mg·m-2·h-1),中早33则在拔节期(58.5 mg·m-2·h-1)。各品种CH4季节排放总量依次为55.29、55.74和40.82 g·m-2,前二者无显著差异,显著高于中早33,这可能是镇稻624和农香98的土壤CH4产生潜力在分蘖期和拔节期显著大于中早33,而各品种CH4排放又相对集中在分蘖期和拔节期的缘故。相关分析表明,各生育期CH4排放通量与相应的土壤CH4产生潜力显著正相关(P0.01)。可见水稻品种通过影响土壤的CH4产生,进而影响稻田CH4的排放。镇稻624和中早33土壤产生CH4的δ13C值从约-67.0‰增至-55.5‰,农香98则先减后增,范围为-64.2‰~-52.9‰,这说明镇稻624和中早33的土壤CH4产生途径差异较小,而二者与农香98差异较大。各品种排放CH4的δ13C值均先减后增,分别为-67.6‰~-48.5‰、-73.0‰~-47.3‰和-60.9‰~-46.7‰,季节平均值依次为-52.7‰、-52.5‰和-54.8‰。总体上,水稻品种影响排放δ13CH4值的季节变化。     

~(35)S-杀虫双农药在模拟陆—水生态系统中的迁移和分配

本文应用模拟生态实验装置和放射性同位素示踪技术,研究~(35)S—杀虫双农药在模拟陆—水生态系统中的迁移和分配。为期58d的追踪试验结果表明,~(35)S—杀虫双主要随灌溉水而迁移,由土壤渗漏水回收量占施药总量的51.39％;经水稻根系吸收而残留于植株中的为5.94％,其中,茎、叶残留水平为0.32mg/kg,根系为1.15mg/kg;留存于土壤中的约为18.48％,残留水平为0.01mg/kg。由土壤渗漏水构成的水域放养水生生物模拟水—芜萍(Wolffia arrhiza Wimm)—鱼(草鱼Ctenopharyngodon idellus)—螺生态系统中,为期29d的试验,芜萍对~(35)S—杀虫双积聚率(17.67)>螺(肉10.47)>鱼(全量混合样的积聚率4.29);鱼体中内脏积聚率(6.67)>鳃(1.24)>骨(1.07)>肉(0.56),无生物浓缩。     

南沙海域沉积物岩心中~(238)U和~(40)K的测定及深度变化

用HPGeγ谱方法测定了6个来自南沙海域沉积物岩心的~(238)U和~(40)K,获得结果如下:~(238)U的放射性活度变化范围为(13.87±1.73)—(46.63±3.08)Bq·kg-1,平均值的变化范围为(19.30±1.72)—(43.19±3.06)Bq·kg-1;~(40)K的放射性活度变化范围为(147.37±8.13)—(569.35±11.11)Bq·kg-1,平均值的变化范围为(159.32±6.51)—(471.30±9.16)Bq·kg-1.与其他海域比较发现,本研究海域的~(238)U活度范围及平均值与其他海域比较接近,而~(40)K的活度范围与平均值则比其他海域要稍低点.这两个核素的深度变化趋势均随深度的增加有微弱的增大、减小或不明显变化的3种类型,相比较而言,~(40)K随深度的变化幅度不如~(238)U明显,造成这种现象的原因主要可能是沉积物组成、水动力学等.