黄土高原不同植被类型下土壤细菌群落特征研究

研究黄土高原不同植被类型对土壤细菌微生物多样性的影响,对发挥土壤潜在肥力、了解土壤健康状况,实现植被的管理与可持续利用有着重要的意义.本文选取黄土高原4种草原植被与4种乔木林植被的表层土壤(0~5 cm)为研究对象,利用第二代高通量测序技术454 Hi Seq对其进行16S r DNA V1~V3可变区的高通量测序,分析土壤细菌的Alpha多样性、物种组成和丰度,并研究土壤性质对细菌群落结构的影响.结果表明,所测土壤样品中共检测到细菌的36个门,84个纲,187个目,优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌(Chloroflexi)、浮霉菌门(Planctomycetes),主要的优势菌纲为放线杆菌纲(Actinobacteria)、α-变形菌纲(α-Proteobacteria)、酸杆菌纲(Acidobacteria)、β-变形菌纲(β-Proteobacteria)、浮霉菌纲(Planctomycetacia).草原植被土壤分布更多的是Actinobacteria,森林植被土壤分布更多的是Proteobacteria.Proteobacteria与土壤有机质、全氮、全磷呈显著的相关性,其相对丰富度主要受土壤碳氮磷含量的限制.Actinobacteria的生长主要受土壤pH、水分和土壤有机质的影响.通过RDA分析发现,影响黄土高原土壤细菌分布的主要土壤因子是土壤水分,这些结果丰富了黄土高原土壤微生物多样性的理论知识,而且可为黄土高原植被恢复模式的选择提供理论依据.     

珠江三角洲典型集约化猪场废水污染特征及风险评价

根据2009年3月~2011年11月废水水质调查监测数据,运用《畜禽场环境质量评价准则》中单项污染指数、综合污染指数等方法,研究珠江三角洲典型集约化猪场厌氧发酵处理过程中各工艺阶段废水污染特征,并对其潜在生态风险进行综合评价.监测结果表明,所有监测值中,除pH和重金属外,其它污染因子含量普遍超过排放及农田灌溉水质标准,猪粪水中主要污染因子为粪大肠菌群(FC)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)和生化需氧量(BOD),其平均质量浓度分别为1.98×109个·L-1、158.61 mg·L-1、5 608.68 mg·L-1和1 984.34 mg·L-1,猪场沼液中主要污染因子为粪大肠菌群、总磷、氨氮(NH+4-N)和悬浮物(SS),其平均质量浓度分别为8.10×106个·L-1、81.76 mg·L-1、476.24 mg·L-1和464.58 mg·L-1.生态风险评价表明,高值区主要出现在固液分离后的高浓度废水,其分布呈现从分离后废水>冲栏废水>沼液递减的趋势特征,其综合污染指数分别为11.41、6.91、5.27,均达到重度污染级.因此,分离前后猪场废水属高浓度、高风险废水,绝对不可直接排放和农田灌溉,经厌氧处理后的猪场沼液中粪大肠菌群、总磷、氨氮和悬浮物是潜在的强生态风险元素,在长期直接排放或农田灌溉过程中仍存在一定的生态风险,有进一步深度处理的必要性.     

猴金属硫蛋白α域(MT-α cDNA)突变体的构建、表达及工程菌对重金属的吸附

采用PCR技术和同尾酶手段,构建了猴金属硫蛋白(mMT)α域的串连体,并构建了表达MT α串连体的工程菌,获得了表达二聚串连体(MTα2)、三聚串连体(MTα3)、五聚串连体(MTα5)的工程菌.结果表明,工程菌在0.1 mmol·L-1IPTG诱导3h后表达量最高.Cd2 浓度为0.5mmol·L-1时,对照菌pGEX-2T/BL21生长受到严重胁迫,工程菌表现出较强的抗性,MTαn/BL21(n=2、3、5)生长几乎不受到胁迫;Cd2 浓度为1.0 mmol·L-1时,MTα5/BL21表现出较强的耐受能力.Cd2 浓度为0.5 mmol·L-1时,工程菌对镉的富集能力明显高于对照,其中富集能力最强的是MTα3/BL21(76%).与对照pGEX-2T/BL21相比,MT/BL21对锌吸附能力显著提高.而转化有MTα串连体基因的工程菌对锌的吸附能力没有提高,说明工程菌对Cd2 的吸附特异性增强.结构预测显示,MTα、MTα2、MTα,的二级结构中α螺旋依次增加,推测突变蛋白的疏水性增强,三维结构稳定.MTα4、MTα5二级结构中,α螺旋数目减少,尤其是MTa5,其a螺旋几乎完全遭到破坏,疏水性大为降低.对基因工程菌吸附镉的实验表明,MTα3/BL21对镉具有较高的特异性和富集容量.     

洱海流域稻鸭共作对稻田温室气体排放和水稻产量的影响

稻季是水旱轮作生态系统温室气体排放的主要时期,探索有效措施实现稻季温室气体减排和水稻增产已成为当前研究的热点.稻鸭共作是减少稻季温室气体排放的有效措施之一,而确定合理的稻鸭共作密度对确保洱海流域水稻产量基础上实现温室气体减排具有重要意义.该研究通过设置不同稻鸭共作密度试验,采取密闭静态箱—气相色谱法研究了稻鸭共作对温室气体排放规律、排放量及全球增温潜势(GWP)的影响.结果表明:水稻生育期,CH_4和N_2O均在分蘖期和结实期出现排放峰;CH_4排放通量、累计排放量和总排放量大小均为常规处理(CT)低密度鸭处理(LDD)高密度鸭处理(HDD)空白处理(CK),而N_2O为HDDLDDCTCK.与CT相比,CK、LDD、HDD的CH_4排放总量分别降低45%、18%、25%,N_2O排放总量分别降低8%、增加11%和37%,温室气体综合增温潜势分别降低41%、14%、17%.田面水DO、NH~+_4-N、NO~-_3-N及土壤温度是引起温室气体CH_4和N_2O排放差异的主要因素.不同处理的水稻产量为LDDCKCTHDD.合理的稻鸭共作密度降低CH_4排放,增加N_2O排放,减缓全球增温潜势,提高了水稻产量.兼顾水稻产量和温室气体减排效果,LDD处理综合效益最好.     

黄土及其他添加物对猪粪贮存过程氨气和温室气体排放的影响

畜禽粪肥在贮存阶段养分损失严重,是CO_2、CH_4、NH_3和N_2O等大气污染物的重要排放来源.本文采用室内培养方法,研究了添加黄土、秸秆、生物炭和膨润土对猪粪贮存过程中氨气及温室气体排放的影响.结果表明,添加10%用量的生物炭和膨润土处理的CO_2累积排放量与不添加任何添加物的猪粪对照相比分别降低了15.4%和20.9%,N_2O累积排放量分别降低了19.8%和37.6%.添加膨润土处理的NH_3损失量显著增加,但添加生物炭和膨润土处理的综合温室效应与猪粪对照相比均显著降低.添加10%秸秆处理的CH_4和NH_3累积排放量分别较猪粪对照降低了56.8%和95.8%,但其综合温室效应与对照相比差异不显著.模拟黄土垫圈过程添加黄土处理的氨气及温室气体累积排放量均显著降低,综合温室效应显著低于其他处理(p0.05).可见,黄土垫圈是保蓄粪肥碳、氮养分的有效措施,猪粪贮存阶段添加少量生物炭、膨润土对于减少粪肥综合温室效应具有积极作用.     

1981-2015年神农架林区森林生态系统净初级生产力估算

湖北省神农架林区是全国唯一以林区命名的行政单位,拥有全球中纬度地区唯一一块保存完好的原始森林,量化其森林生态系统NPP（net primary productivity,净初级生产力）对县域生态系统评估工作十分重要.基于CEVSA2（carbon exchange between vegetation,soil and atmosphere 2）模型模拟1981-2015年神农架林区森林生态系统NPP,并利用中国生态系统研究网络神农架站观测数据和野外调查数据进行验证,进而分析其NPP时空变化特征及其主要环境影响因子.结果表明:①1981-2015年神农架林区森林生态系统年均NPP为628.27 g/m2（以C计）,空间分布表现为中部较低、东部以及周边较高,具有明显的空间异质性.②1981-2015年神农架林区年均NPP的增长速率为2.58 g/（m2·a）（R2=0.65,P < 0.001）;运用Mann-Kendall突变检验法发现,1998年前后是NPP增长速率变化的突变点,虽然1998年前后两个时段NPP均呈上升趋势,但1999-2015年NPP增长率较1981-1998年下降了7.01%;从空间上来看,林区中部和北部NPP增长率[4~6 g/（m2·a）]相对较高,南部和东部部分地区NPP呈下降趋势,其变化速率在-3~0 g/（m2·a）之间.③神农架林区NPP年际变化与年均温、总辐射年际变化均呈正相关,与年降水量年际变化呈负相关,其中年均温年际变化对NPP年际变化的解释率最高,为43%（P < 0.01）;在空间尺度上,林区森林生态系统约67.83%区域的NPP年际变化由年均温年际变化控制,主要分布在林区中部和东南部,可见年均温是该地区森林生态系统NPP的主要影响因素.      

重庆农田土壤有机碳稳定性同位素空间分布特征

对重庆182个典型农田土壤剖面有机碳稳定性同位素组成(δ¹³C_SOC)的测定结果表明,所有剖面土壤δ¹³C_SOC值均随采样深度增加逐渐趋正,表、中和底层均值分别为（-23.63±1.53）‰、（-22.43±1.59）‰和（-21.42±1.90）‰.就地域而言,渝东北土壤δ¹³C_SOC值偏负程度最高,渝中土壤则偏正.水田δ¹³C_SOC值明显偏负,旱地偏正,水旱轮作则居中;三者表层土壤δ¹³C均值分别为（-25.32±0.93）‰、（-23.17±1.37）‰和（-24.75±1.28）‰;不同类型土壤表层δ¹³C均值依序为：水稻土<潮土<紫色土<石灰（岩）土<黄壤.回归树分析表明,表层土壤δ¹³C_SOC值主要受作物类型控制,中底层则主要与土壤类型有关;其它因素如土壤性质（总氮、 SOC和pH）和气象条...     

镉污染农田土壤修复技术及安全利用方法研究进展

作物镉(Cd)超量累积是人体中镉的主要来源。研究镉污染农田土壤修复技术及安全利用方法对保护生态环境及保障食品安全具有重大意义。镉对植物的毒性效应与其生物有效性密切相关,且土壤镉的生物有效性决定其植物根系吸收量,因而基于土壤镉生物有效性调控原理的修复技术是农业环境领域近年来的研究热点。此外,植物镉含量也与植物自身特性密切有关,故筛选不同镉累积特性的植物可为镉污染土壤修复和安全利用提供重要生物质资源。文章综合评述了镉生物有效性的物理和化学调控方法,并分别就超累积植物和低累积作物介绍镉污染农田土壤的植物修复技术和安全利用方法。物理方法如水分管理主要通过改变土壤环境的Eh等理化性质从而影响土壤镉的形态转化过程,进而影响植物镉的吸收量;化学方法如施用钝化剂主要通过改变土壤的pH及土壤镉吸附特性,从而改变土壤镉的生物有效性。低镉累积作物通过减少根系镉吸收或降低地上部镉转运的方式减少可食部镉累积量;镉超累积植物的修复效率主要取决于其镉富集系数的高低及生物量的大小。化学和生物联合调控方法主要通过降低土壤镉含量或阻止镉进入作物可食部,实现"边生产边修复"。农田土壤镉污染修复技术及安全利用方法存在效率低、体系不稳定等问题,探究土壤镉生物有效性关键调控因子及其作用机制、充分挖掘特殊镉累积特性的植物资源并探寻改造植物镉耐性的方法以提高镉污染农田土壤修复效率将是今后该领域的研究热点。     

冬季覆盖作物对潮褐土土壤肥力和微生物学性状的影响

冬季覆盖作物能够提高农田土壤肥力和改善生态环境,通过研究其种植后对华北平原农田土壤理化和微生物学性质的影响,可为该地区推广种植冬季覆盖作物提供数据支持。以冬闲地为对照(CK),选取毛叶苕子(Vicia villosa,Vr)、二月兰(Orychophragmus violaceus,Ov)和冬油菜(Brassica campestris,Bc)3种覆盖作物,通过盆栽试验研究了种植冬季覆盖作物对华北平原典型潮褐土土壤理化性质、微生物生物量和酶活性的影响。结果表明:3种冬季覆盖作物处理生物量由小到大依次为Vr、Bc和Ov。与CK相比,3种冬季覆盖作物均能显著提高土壤含水量,有效磷含量,土壤微生物生物量碳、氮和磷含量(P0.05),且不同程度提高土壤碱性磷酸酶、蔗糖酶和脲酶活性。其中,Ov处理土壤有效磷含量提高幅度最大,为33.3%(P0.05);Bc处理土壤含水量显著提高16.7%,土壤容重显著降低16.8%,土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮、微生物生物量磷含量及碱性磷酸酶、蔗糖酶和脲酶活性分别提高30.5%、32.3%、85.4%、11.4%、17.7%和21.7%(P0.05)。综合覆盖作物生物量及覆盖作物对华北平原潮褐土土壤理化性质、微生物生物量含量和酶活性的影响,以冬油菜作为华北平原冬季覆盖作物效果为最佳,二月兰和毛叶苕子次之。     

利用高通量测序对封存CO2泄漏情景下土壤细菌的研究

全球CO2浓度不断升高的背景下,地质封存CO2为控制大气CO2浓度上升提供了全新的思路,但封存CO2潜在的泄漏风险也对生态系统产生重大威胁.土壤微生物与土壤健康密切联系.鉴于目前地质封存CO2泄漏对土壤微生物影响的研究鲜有报道,本研究通过模拟地质封存CO2泄漏情景,利用Miseq平台Illumina第二代高通量测序土壤细菌16S rRNA基因,结合相关生物信息学分析,初步探讨了封存CO2泄漏情景下农田土壤细菌群落丰富度、多样性和群落结构的变化.试验共获得15个土壤样本的43 017个OTU共486 645条读数,生物学分析结果表明,封存CO2泄漏通量和时间不同的情景下,农田土壤细菌丰富度和细菌群落多样性的变化存在差异,初步推测CO2泄漏量增大和泄漏时间持续更长的情景下,土壤细菌丰富度和多样性下降幅度较大,土壤细菌群落中优势菌群向若干细菌集中,其中土壤酸杆菌门细菌相对增多可能作为地质封存CO2泄漏对土壤生态系统影响的生物监测指标.