不同轮作模式下作物根际土壤养分及真菌群落组成特征

为研究宁夏中部干旱带不同轮作模式下土壤养分及真菌群落组成的特征,以谷子轮作大豆（MRG）、轮作籽粒苋（MRA）、轮作藜麦（MRQ）及谷子连作（CK）为对象,测定了土壤养分含量,并利用Illumina MiSeq高通量测序平台测定了土壤真菌的ITS变异区序列.结果表明,不同轮作模式对土壤养分的影响存在差异.3种轮作模式下土壤pH和电导率均有所下降,土壤全氮、全钾、全磷和有机质含量均上升,OTUs数和α多样性指数均高于连作.真菌群落组成研究结果显示,子囊菌门（Ascomycota）为4种模式下的优势菌群.聚类分析显示MRA和MRG的真菌属组成最为相似,其次是MRQ,CK与3种轮作模式相差较大.相关性分析显示,土壤养分与几种优势真菌属呈显著相关性（P<0.05或P<0.01）,土壤全氮、全钾、硝态氮和有机质含量是影响土壤真菌群落最主要的因子.主成分分析（PCA）表明,MRG轮作模式优于MRA和MRQ模式.综上所述,轮作提高了真菌群落多样性指数,改变了土壤真菌群落结构,改善了土壤肥力状况,其中以谷子与大豆轮作效果最佳,建议将谷豆轮作作为中部干旱带杂粮产业中主要的轮作模式之一进行推广.     

干旱地区森林对流域径流的影响

森林对流域径流的影响包括森林对流域径流形成机制的影响、森林对流域径流量的调节以及森林对流域径流水质的影响3个方面。论文根据作者在黄土高原和北京土石山区多年研究的结果，并结合国内同行在森林水文方面的研究成果，就干旱地区森林对流域年总径流量、洪峰流量、枯水径流以及径流水质等方面的影响作了概括。结果表明，在干旱地区随着森林植被覆盖率的增加，流域年总径流量减少；森林植被可以大幅度地减小小流域的暴雨洪峰流量；森林植被覆盖率越高，枯水径流量随之增加；森林可以在很大程度上改善流域径流水质。根据干旱地区森林植被可以减少流域年径流总量的研究结果，初步估算目前我国干旱地区林业生态工程建设（包括天然林）的生态用水量为160亿m3左右。由于森林植被对流域径流影响的复杂性和尺度依赖性，森林在区域（或大流域）尺度的水文功能评价仍有待于进一步深入研究。     

原始及铁改性生物质炭对污染土壤中As、Pb生物有效性和微生物群落结构的影响

为探讨原始和铁改性生物质炭对污染土壤中砷（As）和铅（Pb）生物有效性和土壤微生物群落结构的影响,利用As-Pb复合污染水稻土进行水稻盆栽试验,分别在土壤中施加3%（质量分数）的原始法国梧桐枝条炭（法桐炭）、铁改性法国梧桐枝条炭（Fe-法桐炭）、原始猪炭（猪炭）、铁改性猪炭（Fe-猪炭）.试验结束后测定土壤pH、有机碳等理化性质、土壤养分有效性、土壤有效态As和Pb、稻谷中As和Pb的含量及土壤微生物群落结构等指标.结果表明,与对照相比,施用Fe-法桐炭对土壤中As的钝化效果较好,降幅为39%;施用猪炭对土壤中Pb的钝化效果较好,降幅为19%;Fe-法桐炭的施用使稻谷中As含量降低了80%.施用两种原始生物质炭后,土壤中的微生物群落多样性指数（Chao1、Shannon）和OTUs总数均显著）增加（p<0.05）,但相较于原始生物质炭,施用铁改性生物质炭均提高了土壤中优势菌群的相对丰度,且两种铁改性生物质炭处理土壤中的优势菌属为Actinobacteria_unclassified、Gaiellales_unclassified和Nocardioides.冗余分析表明,土壤中微生物群落组成与土壤pH和有效态As关系密切.因此,施用生物质炭可以通过改变土壤pH和降低As胁迫等性质影响土壤微生物群落结构.综上所述,经过铁改性处理的法桐炭更适用于As污染土壤修复,而原始猪炭是一种比较理想的Pb污染土壤修复材料.     

堆肥添加剂降低碳氮损失的微生物学机制研究

为了探明添加剂如何影响堆肥微生物优势群落的演替进而影响碳氮损失,以玉米秸秆和鸡粪为原料,添加不同量的生物质炭和凹凸棒作为添加剂,设置5个处理（CK （鸡粪+玉米秸秆）、BC1（鸡粪+玉米秸秆+5%（干重）生物质炭）、BC2（鸡粪+玉米秸秆+10%（干重）生物质炭）、PG1（鸡粪+玉米秸秆+5%（干重）凹凸棒）和PG2（鸡粪+玉米秸秆+10%（干重）凹凸棒））进行堆肥.结果表明,相较于CK,BC1、BC2、PG1、PG2处理的碳和氮损失分别减少了8.60%、12.05%、2.03%、6.14%和14.54%、20.14%、8.40%、11.23%.优势微生物菌群与碳氮损失的冗余分析表明,添加10%生物质炭和添加10%凹凸棒都显著促进了堆肥过程中固氮类细菌相对丰度,而抑制反硝化细菌的相对丰度,且添加10%生物质炭效果更佳;KEGG分析表明,添加10%生物质炭显著影响氨基酸代谢和碳水化合物代谢功能基因,而添加10%凹凸棒显著影响氨基酸代谢功能基因.由此可见,10%添加剂的碳氮损失都低于5%添加剂的处理,添加生物质炭的碳氮损失都低于凹凸棒处理,添加剂通过影响优势微生物群落及其氨基酸代谢和碳水化合物代谢功能基因抑制堆肥过程中的碳氮代谢,从而减少碳氮损失.     

凤阳山森林生态系统碳交换及其物候特征

凤阳山位于浙江省龙泉市南部,为亚热带典型森林生态系统保护区,受海洋性气候和季风的影响,是研究森林生态系统碳预算及其物候特征的理想之地。采用位于浙江凤阳山的涡动相关通量观测系统（EC）观测的2017年（除去9月）CO₂通量数据、气象数据并结合物候模型来分析本地尺度亚热带森林生态系统总初级生产力（GPP）、生态系统呼吸（Re）动态特征、不同时间尺度下的影响因子及其物候特征,结果表明：该生态系统全年扮演着碳汇的角色,净生态系统碳交换量（NEE）（除去9月）为?89 g?m^?2?a^?1（以碳计）,GPP总量为1377.75 g?m^?2?a^?1,Re总量为1288 g?m^?2?a^?1,GPP和Re的日变化和季节变化均呈单峰型,先增加后降低。GPP在不同的物候时期均为倒“U”型的变化趋势,而Re在夜间的生态系统呼吸略高于白天,且在日夜交替时刻会出现陡降现象。整个生态系统在174 d GPP增长率达到峰值0.25 μmol?m^?2?s^?1,达到最大恢复率;202 d的GPP增长率为0 μmol?m^?2?s^?1;228 d的GPP增长率最低,为?0.21 μmol?m^?2?s^?1,达到最大衰退率。不论是日尺度还是月尺度上,GPP和Re变化的主要驱动因素为空气温度,日尺度上Re较GPP对环境因子的变化更加敏感;反之,在月尺度上GPP对环境因子变化的响应比Re更加敏感。总体而言,凤阳山森林生态系统全年表现为碳汇,能够调节当地的二氧化碳浓度;生长季森林生态系统生长旺盛,稳定阶段的GPP与Re达到峰值;在不同的时间跨度上生态系统对环境因子的响应存在差异。     

不同季节尾水排放对河道细菌群落结构的影响

为探究不同季节尾水排放对河道细菌群落结构及多样性的影响,以常州市深水城北污水处理厂尾水、排放河道为例,利用Illumina Miseq高通量测序技术分析细菌群落结构,并分别讨论了不同季节尾水对河道水质、细菌群落结构及多样性的影响,分析细菌群落结构与水质的相关性.结果表明:①尾水增加了夏季、秋季河道的NO₃--N、TN浓度.②由于尾水的排放,使夏季、秋季河道细菌多样性下降.③共检测到43个门,其中变形菌门（Proteobacteria）为最优势菌门,平均占比为60.11%,其次为放线菌门（Actinobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）,尾水主要影响夏季、秋季河道Proteobacteria的相对丰度,其中假单胞菌属（Pseudomonas）夏季增加49.14倍,秋季减少0.95倍;鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）夏季增加6.63倍,不动杆菌属（Acinetobacter）秋季减少0.98倍.④TN浓度对细菌菌属分布影响最大,其与微球菌属（Micrococcaceae）、Hgcl_clade呈负相关;与盐单胞菌属（Halomonas）呈正相关.研究显示,尾水排放对河道的影响主要表现在夏季和秋季,使NO₃--N、TN浓度显著上升,而使细菌多样性下降,对河道Proteobacteria下的Pseudomonas、Acinetobacter、Sphingomonas相对丰度影响较大,水中的细菌分布主要受TN浓度影响.      

森林植被影响径流形成机制研究进展

径流形成机制研究在水文学领域中具有十分重要的意义,且受到越来越广泛的重视。水文环境以及水文通量的空间异质性和时间变化性导致了水文过程的尺度依赖性和非线性特征,没有对水文过程较为清晰的认识,就不能将某一地区某一流域森林植被变化水文生态效应的研究结果简单地外推到其他地区和其他流域。开发基于物理过程分布式参数水文模型可以为认识森林植被变化的生态学后效和客观评价森林植被水文生态效益提供可行的工具。但是要实现这一目标,研究森林植被影响径流形成机制是问题的核心所在。另一方面,认识森林影响径流形成机制有助于研究水文学中的尺度问题。研究森林植被影响径流形成机制的主要方法包括水文测验、同位素示踪和动力水文学计算等,研究的空间尺度则为坡面与流域相接合。从已有的研究成果来看,森林植被影响径流形成机制可以概括为:①森林流域径流形成为变动源区产流机制;②森林流域径流形成主要受饱和地表径流、亚表层径流和地下径流的控制;③森林流域径流形成机制是相互作用和相互转化的;④优先流在森林流域径流形成中起到了至关重要的作用。     

塔克拉玛干沙尘暴源区空气微生物群落的代谢特征

采用BIOLOG生态微平板(BIOLOG EcoPlateTM)技术,对采集自塔克拉玛干沙漠南北缘5个地区的空气样品进行研究,目的是了解空气微生物群落碳代谢功能的特点与差异.结果表明,5个地区空气样品的平均吸光度(AWCD)在培养10 d没有达到饱和且差异显著,AWCD值最高的为莎车县,和田县最低,分别为0.24和0.1;碳源利用水平表明这5个地区空气微生物对聚合物类碳源利用率最高,其次是碳水化合物、氨基酸类、羧酸类碳源,而酚类和胺类最低;主成分分析(PCA)发现有20种碳源与PC1显著相关,12种与PC2显著相关,并且这5个地区也被分为两类,和田和皮山聚为一类,乌恰、莎车和轮台聚为一类;典范对应分析(CCA)和相关分析表明一些非生物因素对空气微生物群落碳代谢强度和单一碳源的利用能力具有不同程度的影响,如风速、海拔、湿度等;进一步的研究也表明非生物因素对空气微生物群落利用的能力影响显著,其中β-甲基D-葡萄糖苷、D-半乳糖醛酸和腐胺的光密度值与纬度显著正相关(P<0.05),2-羟苯甲酸和α-D-乳糖与风速显著正相关(P<0.05),D-葡萄胺酸与气压显著正相关(P<0.05)且与海拔为显著负相关(P<0.05).综上可知,塔克拉玛干沙尘暴源区周边地区空气微生物群落碳代谢能力较低,呈现区域性特征,非生物因素显著影响空气微生物群落碳代谢强度及微生物群落对31种单一碳源的利用.     

固定化微生物对低温河水脱氮效果的中试研究

利用微生物净化受污染河水是目前常用的地表水体修复方法,但低温条件下微生物代谢缓慢,酶活性下降,在寒冷季节难以维持对河水的净化效果.本研究采用固定化的方法提高微生物的低温耐受性,通过中试试验考察自然挂膜的固定化微生物、经低温驯化的预挂膜固定化微生物及预挂膜固定化微生物耦合生物促生剂这3种方法对低温河水中COD及氮素类污染物的去除效果.结果表明,在低温条件下3种方法均能有效提升河水的净化效果,静止条件下,河水中COD、NH₄⁺-N、NO₃^--N和TN的去除率由分别由21.3%、37.2%、8.5%和6.9%提升至72.3%~77.9%、48.6%~62.7%、35.3%~42.3%和26.2%~31.9%.COD去除率在2~3 cm·s^-1流速下明显优于静止条件,总氮去除率在2 cm·s^-1流速下最高.自然挂膜和预挂膜微生物对河水中污染的去除无明显差别,添加促生剂对固定化微生物的净化作用没有进一步的提升,但功能菌群的微生物群落结构有所不同.促生剂的添加提高了河水中的微生物活性与群落多样性,但对固定化载体上的微生物无明显影响.固定化载体上的优势菌群均为低温下具有脱氮功能的Proteobacteria.此外,具有低温适应性的脱氮功能菌属Rhodoferax、Pedobacter及Pseudomonas在3组固定化载体上均有较高丰度,而自然挂膜的载体上及其河水中分别对Malikia属及hgcI_clade属具有显著特异性的富集（p<0.05）,这两种菌属均具有低温脱氮功能.     

松花江下游沿江湿地土地利用变化对土壤细菌群落多样性的影响

本研究旨在明确生境质量变化对土壤细菌群落的影响,为松花江退化湿地选择科学的修复方法提供参考依据.于2018年使用Illumina MiSeq PE300第二代高通量测序平台对松花江下游的5种土地利用类型湿地（天然湿地、稻田地、玉米田、采砂迹地及恢复湿地）土壤细菌16S rDNA进行测序,分析不同土地利用类型土壤细菌群落多样性和功能的差异.结果表明：沿江湿地开垦为玉米田造成土壤细菌的Ace、Chao1和Shannon指数显著降低（P<0.05）,采砂迹地的仿湿地修复使土壤细菌的Ace、Chao1和Shannon指数显著提高（P<0.05）.天然湿地、稻田、玉米田和采砂迹地的土壤细菌群落结构差异显著（P<0.05）,采砂迹地与恢复湿地的土壤细菌群落结构相似.沿江湿地土壤细菌划分为40门、105纲、258目、421科、802属和1673种,变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、拟杆菌门、疣微菌门、厚壁菌门和芽单胞菌门为各样地共有的优势菌门（相对丰度>1%）.相比之下,拟杆菌门偏好稻田土壤环境,变形菌门和芽单胞菌门偏好玉米田土壤环境,放线菌门偏好采砂迹地土壤环境.湿地土壤细菌具有新陈代谢、环境信息处理、遗传信息处理、细胞过程、人类疾病和有机系统这6类一级代谢通路、46类二级代谢通路和19类主要二级代谢通路（相对丰度>1%）.土壤pH、含水量、碱解氮和碳氮比是沿江湿地土壤细菌群落多样性的主要影响因子.由此可见,改变沿江湿地土地用途降低了土壤生态系统稳定性,增加了湿地退化的潜在生态风险.