应用细胞合成计量关系模型分析鱼腥藻7120的混合营养生长

根据文献中鱼腥藻细胞大分子的含量和组成情况,计算了细胞合成所需要的小分子单体和前体代谢物的量,得到代谢意义上的细胞生物合成计量关系,此计量关系模型,对鱼腥藻7120细胞在气升式光生物反应器中光自养和混合营养生长的对数生长阶段进行了代谢通量分析。结果表明,葡萄糖的利用影响细胞初级碳代谢的流动状况,混合营养生长过程比光自养生长过程磷酸戊糖途径氧化性分支的反应程度明显加强,随着培养的进行,葡萄糖被细胞用作碳源的比例可能减小,而用作能源的比例可能增大。     

中亚热带不同林龄马尾松林土壤酶学计量特征

土壤酶活性是表征土壤微生物养分需求与养分限制状况的重要指标.本文以中亚热带不同林龄(9、17、26、34和43 a)马尾松人工林为研究对象,通过测定β-葡萄糖苷酶(BG)、N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、酸性磷酸酶(AP)、多酚氧化酶(POX)和过氧化物酶(POD)活性,并计算土壤酶化...     

不同利用方式对江西省农田土壤碳氮磷生态化学计量特征的影响

根据江西省2013年采集的16582个农田耕层(0～20 cm)土壤样点数据,运用实地调查、经典统计学与地统计学等相结合方法,研究了江西省耕地土壤碳氮磷生态化学计量特征的空间变异性及不同农田利用方式对其的影响.研究结果表明:江西省耕地土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和全磷(TP)平均含量分别为17.90、1.58和0.52 g·kg~(-1),土壤碳氮比(C∶N)、碳磷比(C∶P)和氮磷比(N∶P)平均值分别为11.72、38.29和3.38,土壤C∶N∶P比平均值为34.44∶3.03∶1,说明P是江西省耕地土壤主要的限制因素.此外,由于碳、氮、磷三者之间并不存在显著的两两相关性,表明江西省耕地土壤中不存在稳定的"Redfield ratio";半方差函数表明,江西省土壤碳、氮、磷生态化学计量特征具有中等程度的空间变异性,其空间变异特征主要受到随机性因素的影响;经ANOVA检验显示,不同农田利用方式对土壤碳氮磷生态化学计量特征影响显著(p0.05),土壤SOC和TN平均含量依次表现为:两季水田水旱轮作一季水田一季旱地两季旱地,土壤TP平均含量依次表现为:两季旱地两季水田一季水田一季旱地水旱轮作,土壤C∶N依次表现为:两季水田两季旱地一季水田水旱轮作一季旱地,土壤C∶P平均值依次表现为:水旱轮作两季水田一季水田一季旱地两季旱地,土壤N∶P平均值依次表现为:水旱轮作一季旱地两季水田一季水田两季旱地.总体而言,土壤碳、氮、磷生态化学计量比的变化特征是农田利用方式和环境因子综合作用的结果,土壤C∶N∶P比对土壤碳、氮、磷储量及养分的限制性具有重要的指示作用.     

盐度对湿地枯落物分解过程中碳氮磷化学计量比的影响

为了阐明盐度对枯落物分解过程中碳氮磷化学计量比的影响,采用分解袋法对闽江河口湿地不同盐度条件下短叶茳芏枯落物和芦苇枯落物分解过程中生态化学计量学特征进行了测定.结果表明,盐度较高的生境,枯落物具有较快的分解速率、氮和磷的释放速率,较慢的碳和能量释放速率;整个分解期间内,枯落物C/N呈下降的趋势,C/P和N/P表现为先上升后下降的趋势;高盐度生境短叶茳芏枯落物和芦苇枯落物分解过程中平均C/N、C/P和N/P分别为34.3和36.4、1210.4和1710.3、35.4和47.1;低盐度生境短叶茳芏枯落物和芦苇枯落物分解过程中平均C/N、C/P和N/P分别为33.2和35.1、1170.0和1636.8、35.9和47.3;高盐度生境短叶茳芏枯落物和芦苇枯落物C/N、C/P高于低盐度生境,N/P低于低盐度生境;较低的枯落物碳与养分比值具有较高的能量释放.     

施用生物炭对塿土土壤微生物代谢养分限制和碳利用效率的影响

土壤微生物代谢对土壤养分循环和生态系统的稳定至关重要.为明确施加生物炭对土壤微生物代谢养分限制和碳利用效率(carbon use efficiency, CUE)的长效影响机制,于2012年将果树树干、枝条生物炭(450℃、限氧条件下裂解)以不同用量(0、 20、 40、 60和80 t·hm~(-2))施入塿土,与耕层土壤(0～20cm)混匀,小麦玉米轮作7 a后,通过生态酶化学计量学对土壤微生物代谢养分限制特征进行了定量分析和比较.结果表明:①随生物炭施用量的增加,土壤含水量、有机碳、全氮、碳氮比、碳磷比和氮磷比显著提高,碳氮磷活性组分、微生物生物量碳氮磷和总磷未表现出明显的规律性,而5种胞外酶活性(β-1,4-葡萄糖苷酶、纤维素酶、亮氨酸氨基多肽酶、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和磷酸酶)显著降低.②所有处理土壤微生物均受磷限制;在施加生物炭各处理中,随施用量的增加微生物代谢碳和磷限制显著提高,微生物CUE显著降低;当生物炭施用量为20 t·hm~(-2)时,碳限制(0.625±0.022)和磷限制(62.153°±0.892°)最低,微生物CUE(0.511±0.007)最高.③偏最小二乘路径建模分析表明,土壤碳氮磷及其元素化学计量比对磷限制产生了直接的极显著正效应(P0.01),碳限制与磷限制呈正相关关系(R~2=0.242,P0.001),而碳磷限制又对CUE产生了极显著的负效应(P0.001).综上,过量施用生物炭使土壤元素化学计量失衡是导致土壤微生物代谢磷限制加剧的重要因素,继而诱导了微生物碳限制的增强和CUE的降低.当生物炭施加量为20 t·hm~(-2)时,微生物代谢所受碳磷限制最低,且具有最高的微生物CUE,对于调节土壤微生物代谢、维持生态功能和减少微生物二氧化碳排放最优.     

黄土高原两种针叶树种不同器官水碳氮磷分配格局及其生态化学计量特征

植物不同器官水、碳、氮、磷等元素含量及其生态化学计量特征能够反映植物的生态策略及其环境适应性。本研究以黄土高原两种乡土树种油松(Pinus tabulaeformis)和柴松(Pinus tabulaefirmis f.shekanensis)为研究对象,分析了研究区两种树种水、碳、氮和磷在不同器官的含量及其生态化学计量特征,探讨了两种树种基于水、碳、氮和磷分配格局的生态适应策略。结果表明:(1)油松和柴松对水分和碳素的分配格局总体表现为根和叶最大,其次为枝和干,树皮最小;对氮、磷的分配格局则表现为叶片显著高于其他器官。(2)油松将更多的水和氮分配给叶、根等生产性器官,而柴松将更多的水和碳分配给枝、干等防御性器官,反映了柴松较油松具有更加保守的生长策略,能够更好适应逆境条件。(3)植物器官不同元素间通过相互耦合后可以表现出较好的相关性,反映了植物元素之间具有高度复杂的协同关系,这种协同关系的体现形式可能与植物类型及其对外界环境变化的生长适应策略密切相关。     

Unintended nutrient imbalance induced by wastewater effluent inputs to receiving water and its ecological consequences

Eutrophication is the most widespread water quality issue globally. To date, most efforts to control eutrophication have focused on reductions of external nutrient inputs, yet importance of nutrient stoichiometry and subsequent shift in plankton composition in aquatic ecosystem has been largely neglected. To address eutrophication, improved sanitation is one of the United Nations Sustainable Development Goals, spurring the constructions of wastewater treatment facilities that have improved water quality in many lakes and rivers. However, control measures are often targeted at and effective in removing a single nutrient from sewage and thus are less effective in removing the others, resulting in the changes of nutrient stoichiometry. In general, more effective phosphorus removal relative to nitrogen has occurred in wastewater treatment leading to substantial increases in N/P ratios in effluent relative to the influent. Unfortunately, high N/P ratios in receiving waters can impose negative influences on ecosystems. Thus, long-term strategies for domestic wastewater management should not merely focus on the total reduction of nutrient discharge but also consider their stoichiometric balances in receiving waters.     

Soil resource supply influences faunal size–specific distributions in natural food webs

The large range of body-mass values of soil organisms provides a tool to assess the ecological organization of soil communities. The goal of this paper is to identify graphical and quantitative indicators of soil community composition and ecosystem functioning, and to illustrate their application to real soil food webs. The relationships between log-transformed mass and abundance of soil organisms in 20 Dutch meadows and heathlands were investigated. Using principles of allometry, maximal use can be made of ecological theory to build and explain food webs. The aggregate contribution of small invertebrates such as nematodes to the entire community is high under low soil phosphorus content and causes shifts in the mass–abundance relationships and in the trophic structures. We show for the first time that the average of the trophic link lengths is a reliable predictor for assessing soil fertility responses. Ordered trophic link pairs suggest a self-organizing structure of food webs according to resource availability and can predict environmental shifts in ecologically meaningful ways. Electronic supplementary material  The online version of this article (doi:) contains supplementary material, which is available to all users.     

黄土高原纸坊沟流域不同植物叶片及枯落物的生态化学计量学特征研究

以黄土高原纸坊沟流域3种不同植物类型(乔、灌、草)下优势物种的叶片及其枯落物为研究对象,通过对其碳、氮、磷、钾含量及生态化学计量学特征的研究,探讨退化生态系统植物内稳性、NP限制率以及营养元素的回流关系,以期为黄土高原植被恢复与重建以及不同物种的合理配置提供合理建议,为完善生态化学计量学理论提供支撑.结果表明,不同植物类型叶片碳氮磷含量变化较小,钾含量变化较大,表现为草本植物叶片钾含量显著高于乔木与灌木;叶片在凋落前将大量的养分转移至其它器官,防止养分的流失,使得枯落物碳氮磷钾含量均小于叶片.碳、氮、磷、钾的回流率分别为6.16%~22.84%、24.38%~65.18%、22.38%~77.16%、60.99%~89.35%,其中碳、磷、钾的回流率以草本最大,磷的回流率以灌木最大.乔木与灌木叶片与枯落物N∶P、N∶K、C∶N比差异不显著,草本植物差异显著.植物叶片N∶P比变化范围为12.14~19.17,叶片枯落物N∶P比变化范围为12.84~30.67.通常将N∶P比为16作为评价植物生长受氮或者磷限制的临界值,不同植物类型叶片N∶P比表现为灌木(19.17)乔木(15)草本(12.14),说明该区灌木主要受磷含量的限制,草本植物主要受氮含量限制,乔木主要受氮磷含量共同限制.叶片钾含量与N∶P呈极显著的负相关,枯落物钾含量与C∶P比呈极显著的负相关.综合研究表明,该区3种植物类型碳氮磷含量无差异,钾含量差异显著,叶片碳氮磷钾回流率较大,不同植物类型受氮与磷限制作用不一致植物在生长演替阶段对氮磷等元素的累积与回归表现出一定的特异性.     

塞北荒漠植物根围球囊霉素和生态化学计量特征的空间分布

为探明塞北荒漠梁地植物根围土壤球囊霉素和生态化学计量特征的空间分布规律,于2013年6月选取内蒙古正蓝旗青格勒图典型梁地阳坡,设置梁底、梁坡和梁顶3个样地,按照0~10、>10~20、>20~30、>30~40、>40~50 cm五个土层分别采集沙鞭(Psammochloa villosa)和沙蒿(Artemisia sphaerocephala)根围土壤样品,分析土壤因子、球囊霉素含量和生态化学计量特征.结果表明,梁底土壤w(SOC)(SOC为有机碳)、w(TN)、w(碱解氮)、w(TP)、w(有效钾)和w(球囊霉素)明显高于梁坡和梁顶,不同样地内,随着土层加深,土壤养分含量逐渐降低,w(球囊霉素)显著降低,但生态化学计量比随坡位及土层变化不显著.不同样地土壤w(SOC)、w(TN)、w(TP)平均值分别为5.936、1.286、0.115 mg/g,C/N[w(SOC)/w(TN)]、C/P[w(SOC)/w(TP)]、N/P[w(TN)/w(TP)]平均值分别为4.918、58.349、11.876,均低于全国陆地土壤平均水平.土壤中w(总球囊霉素)和w(易提取球囊霉素)平均值分别为1.822和0.838 mg/g,低于森林生态系统和草地生态系统,w(总球囊霉素)约占有机碳库的29.9%,具有较高的贡献值.研究显示,塞北荒漠植物根围土壤养分贫乏,磷素缺乏严重;球囊霉素含量及其生态分布规律可作为监测和评价土壤质量状况的有效指标.