西藏米拉山高寒草甸土壤微生物DNA提取及宏基因组Fosmid文库构建

青藏高原土壤中富含特殊的微生物资源,因大多数未能得到培养而无法利用.提取微生物总DNA及构建宏基因组文库的方法是研究未培养微生物的重要方法(免培养法).两藏米拉山高寒草甸土壤中腐植酸、有机质含量非常高,DNA提取非常困难,本研究表明卣接法提取该样品的DNA片段小,杂质含量高,不能满足构建大插入片段文库的要求;结合低速离心和Nycodenz密度梯度离心先分离出微生物细胞的间接法虽然DNA产率降低,但是纯度高,片段长,多样性丰富,更适合于构建大插入片段文库.在间接法提取高质量西藏高寒草甸土壤微生物DNA的基础上,成功构建了一个包含30 624个克隆、库容量超过1 Gb、稳定性好的宏基因组Fosmid文库,为从西藏高原土壤中挖掘和利用新的功能基因研究奠定了基础.图7表3参27     

牦牛粪便对川西北高寒草甸土壤养分的影响

川西北高寒草甸是我国四大牧区之一,也是"长江上游生态屏障"建设的重要"生态功能区"之一.近年来牦牛粪便被大量出售,显著地改变了生态系统的养分循环.通过模拟牛粪堆积,研究了牦牛粪便养分释放及其对周围土壤养分(NO3--N、NH4--N、速效K、无机P、有机C、全N和全P)在不同时间和距离条件下的影响.结果表明,在研究区域内,牛粪对草地生态系统具有较强的养分(N、P)贡献能力,据初步统计,其值大致为N素699～932 kg hm-2,P素为110～147 kg hm-2;牛粪养分在夏季具有较快的分解速率,在3 mo左右之后基本分解殆尽;粪便在短期内能显著提高粪下土壤养分的含量,其中,对No3--N含量的提高最为明显,在2 mo左右之后其含量达到初始态的8.4倍,在实验后期,粪便对土壤养分的影响作用逐渐消失;粪便在夏季对周围10 cm内土壤的养分(NO3--N、NH4+N、速效K和无机P)含量能产生显著影响(P<0.05),但影响范围难以达到周围30 cm左右.与通常结论不同的是,在整个实验周期内,牦牛粪便并没有显著提高土壤有机C、全N和全P的含量.图4表1参31     

铜污染草地对放牧乌蒙半细毛羊矿物质元素代谢的影响

为了评价草地铜污染对放牧乌蒙半细毛羊的影响,探讨铜污染的治理方法,在乌蒙山区的妈姑镇和凉水沟开展草地放牧试验和矿物质元素补充研究。应用原子发射光谱分析土壤、牧草和动物组织的重金属含量,应用全自动血液分析仪分析血液指标。放牧试验的结果显示:铜污染草地放牧明显增加了动物组织铜和锌的含量(P 0.01),降低了动物组织钼和铁的含量(P 0.01),试验结束时,试验组动物的血红蛋白(Hb)、红细胞压积(PCV)、红细胞数(RBC)和平均红细胞体积(MCV)显著低于对照组(P 0.01),羊毛产量和长度显著低于对照组(P 0.01)。矿物质元素补充试验的结果显示:补充硫酸钠明显降低了铜污染草地放牧动物血液和肝脏铜元素含量,补充试验结束时,处理Ⅰ组动物血液的Hb、PCV、RBC和MCV显著高于处理Ⅱ组(P 0.01),血液指标达到正常范围。处理Ⅱ组动物血液和肝脏铜元素的含量继续升高,动物组织钼的含量继续降低(P 0.01),Hb、PCV和RBC继续下降,试验结束时出现溶血性贫血,但补充硫对羊毛品质的相关指标没有显著的影响。研究表明,铜污染草地严重影响了乌蒙半细毛羊的矿物质代谢,补充硫酸钠可以部分拮抗铜的毒性。     

环丙沙星在亚高山草甸土和沼泽土中的吸附特性

为了研究环丙沙星（Ciprfloxacin,CIP）在土壤中的吸附过程及主要影响因素,以川西北高原亚高山草甸土和沼泽土为研究对象,采用OECD guideline 106批平衡方法,分析了亚高山草甸土和沼泽土对CIP的吸附动力学特征、吸附热力学特征以及pH、温度、CIP初始浓度等对其吸附过程的影响.结果表明:①不同初始浓度CIP在两种土壤中的吸附过程均符合准二级吸附动力学模型,R2为0.920 2~0.988 6.②Freundlich等温吸附模型能够较好地拟合两种土壤对CIP的吸附热力学过程,吸附等温线符合“L”型.③在15~35℃范围内,吸附热力学参数ΔHθ（吉布斯自由能）和ΔGθ（焓变）均小于0,ΔSθ（熵变）大于0,表明两种土壤对CIP的吸附过程以物理吸附为主,属于吸附体系混乱度增加的自发进行的放热反应.④吸附容量lg K_f满足沼泽土大于亚高山草甸土,说明沼泽土对CIP的吸附能力强于亚高山草甸土,且两种土壤的吸附能力与CIP的初始浓度呈正相关.⑤在pH为3~9条件下,吸附量均随pH的增加呈现先增后减的趋势,当pH为5时,两种土壤对CIP的吸附效果均最好,表明强酸和碱性环境均不利于土壤对CIP的吸附.研究显示,CIP在两种土壤中的吸附容量、吸附强度以及吸附速率均存在较大差异,温度、CIP的初始浓度和pH对两种土壤吸附CIP存在一定影响.      

东北污灌区草甸棕壤吸附重金属铅的形态分布及解吸行为

以沈阳市沈抚污灌区的草甸棕壤为模型土,采用Tessier顺序提取法分析了吸附重金属Pb(Ⅱ)在土壤中的化学形态分布特点,研究了吸附Pb(Ⅱ)的解吸行为,特别考察了冷冻对吸附Pb(Ⅱ)化学形态分布及解吸行为的影响.研究表明,吸附Pb(Ⅱ)在东北草甸棕壤上的化学形态分布规律为:可交换态碳酸盐结合态铁锰氧化物结合态有机结合态残渣态;吸附Pb(Ⅱ)的解吸动力学过程可分为快速和慢速两个阶段,符合准二级动力学方程;冷冻对吸附Pb(Ⅱ)的形态分布基本无影响,而对平衡解吸率有明显影响,随冷冻时间延长,平衡解吸率逐渐降低;随pH值减小,平衡解吸率增大;pH值在5—10范围内,平衡解吸率变化幅度相对很小,而pH值低于5后,平衡解吸率急剧增大.随离子强度增大,平衡解吸率先急剧上升,后趋于平缓.提出Pb(Ⅱ)在东北草甸棕壤上的吸附机理:化学吸附和静电吸附,后者又可分为静电键合吸附和离子交换吸附.在实验条件下,静电吸附约占75%,化学吸附约占25%.     

放牧管理对藏北高寒沼泽草甸群落结构的影响

采用样带法研究了冬季放牧、冬春季放牧和全年放牧3种放牧管理模式对西藏高寒沼泽草甸高度、盖度、地上生物量及群落结构的影响.研究表明,3种放牧管理模式下的高寒沼泽草甸植被群落物种数差异不显著（p〉0.05）,高度、盖度和地上生物量差异显著（p〈0.05）。冬季放牧、冬春季放牧和全年放牧沼泽草甸地上生物量依次降低。放牧管理对沼泽草甸群落多样性影响较大,不同放牧管理模式下的沼泽草甸Shannon-Wiener指数差异显著（p〈0.05）,冬春放牧沼泽草甸Shannon-Wiener指数较冬季放牧和全年放牧沼泽草甸低。冬季放牧和全年放牧沼泽草甸Margalef指数和Pielou指数差异不显著,显著（p〈0.05）高于冬春季放牧沼泽草甸。     

高寒草甸退化对甘肃马先蒿生长状况与花期资源分配的影响

甘肃马先蒿（Pedicularis kansuensis）作为高寒草甸退化进程中的一种入侵毒杂草,其生长状况和繁殖特征为草地退化状况的重要指标,也是衡量高寒草甸演替进程的重要指示植物。通过比较重度退化和未退化高寒草甸的群落特征,甘肃马先蒿的生长状况与花期资源分配,结果表明：退化的高寒草甸土壤-植被系统变化明显,高寒草甸退化显著影响了甘肃马先蒿的生长状况和资源分配特征。在重度退化的黑土滩样地中,甘肃马先蒿个体形态特征如株高、根长、分叉数、叶片数、花数、总生物量都显著高于未退化高寒矮嵩草草甸样地;重度退化草甸中甘肃马先蒿花期各器官的资源投资状况,如根系投资、茎叶投资、繁殖投资分别为7.46%、48.76%、43.78%,未退化样地中甘肃马先蒿的根系投资、茎叶投资、繁殖投资分别为10.12%、54.34%、35.54%。在重度退化高寒草甸中甘肃马先蒿占据较大的生态位,长势良好,且将资源更多地用于繁殖投入。而未退化草甸中甘肃马先蒿优势度不大,更多的是将资源分配到根系和茎叶等营养器官,以期获得较多的水分、无机盐、光照等资源,增强个体竞争力。甘肃马先蒿在不同生境下资源分配的显著差异实质反映了草地退化的影响,亦是植物对外部环境改变的一种适应机制,同时也是植物可塑性的重要表现形式。     

不同取样尺度下亚高山草甸土壤呼吸的空间变异特征

基于对4个取样尺度(10、5、2.5、1.25 m)下亚高山草甸土壤呼吸速率的观测,对不同尺度土壤呼吸的空间变异特征进行了研究,分析了不同尺度土壤全氮、有机碳、碳氮比、全硫、土壤温度和土壤水分对土壤呼吸空间异质性的影响,并对各尺度不同置信水平与估计精度下的必要采样数量进行了计算.结果表明:除1.25 m和2.5 m尺度上土壤温度的空间变异属于弱变异外,土壤呼吸及其相关因子的空间变异均属于中等变异,土壤呼吸和土壤温度的变异系数随着取样尺度的增大而增大,而土壤全氮、有机碳、全硫和土壤水分的变异系数随着取样尺度的增大均有减小的趋势;不同取样尺度,影响土壤呼吸的关键因子不同.在10 m尺度,土壤呼吸与土壤全氮、有机碳呈极显著正相关,与土壤温度呈显著正相关,与土壤全硫、碳氮比和土壤水分相关性不显著;在5 m尺度,与土壤全氮和有机碳呈极显著正相关,与土壤全硫、碳氮比、土壤水分和土壤温度相关性不显著;在2.5 m尺度,与土壤有机碳、全氮和土壤水分呈极显著正相关,与土壤全硫、碳氮比和土壤温度相关性不显著;在1.25 m尺度,与土壤全氮、有机碳和土壤水分呈极显著正相关,与碳氮比呈显著负相关,与土壤温度呈极显著负相关,与土壤全硫相关性不显著.随着取样尺度的减小,土壤水分所起的作用逐渐增大,相关系数从0.27~0.49,土壤温度与土壤呼吸的相关性由显著正相关向极显著负相关变化;4个取样尺度95%置信水平误差在10%和20%内必要采样数量分别为28、21、18、14个和7、5、4、4个,随着取样尺度的减小,必需的采样数量减少.     

高寒藏嵩草(Kobresia tibetica)草甸植物对土壤氮素利用的多元化特征

论文以藏嵩草草甸为研究对象,利用¹⁵N 同位素标记技术,野外原位定量研究高寒藏嵩草草甸7 个主要植物种对土壤有机氮（甘氨酸）和无机氮（铵态氮、硝态氮）的吸收,以证明不同植物对土壤氮素吸收的生态位分化特征。结果表明：① 高寒藏嵩草草甸7 种植物δ¹⁵N天然丰度值为0.840‰～5.015‰,变异范围为4.175‰,地上组织氮浓度为14.38～23.31g·kg^-1;② 从7 种植物吸收土壤甘氨酸、铵态氮和硝态氮的比例看,草地早熟禾偏好吸收土壤有机态氮,其体内氮的36%来源于土壤甘氨酸。冷地早熟禾和雅毛茛吸收土壤无机氮的能力最强,其体内氮的41%～43%来源于铵态氮。溚草偏好吸收土壤硝态氮,其体内氮的35%来自于硝态氮。③ 优势植物藏嵩草、华扁穗草和黑褐苔草对¹⁵N-Gly、¹⁵N-NO₃^-和¹⁵N-NH₄⁺的吸收均较低,仅为0.085～0.475 μmol ¹⁵N·g^-1 DW,表明这3 种莎草科植物不能有效吸收土壤中的甘氨酸和无机氮源。④ 高寒沼泽湿地生态系统中,不同植物种对土壤氮素的吸收存在差异和多元化的特点,其中莎草科植物对土壤氮的利用较低,而早熟禾、溚草禾本科牧草及双子叶植物雅毛茛以土壤无机氮和可溶性有机氮作为氮源。     

土壤真菌群落对五台山亚高山草甸退化的响应

草地退化已经成为了一个世界性的生态问题.尽管土壤微生物作为草地退化过程的主要参与者,在维持生态系统功能和提高土壤生产力中扮演着关键角色,但目前对草地退化引起的微生物群落变化及其与土壤性质和植物群落的关系知之甚少.本文利用Illumina MiSeq测序技术,对五台山亚高山草甸4个不同退化阶段[未退化(ND)、轻度退化(LD)、中度退化(MD)和重度退化(HD)]土壤真菌群落特征进行了分析.结果表明,子囊菌门、担子菌门和接合菌门是亚高山草甸土壤真菌的优势门. LEfSe分析显示不同退化程度草甸富集了不同的生物标志物,MD和HD富集了更多的病原真菌.与ND相比,HD土壤真菌群落丰富度和香农指数显著降低(P<0.05).非度量多维尺度分析(NMDS)和相似性分析(ANOSIM)结果表明,真菌群落组成和结构在退化梯度上存在显著的差异(P<0.05).冗余分析(RDA)发现土壤含水量、总氮、植物丰富度和铵态氮是真菌群落组成和结构变化的主要驱动因子.植物与真菌群落之间的α多样性和β多样性均存在显著相关性(P<0.05),具有强耦合性.本研究结果为研究亚高山草甸不同退化阶段下土壤真...