Quantity and activity of ammonia-oxidizing archaea and bacteria and their contribution to ammonia oxidation in farmland soil of Qinghai-Tibet Plateau北大核心CSCD

Ammonia oxidation, the first and rate-limiting step of nitrification, is mainly performed by ammonia-oxidizing archaea (AOA) and ammonia-oxidizing bacteria (AOB). However, the activities of AOA and AOB in soil and their relative contribution to ammonia oxidation are unclear, and whether there is a significant correlation between the quantity of AOA and AOB and the ammonia oxidation rate is also controversial. In this study, quantitative PCR combined with acetylene (C2H2) and 1-octyne inhibition methods were used to determine the quantity and activity of AOA and AOB in wheat, highland barley, and oilseed rape soils in Nyingchi, Lhatse, Sangzhuzi, and Sangri counties on the Qinghai-Tibet Plateau. The results showed that the quantity of AOB ((2.34 ± 0.84) ×105 - (2.65 ± 1.07) ×106 copies g-1 dry soil) was significantly higher than that of AOA ((0.20 ± 0.10) ×104 - (4.02 ± 0.39) ×104 copies g-1 dry soil) in all the soil samples. Soil pH was the key factor affecting the quantity of AOB, and the total phosphorus and ammonium nitrogen in soil were the key factors affecting the quantity of AOA. The rates of ammonia oxidation in the farmland soils of Lhatse (2.42 ± 0.73 mg kg-1 d-1) and Sangzhuzi (3.24 ± 1.15 mg kg-1 d-1) were significantly higher than those in the soils of Nyingchi (1.17 ± 0.43 mg kg-1 d-1) and Sangri counties (0.88 ± 0.57 mg kg-1 d-1). The rates of ammonia oxidation in the farmland soils of Lhatse and Sangzhuzi were dominated by AOB, while those in the farmland soils of Nyingchi and Sangri counties were dominated by AOA. For crops, the ammonia oxidation rates of wheat and oilseed rape soils in all four regions were significantly higher than those of highland barley soil, whereas the activity of AOA and AOB was not influenced by crops. The ratio of nitrogen to phosphorus was the key factor influencing AOA activity, whereas soil pH and total carbon were the main factors influencing AOB activity. Additionally, the quantities of AOA and AOB were not significantly correlated with the total ammonia oxidation rates and AOA and AOB activity. Overall, our study suggests that both AOA and AOB play important roles in ammonia oxidation in farmland soils of the Qinghai-Tibet Plateau. Moreover, it is unreliable to predict the activity of AOA and AOB and their relative contribution to ammonia oxidation directly based on their number of amoA genes, and the activity of AOA and AOB should be directly and accurately measured. These results are important for understanding ammonia nitrogen removal processes, slowing nitrate loss, and reducing the emission of the greenhouse gas nitrous oxide in the farmland ecosystem of the Qinghai-Tibet Plateau. © 2022 Science Press. All rights reserved.     

藏南干旱区湖泊及地热水体氢氧同位素研究

青藏高原水循环过程情况复杂,水体氢氧同位素包含了其重要信息.选取西藏南部干旱区淡水湖、咸水湖及地热水水体为研究对象,分析研究区内不同水体氢氧同位素组成、变化特征、影响因素及水循环过程.结果表明,3种水体均表现出了高海拔地区氢氧同位素组成偏负的特点,淡水湖打加芒错δ18O平均值为-17.0‰,δD平均值为-138.6‰,咸水湖朗错δ18O平均值为-6.4‰,δD平均值为-87.4‰,搭格架地热区热水δ18O平均值为-19.2‰,δD平均值为-158.2‰;受内陆干旱区强烈的蒸发作用影响,湖泊及地热水蒸发线斜率均小于8,氘过量d值均为负值;搭格架地热区热储温度较高,氢氧同位素关系存在氧漂移现象.     

青藏高原20世纪后40年潜在蒸散趋势及其空间分布

气候变化研究主要集中在温度和降水的长期变化趋势及其影响方面,对于控制陆地生态系统和大气之间的质能交换的重要气候因子--蒸散,研究相对较少。蒸散在气候系统中扮演着重要角色,它是多个气候因子的综合作用的结果,如日照、温度、风速、湿度等。蒸散也是陆地和大气间能量、水汽传送和气候变化监测的敏感因子。蒸散的变化趋势更能反映气候变化的状况,并对农业生产、流域开发和人民生活产生重要影响。论文分析了青藏高原及其周边的101个气象台站在20世纪后40年Penman-Monteith潜在蒸散（PET）的变化趋势及其空间分布。研究显示青藏高原PET在所有季节呈现减少的趋势,年平均PET倾向率为-13.1mm/10年或年总量的2.0％。在PET整体负的趋势下,1970和1980年代在平均值上的波动幅度大约是在600到700mm范围。青藏高原空间性的趋势分布随季节性波动全年仍保持稳定。PET减小趋势的台站冬春（80％）多于夏秋（58％）。尽管总体趋势是负的,但有些台站PET表现还是正的趋势,最大年的正负PET趋势台站在柴达木盆地的南部,分别是84.8mm/10年和-79.5mm/10年。论文还进一步探索了青藏高原不同气候因子对PET趋势的影响。在青藏高原,风速是影响PET趋势最重要的因子,相对湿度次之,而日照时数的变化作用不明显。由于青藏高原上稳定的日间温度限制了温度趋势对PET的影响。因此,负蒸散趋势被认为与地区性季风环流强度的降低有关,而非日照时间的减少。也就是说,降低的PET趋势显示出与全球变暖情景中预测的水文循环增强相反。由于不均匀的青藏高原气象台站分布,进一步的探索最好增加遥感方法获取没有台站地区的PET数据,以便对整个青藏高原的PET的时空分布进行深入研究。图4表5参63     

青藏高原重点区域工业布局的战略构想

论文认为在青藏高原具有相对比较优势的重点区域 ,应大力发展具有特色的现代工业。作者重点分析了高原重点区域工业发展的总体思路和战略目标 ,指出了工业发展的总体方向和区域工业布局框架设想。从协调好高原各个产业之间的相互关系出发 ,文章认为在高原重点区域应大力发展以钢铁-铁合金-有色-黄金为主的冶金工业 ,以盐化和油气化工为主的化学工业 ,以满足高原内部需要的建材工业 ,以及具有一定基础的机电-轻纺和藏民族手工业。     

青藏高原北部库赛湖沉积柱中长链烯酮的分布特征及古环境意义

长链烯酮不饱和度指标U37K或U37K′已被广泛应用于古海洋表层水温的重建,但用于恢复湖泊古温度的研究则相对很少。本文以青藏高原北部咸水湖泊库赛湖作为研究对象,对湖心一个5m沉积柱中的长链烯酮进行了测定分析,并通过分子生物学手段确定了其母源。结果表明该沉积柱的大部分层位存在长链烯酮,其C37/C38<1;DNA测序结果表明库赛湖中的定鞭藻为Isochrysis属,为长链烯酮的母源。根据已发表文献中的湖泊环境中长链烯酮不饱和度指标U37K与温度的经验公式估算出的古湖水温度接近于实测的现代夏季水温,且与甘油二烷基甘油四醚(Glycerol Dialkyl Glycerol Tetraethers,GDGT)重建的库赛湖古湖水温度范围基本一致。但是,用长链烯酮恢复的古湖水温度总体上稍高于由GDGT计算出的温度且波动更为强烈,这可能与这两种脂类的母源生物在湖中的栖息层位不同有关。     

青藏高原东部针叶林下8种藓类植物的持水和保水能力比较研究

青藏高原东部针叶林下8种藓类植物5个生境的自然含水率以及2种室内环境下持水变化的实验表明,供试藓类植物在原始林下的自然含水率最高,5种生境中金发藓自然含水率最低,提灯藓自然含水率最高;藓类持水能力与保水能力呈负相关关系;持水能力随时间变化逐渐降低,在相同的环境条件下失水过程和失水速率变化趋势相似,但种间差异明显,与藓类本身对水分的适应能力、环境条件变化,以及藓类失水过程中生理生态适应与环境变化的协同进化机制相关;经过失水-饱和-再失水过程的藓类持水能力均明显降低,可能与第一次失水过程中植物细胞受到伤害后未能恢复有关。塔藓、山羽藓和金发藓的持水与保水特征暗示,它们可能是森林采伐破坏后迹地地表微环境变化的潜在指示者。     

青藏高原阶段性隆升对亚洲干旱半干旱区冬季粉尘循环的影响

粉尘是大气气溶胶的主要成分之一,对大气能量平衡起着关键作用。一般来讲,黄土高原（LP）粉尘主要来源于北方沙漠区,但有关中国东部及其周边地区粉尘来源的争论仍在继续。为此,本文对比分析了亚洲主要粉尘源区如中亚（CA）和中蒙（CM）粉尘循环对青藏高原阶段性隆升的响应,探讨了CA和CM粉尘排放对下游的贡献。利用美国大气研究中心（NCAR）最新发布的通用地球系统模式（CESM 1.0）,进行了改变青藏高原海拔高度为现在10%,20%,30%?…100%的9个数值试验。分析结果表明,随着青藏高原阶段性隆升中亚和中蒙干旱区冬季降水均线性减弱,与前人研究结果一致。青藏高原阶段性隆升阻塞西风环流使其减弱从而引起中亚粉尘释放减弱;而青藏高原阶段性隆升引起亚洲冬季风加强,促使中蒙粉尘释放加强,与中亚相反。模拟结果与地质记录对比进一步证实了中蒙粉尘源区对黄土高原、中国东部及临近区域粉尘沉降的贡献。     

风蚀条件下人类活动对高寒草地水分保持功能影响的定量模拟

青藏高原是我国重要的生态屏障,具有重要的水源涵养功能。高寒草地生态系统退化将严重地影响高原的水源涵养功能。为了定量研究人类活动对青藏高原高寒草地水分保持功能的影响,采用大型风洞实验,模拟人类不同的干扰方式和干扰程度对高寒草地土壤水分保持功能的影响。实验样品采自青藏高原三个草地类型:高寒草甸、草原化草甸和高寒草原。干扰方式包括破坏草地地上部分和根系,干扰程度包括轻干扰、中度干扰、重度干扰和全部破坏。实验结果表明,地上部分破坏后,土壤含水率均有下降,降幅分别为:QZ1为6.9%～9.2%、QZ2为6.8%～10.1%、QZ3为9%～10%;当根系遭到破坏后土壤含水率的降幅则分别为:QZ1为16%～30%,QZ2为17.25～32.1%,QZ3为22%～50%,显然,根系破坏后土壤含水率降幅远大于地表植被破坏后的情形。因此,植被根系是高寒草地水分保持功能的关键。随着干扰程度的加剧,土壤含水率在迅速下降。从试验模拟结果看,三个草地类型中土壤水分保持功能分别是高寒草甸>草原化草甸>高寒草原。     

青藏高原东部几种自然土壤放线菌的生态分布

采用常规方法研究了青藏高原东部几种自然土壤中放线菌区系及与土壤养分的关系.结果表明①供试土壤有机质、全氮、速效氮、速效钾及速效磷含量变异很大,其变异系数分别为71.9%,60.8 %,65.8%,53.5 %及130.6%.pH差异很小,平均值为8.16,变异系数为6.5 %.②供试土壤放线菌数量n(cfu)=(8.2～1 472.7)×104 g-1.放线菌组成以链霉菌为主,其次为小单孢菌,二者分别占土壤放线菌总数的41.7%～90.9%及 0～53.6%,其平均值和变异系数分别为82.2%和18.0%及10.3%和154. 2 %.沼泽土中小单孢菌占放线菌总数的53.6%,盐化土中无小单孢菌.高山草甸土、森林棕褐土、黑钙土及灰钙土中分别出现链孢囊菌属与马杜拉菌属、间孢囊菌属、诺卡氏菌属及链孢囊菌属.③在链霉菌属中,可划分10个类群,其中白孢类群、灰褐类群、金色类群、粉红孢类群为优势类群,分别占链霉菌总数的23.3 %～57.0%, 2.7%～32.8 %,5.8%～63.7 及2.3% ～24.6%,其次为淡紫灰类群和灰红紫类群,6个类群共占链霉菌总数的70.3%～100%.盐化土和黑钙土分别为链霉菌数量与类群最少和最多的土壤生态体系.④供试土壤按植被、土壤形成条件及土壤性质分为高山草甸土、森林棕褐土、黑钙土、灰钙土、栗钙土、盐化土、风沙土及沼泽土8种生态类型、盐化土、风沙土和沼泽土3种生态型中放线菌的生物多样性较其余5种生态型差. 表5 参16