河岸带加拿大一枝黄花化学计量学及入侵机理研究

通过对河岸带土壤与加拿大一枝黄花(Solidago canadensis L.)全年各生长时期氮、磷质量分数的研究,分析河岸带土壤环境特性,以期探究加拿大一枝黄花成功入侵河岸带的机理.结果显示:研究区土壤中氮元素质量分数上层1.22mg/g,下层0.96mg/g、磷元素质量分数上层0.59mg/g,下层0.55mg/g,较全国土壤平均氮、磷质量分数均偏低,年际变化不明显.N/P平均值较低,且随季节变化逐渐减小.加拿大一枝黄花各部位氮磷质量分数为叶>茎>根.与其他草本植物相比,植株中氮质量分数稍低,磷质量分数则明显偏高.随植物生长期的变化,植株各部分氮磷质量分数均显示前期较高,中期有所下降,后期逐渐升高的趋势.加拿大一枝黄花N/P变化范围2.25~4.75,明显低于其他草本植物,主要原因在于植株有很高的磷质量分数以及土壤环境中氮素的匮乏,说明其生长受到氮素的限制.对植株茎、叶、根中氮、磷元素与N/P进行相关分析表明,茎、叶中磷质量分数与N/P具有显著负相关关系(P<0.05),而根中氮质量分数与N/P具有极显著正相关关系(P<0.01).说明了磷素主导了植物地上部分的生长,而氮素主导地下部分.研究区内土壤氮质量分数严重匮乏、磷质量分数也明显偏低,但加拿大一枝黄花植株中氮质量分数仅稍低于其他草本植物,磷质量分数却显著高于其他植物,可以认为其对氮、磷元素的吸收、积累能力远高于其他草本植物,这可能是加拿大一枝黄花得以在河岸带特殊环境中成功入侵的机理.     

不同质地湿地土壤碳、氮、磷计量学及厌氧碳分解特征

为了解不同质地湿地土壤碳、氮、磷计量学及厌氧碳分解特征,对闽江河口芦苇和藨草湿地2种质地土壤(壤质土和砂土)的碳、氮、磷计量学及土壤厌氧碳分解特征进行测定与分析.结果表明:壤质土碳为14.61mg/g,氮为1.01mg/g,磷为0.64mg/g,高于砂土碳(9.02mg/g),氮(0.16mg/g)和磷(0.42mg/g).0~40cm壤质土C/N均值低于砂土,C/P、N/P高于砂土.0~40cm壤质土和砂土平均甲烷产生潜力分别为0.0072,0.0019μg/(g·d),CO2产生潜力分别为33.5134,4.9239μg/(g·d),CO2和CH4产生潜力均为壤质土高于砂土.土壤碳、氮、磷的计量学特征对厌氧碳分解具有一定的指示作用.     

Effect of temperature on anoxic metabolism of nitrites to nitrous oxide by polyphosphate accumulating organisms

Temperature is an important physical factor, which strongly influences biomass and metabolic activity. In this study, the effects of temperature on the anoxic metabolism of nitrite(NO-2) to nitrous oxide(N2O) by polyphosphate accumulating organisms, and the process of the accumulation of N2O(during nitrite reduction), which acts as an electron acceptor, were investigated using 91% ± 4% Candidatus Accumulibacter phosphatis sludge. The results showed that N2O is accumulated when Accumulibacter first utilize nitrite instead of oxygen as the sole electron acceptor during the denitrifying phosphorus removal process. Properties such as nitrite reduction rate, phosphorus uptake rate, N2O reduction rate, and polyhydroxyalkanoate degradation rate were all influenced by temperature variation(over the range from 10 to 30°C reaching maximum values at 25°C). The reduction rate of N2O by N2O reductase was more sensitive to temperature when N2O was utilized as the sole electron acceptor instead of NO2, and the N2O reduction rates, ranging from 0.48 to 3.53 N2O-N/(hr·g VSS), increased to 1.45 to 8.60 mg N2O-N/(hr·g VSS). The kinetics processes for temperature variation of 10 to 30°C were(θ1 = 1.140–1.216 and θ2= 1.139–1.167). In the range of 10°C to 30°C, almost all of the anoxic stoichiometry was sensitive to temperature changes. In addition, a rise in N2O reduction activity leading to a decrease in N2O accumulation in long term operations at the optimal temperature(27°C calculated by the Arrhenius model).     

2种UASB的ANAMMOX与反硝化协同作用对比研究

采用2套UASB-ANAMMOX反应器处理垃圾渗滤液,其中反应器2具有生物膜,对反应器在有机环境下的ANAMMOX与反硝化协同作用进行对比研究。在稳定期,反应器1和反应器2对氨氮、亚硝氮、TIN、COD的平均去除率分别为95.7%、95.9%、77.3%、70.3%和97.4%、96.4%、87.2%、74.8%。反应器1对TIN和COD最大容积去除率为112.2和107.7 g/(m3.d),反应器2对TIN和COD最大容积去除率为120.5和119.9 g/(m3.d)。结果表明,过高的负荷会对反应器产生抑制作用,且当抑制产生后协同作用难以恢复到原来水平。在厌氧氨氧化与反硝化协同作用良好时,pH值和碱度均存在特征性变化。总体上,反应器2比反应器1具有更强的厌氧氨氧化与反硝化协同作用和抗负荷冲击能力。     

闽江河口湿地互花米草入侵机制

为了阐明湿地植物入侵的机制,选择闽江河口湿地为研究区域,通过野外采样和室内分析,对入侵种互花米草和土著种短叶茳芏根冠生物量、养分在植物体内的分配以及植物养分的生态化学计量学特征进行了测定与分析。结果表明:①互花米草根冠比季节变化范围是0.49~1.64,平均值为1.11,低于短叶茳芏(变化范围是3.11~7.95,平均值为5.29);②互花米草季节平均的氮磷养分分配顺序为叶>根>茎,而土著种短叶茳芏按照叶>茎>根的顺序分配;③互花米草叶、茎季节平均C/N和C/P均表现出高于短叶茳芏,而根则低于短叶茳芏,N/P则均表现为互花米草叶、茎、根高于短叶茳芏;④较高的地上生物量分配、同化器官(叶)和繁殖器官(根)养分分配以及C/N、C/P和N/P是互花米草得以成功入侵的主要原因之一。     

黄土丘陵区撂荒农田土壤酶活性及酶化学计量变化特征

明确土壤胞外酶活性及酶化学计量比在农田撂荒过程中的变化特征及驱动因素,对揭示土壤养分可利用性随植被恢复的变化规律和阐明生态系统养分循环机制有重要意义.本文以黄土丘陵区不同撂荒年限坡耕地（0、10、20和30 a）为研究对象,通过测定土壤酶活性及酶计量比、土壤理化性质、植物多样性和科组成,探讨农田撂荒后土壤微生物养分限制状况及酶活性和酶计量比的主控因子.结果表明,β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）、亮氨酸氨基肽酶（LAP）和碱性磷酸酶（ALP）的活性均随撂荒年限增加而显著增加,而β-1,4-葡萄糖苷酶（BG）活性则相反.土壤BG：（NAG+LAP）和BG：ALP呈现出与土壤BG活性相同的随撂荒年限增加而减小的趋势;而（NAG+LAP）：ALP呈先升后降趋势,在撂荒20 a时达到最高值.酶化学计量的向量长度随撂荒年限增加而显著减小,表明撂荒过程中土壤微生物受碳（C）限制程度的减弱.撂荒前10 a酶化学计量的向量角度小于45°,后20 a大于45°,说明撂荒前期微生物受氮（N）限制,后期受磷（P）限制.冗余分析结果揭示土壤有机碳含量、总氮含量、C：N、C：P、pH以及植被多样性是调控酶活性和酶计量比变化的主要因子.分类变异分析表明,土壤和植物因素可解释不同撂荒年限下土壤酶活性及酶计量比差异的62.0%,植被特征与土壤理化特性之间的交互作用是土壤酶活性及酶计量比变化的主控因子,解释度为37.1%.综上所述,黄土丘陵区农田撂荒过程中应考虑外源P的投入以缓解生态系统中有效P的不足,研究结果可为理解脆弱生境恢复生态系统中微生物介导的生物地球化学循环机制以及指导土壤养分管理和生态可持续发展提供理论依据.     

河西走廊中段荒漠绿洲土壤生态化学计量特征

为探究荒漠绿洲土壤C、 N、 P和K的含量变化及生态化学计量特征,阐明其对环境因子的生态学响应,选择河西走廊中段张掖临泽荒漠绿洲10块样地,采集表层土壤样品,测定土壤C、 N、 P和K含量,揭示不同生境中土壤养分含量变化和化学计量比的分布特征以及与其他环境因子间的相关关系.结果表明：(1)土壤C在各样点分布不均匀且具有明显的异质性(R=0.761,P=0.06).其中,ω(C)在绿洲平均值最高,为12.85 g·kg^-1,过渡带次之,为8.65 g·kg^-1,荒漠最低,为4.1 g·kg^-1;(2)土壤K含量除在盐碱地含量较低外,在荒漠、过渡带和绿洲之间均无显著变化且含量较高;(3)土壤C∶N平均值为12.92,C∶P平均值为11.69,N∶P平均值为0.9,均低于全球土壤平均水平(13.33、 72.0、 5.9)和中国土壤平均水平(12、 52.7、 3.9);(4)土壤含水量为影响荒漠绿洲土壤C、 N、 P、 K和生态化学计量特征的最大影响因子,贡献率为86.9%,其次为土壤酸碱度和土壤孔隙度,贡献率分别为9.2%...     

氮磷添加对荒漠草原土壤养分含量及生态化学计量特征的影响

为明确土壤养分含量及化学计量比对多种限制性养分添加的响应,分析土壤中速效养分与全量养分相关关系,以及土壤全量和速效化学计量特征的指示作用,阐明养分添加对荒漠草原土壤养分动态平衡关系的影响.以宁夏荒漠草原为研究对象,于2018年开始进行氮(N)和磷(P)养分添加控制试验,试验处理包括对照(CK)、N添加、P添加和NP共同添加这4个处理.结果表明：(1)养分添加第4年,土壤N含量显著增加;N添加显著增加土壤N∶P, P添加和NP共同添加显著增加土壤有机碳(SOC)含量.养分添加第3年和第4年,N添加显著提高土壤速效N∶P(AN∶AP);N添加和NP共同添加显著增加土壤铵态氮(NH⁺₄-N)和硝态氮(NO^-₃-N)含量,而降低土壤速效C∶N(C∶AN);P添加和NP共同添加显著增加土壤全磷(TP)和速效磷(AP)含量,而降低土壤全量和速效N∶P、C∶P.(2)N添加和P添加对荒漠草原土壤NH⁺₄-N、AP含量和土壤速效C∶N、AN∶AP的影响具有显著交互作用.(...     

地膜覆盖对农田土壤养分和生态酶计量学特征的影响

生态酶计量比可以用来衡量土壤微生物能量和养分资源限制状况.为明确地膜覆盖后农田土壤生态酶计量学特征,选取地膜覆盖下不同残膜积累量的农田土壤,利用荧光分析法测定其碳氮磷循环关键过程中的β-1,4-葡萄糖苷酶（BG）、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）和磷酸酶（ACP）的活性.探讨地膜覆盖对农田土壤养分循环和供应的影响.结果表明,施用化肥的土壤,覆膜使Olsen-P和NO^-₃-N分别降低至不覆膜土壤的48%～62%和16%～24%;而有机-无机配施的土壤,两者在覆膜条件下分别提高了144%～203%和1.9～5.1倍.覆膜下SOC∶TN在有机-无机配施土壤中降低了6.6%～25.8%,而SOC∶TP和TN∶TP却显著增加.覆膜土壤中MBC含量均显著低于不覆膜的土壤,然而由于MBN和MBP也随之降低,MBC∶MBN和MBC∶MBP无显著差异;覆膜使MBN∶MBP在S1和S2分别降低了36.6%和23.8%,而在S3和S4中分别提高了5.4和1.3倍.土壤中NAG∶ACP计量比与微生物生物量中相对应的元素的计量比趋势相似;而覆膜下BG∶NA...     

长期施肥对黄土高原梯田土壤养分特征和微生物资源限制的影响

长期不同施肥处理会改变土壤的理化性质和微生物生物量,但长期不同施肥对黄土高原梯田土壤微生物胞外酶活性变化和养分特征的影响尚不清楚.本研究以中国科学院安塞水土保持综合试验站长期养分定位试验样地为基础,分析了不施肥(CK)、有机肥与氮肥混施(MN)、有机肥与磷肥混施(MP)、有机肥、氮肥与磷肥混施(MNP)、单施有机肥(M...