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1. chinaXiv:201805.00083 [pdf]

模拟增温及隔离降雨对中亚热带杉木人工林土壤可溶性有机质的数量及其结构的影响

李欢,杨玉盛,司友涛,林伟盛,熊德成,刘小飞
分类: 生物学 >> 生态学

温度和水分影响森林生态系统的结构与功能,而全球变暖和降雨格局的改变是未来气候变化的趋势。我国中亚热带地区森林覆盖率大,碳库丰富,可溶性有机质(DOM)作为森林生态系统的重要组成部分,气候变化对它的数量和组成具有重要的影响。本文对我国湿润亚热带地区杉木人工林土壤进行模拟增温以及隔离50%的降雨试验,利用光谱技术手段研究增温及隔离降雨对土壤可溶性有机质(DOM)的数量及其结构的影响。试验设对照(CK)、增温(W)、隔离降雨(P)、增温与隔离降雨的交互作用(WP)4种处理。结果表明,与对照相比,土壤增温后,0-10cm和10-20cm土层的土壤可溶性有机碳(DOC)和可溶性有机氮(DON)增加,但其芳香性指数和腐殖化程度降低,增温加速DOM的流失,不利于土壤有机质的稳定。季节变化影响土壤的环境,导致隔离降雨有使DOM的数量增加或减少的趋势;在旱季(2014年10月和2015年1月),隔离降雨降低了土壤DOM的数量,但其芳香性指数和腐殖化程度增加,而进入雨季(2015年4月),隔离降雨有使DOM增加的趋势,但其组分中的芳香化合物较少。增温和隔离降雨的交互作用在一定程度上促进DOM的产生,其结构比对照简单。温度和降雨对DOM的影响较为复杂,在全球气候变化背景下,只有长期对其进行观测并探讨其他因素带来的影响才能深入了解气候变暖和降雨格局的变化对土壤碳、氮的影响。

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2. chinaXiv:201805.00084 [pdf]

不同放牧强度下土壤氨氧化和反硝化微生物的变化特征

孙翼飞,沈菊培,张翠景,韩国栋,红梅,赵巴音那木拉,贺纪正
分类: 生物学 >> 生态学

土壤硝化及反硝化功能微生物在氮素可利用性、硝酸盐淋溶和氧化亚氮温室气体排放等方面起着关键作用,在指示不同放牧强度对生态系统的影响及预测草地生态系统退化状况等方面具有重要意义。以内蒙古干旱半干旱草原不同放牧强度(轻度、中度和重度)的长期试验样地为对象,应用定量PCR和限制性末端片段长度多态性(Terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP)的方法,研究土壤氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)、氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)和反硝化细菌的丰度、群落结构和多样性对不同放牧强度的响应。结果表明,土壤pH和铵态氮含量分别在7.90-8.18和6.37-35.92 mg/kg之间,中度放牧处理显著增高了土壤pH(P=0.03),而铵态氮含量在重度放牧处理中最高(P=0.02)。不同放牧强度下土壤异养呼吸相比未放牧处理均显著降低(P=0.02)。土壤AOA-amoA和AOB-amoA基因丰度范围分别为每克干土(4.94-7.60)×109个拷贝数和(0.68-3.75)×106个拷贝数,放牧处理对AOA-amoA基因丰度无显著影响,中度放牧处理显著降低了AOB-amoA基因丰度(P=0.04);反硝化微生物nosZ基因丰度随在轻度放牧处理中最低(P=0.03)。土壤铵态氮含量是影响AOA-amoA和AOB-amoA基因丰度的主要因子,而nosZ基因丰度主要受反硝化底物含量及土壤通气状况的影响。冗余分析表明由放牧所引起的可利用性氮含量的变化是导致氨氧化和反硝化微生物群落结构显著变化的主要因素。

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3. chinaXiv:201805.00085 [pdf]

基于Py-GC-MS/MS技术的高寒草原土壤有机质不同组分指纹特征研究

陈秋宇,吴应琴,雷天柱,斯贵才,张更新
分类: 生物学 >> 生态学

采用热裂解气相色谱质谱联用(Py-GC-MS/MS)技术来研究高寒草原土壤有机质5个密度组分之间的指纹差异。对150种热解产物进行定性定量分析,并将其根据相似的化学性质分为:烷基类化合物、芳烃及多环芳烃、木质素、酚类物质、多糖、含氮化合物及几丁质。研究结果表明:在高寒草原土壤中,F1(密度为小于1.6g/cm3)组分主要为植物碎屑,虽然该组份在整体土壤中质量含量较少(0.13%)但其有机质含量相对较高(5.7%),该组份中含有较多的木质素及长链烷基类化合物(主要来源于植物),且随着密度的增加,此类化合物的含量逐渐减少。F2(密度为1.6-1.8g/cm3)、F3(密度为1.8-2.0g/cm3)及F4(密度为2.0-2.25g/cm3)3个组分化学性质相似,其有机化合物的含量在密度组分中呈现增加或减少的过渡状态。F5(密度大于2.25g/cm3)组分是该土壤的主要组成部分,其质量含量高达98%,该组份中的微生物指纹信息(微生物来源的多糖及含氮化合物)均高于前4个组分。同时,芳烃及多环芳烃这类难降解的物质随着密度的增大逐渐累积,在F5组分中富集。

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4. chinaXiv:201805.00086 [pdf]

不同荒漠植物根际土壤微生物群落结构特征

李欣玫,左易灵,薛子可,张琳琳,赵丽莉,贺学礼
分类: 生物学 >> 生态学

于2015年7月在甘肃安西极旱荒漠国家级自然保护区采集膜果麻黄(Ephedra przewalskii)、红砂(Reaumuria songarica)、合头草(Sympegma regelii)、泡泡刺(Nitraria sphaerocarpa)和珍珠猪毛菜(Salsola passerina)5种典型荒漠植物根际土壤样品,利用磷脂脂肪酸(PLFA)法结合Sherlock微生物鉴定系统分析了土壤微生物群落结构。结果表明,5种荒漠植物根际土壤微生物磷脂脂肪酸种类和组成差异显著,其中表征革兰氏阳性菌的18:0 iso、16:0 iso和17:1 iso ω9c分别为红砂、珍珠猪毛菜特有表征放线菌的18:1 ω7c 10-methyl仅在珍珠猪毛菜根际存在。总PLFAs、真菌、放线菌和真菌/细菌在珍珠猪毛菜中显著最高,革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌在膜果麻黄和珍珠猪毛菜根际显著高于其他植物,AM真菌在合头草根际有最高值。结构方程模型分析表明,与植物相比,土壤因子对微生物群落结构影响更为显著,其中易提取球囊霉素对放线菌有显著影响,土壤碱解氮是革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的主要影响因子。同时,土壤微生物群落结构可用于检测不同荒漠植物根际微环境土壤退化状况。

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5. chinaXiv:201805.00087 [pdf]

土壤非保护性有机碳对荒漠草原沙漠化的响应

阎欣,安慧
分类: 生物学 >> 生态学

沙化草地的恢复与重建是干旱半干旱区生态建设的重要内容,分析荒漠草原沙漠化过程中土壤非保护性有机碳分配比例的变异规律对于探讨沙化草地恢复机制具有重要的理论价值。以干旱、半干旱地区荒漠草原不同沙化阶段的土壤为研究对象,分析土壤粗颗粒有机碳、细颗粒有机碳、轻组有机碳含量和分配比例的分布特征、土壤非保护性有机碳转化为保护性有机碳的速率。结果表明:荒漠草原发生逆向演替后,土壤细颗粒有碳含量和分配比例表现为固定沙地 > 荒漠草地 > 半固定沙地 > 流动沙地;粗颗粒有机碳含量表现为荒漠草地 > 半固定沙地 > 流动沙地 > 固定沙地,粗颗粒有机碳分配比例表现为流动沙地 > 半固定沙地 > 荒漠草地 > 固定沙地;轻组有机碳含量和分配比例递减。颗粒有机碳、轻组有机碳、土壤有机碳对草地沙漠化的敏感性不同,颗粒有机碳较轻组有机碳和土壤有机碳敏感性强,其中细颗粒有机碳较粗颗粒有机碳敏感性强。随着草地沙漠化程度的增强土壤非保护性有机碳分配比例呈下降趋势,表明草地沙漠化降低土壤质量。荒漠草地退化至流动沙地土壤非保护性有机碳转化为保护性有机碳的速率整体呈上升趋势。

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6. chinaXiv:201805.00088 [pdf]

赤杨对辽东落叶松人工林土壤氨基糖积累的影响

井艳丽,刘世荣,殷有,邓继峰,刘源跃,阎品初,苟堪堪
分类: 生物学 >> 生态学

微生物残留物是土壤稳定性碳库的重要组成部分,然而其对固氮树种的响应还不清楚。以辽东山区日本落叶松(Larix kaempferi)人工纯林和落叶松-赤杨混交林为研究对象,以氨基糖作为微生物残留物的生物标识物,研究了赤杨对落叶松人工林根际和非根际土壤氨基糖积累的影响。结果表明,混交林中落叶松根际和非根际各氨基糖单体含量均显著高于纯林,说明赤杨引入有利于土壤微生物残留物的积累。其中,混交林落叶松根际及非根际土壤氨基糖葡萄糖含量分别比纯林高出99.5%(P<0.01)和154%(P<0.01);胞壁酸含量分别比纯林高出66.1%(P<0.01)和132.3%(P<0.01)。赤杨引入对氨基葡萄糖/胞壁酸比值的影响不显著,但显著增加氨基糖对土壤有机碳的贡献。冗余度分析表明全氮是驱动土壤中氨基糖发生变化的主要因子。表明赤杨引入显著提高微生物固持的土壤碳库和有机碳稳定性,这对落叶松人工林合理经营具有重要意义。

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7. chinaXiv:201805.00089 [pdf]

短期增温对中亚热带杉木人工幼林土壤氮磷耦合作用的影响

赵盼盼,高金涛,郑蔚,贝昭贤,刘志江,熊德成,叶旺敏,曾晓敏,袁萍,杨舟然,陈岳民,杨玉盛
分类: 生物学 >> 生态学

全球变暖引起陆地生态系统和整个生物圈一系列生态问题,未来全球平均气温的持续增加将使这些问题进一步加剧。目前增温、氮沉降和森林更新方式对中亚热带土壤氮磷等养分的影响已有部分研究,但增温对亚热带森林的氮磷耦合作用的影响仍然未知。以中亚热带杉木(Cunninghamia lanceolate)幼苗为研究对象,设置埋设电缆以加热土壤增温实验(增温幅度(5±0.5)℃),研究短期增温对土壤含水量、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量磷(MBP)、土壤氮磷养分,以及氮(N)、磷(P)耦合作用的影响。结果表明:短期增温对全氮、全磷无显著影响;增温第1年显著提高了有效氮、铵态氮(NH4+)和有效磷的含量,显著降低了MBN含量。增温第2年,土壤中有效磷、NH4+和MBP含量显著下降;短期增温虽然对土壤全N/P,有效N/P的影响不显著,但是增温使铵态氮/硝态亚硝态氮(NH4+/(NO3-+NO2-))显著降低;此外,增温显著降低了MBN/MBP,缓解了微生物对磷的限制。相关性分析表明,耦合作用不仅受N和P之间相互作用的影响,也受土壤温度、水分含量等其他因素的影响。研究表明,短期增温并未对中亚热带杉木人工幼林土壤氮磷耦合作用产生显著影响,但增温后降低了有效氮、有效磷的含量。因此,在未来全球变暖背景下,研究结果为中亚热带森林生态系统的的健康发展和科学管理提供重要的理论依据。

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8. chinaXiv:201805.00090 [pdf]

炉渣与生物炭施加对稻田土壤产甲烷菌群落结构的影响

王妙莹,许旭萍,王维奇,王广磊,苏程举
分类: 生物学 >> 生态学

为了了解废弃物施加处理影响稻田甲烷排放通量的微生物学机制,对稻田分别进行炉渣、生物炭单一施加和混合施加处理,分析施加处理条件下早、晚稻拔节期稻田土壤的理化性质,并采用PCR-RFLP技术及克隆测序对稻田土壤中的产甲烷菌群落组成多样性及其结构进行分析。研究结果表明:早稻拔节期,混施处理显著提高土壤盐度和pH;晚稻拔节期,混施处理显著提高土壤盐度,炉渣和混施处理显著提高pH。香农-威纳指数(H')和辛普森指数(D)显示:炉渣、生物炭和混施处理提高了稻田土壤产甲烷菌的多样性。群落组成分析结果表明:稻田土壤产甲烷菌主要含有甲烷微菌目(Methanomicrobiales)、甲烷杆菌目(Methanobacteriales)、甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales)、甲烷球菌目(Methanococcales)、甲烷胞菌目(Methanocellales)和Methanomassiliicoccales等6大类群,其中甲烷微菌目(Methanomicrobiales)为优势类群。从属水平的群落结构来看,与对照相比,3种施加处理均降低了早稻土壤Methanomassiliicoccus相对丰度;生物炭处理还降低了Methanosarcina相对丰度。初步认为MethanomassiliicoccusMethanosarcina这2个菌属与CH4排放量减少密切相关。

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9. chinaXiv:201805.00091 [pdf]

濒危植物海南龙血树的种群结构与动态

杨立荣,张治礼,云勇,严武平,陈宣,张浪,郑道君,陈加利
分类: 生物学 >> 生态学

了解种群的生存现状与动态趋势对濒危植物的保护至关重要。为了更好地保护濒危海南龙血树种群,对海南岛不同生境的11个海南龙血树(Dracaena cambodiana)种群进行了调查;并利用个体基径数据建立各种群的年龄结构和静态生命表,得到种群年龄结构动态指数,绘制种群存活曲线和生存函数曲线,从而获得海南龙血树的种群结构与动态。结果表明:海南龙血树种群年龄结构与种群所处的生境关系密切,海边的NS和YL种群结构为衰退型,LN和CH居群为稳定型,而非海边种群为增长型,没有老龄个体;11个种群中,EXL种群显示出最高的增长趋势和最好的种群稳定性,NS和YL种群稳定性最差,种群抗干扰能力极低;11个种群的存活曲线均属于Deevey-Ⅰ型,但生存函数分析显示海南龙血树种群生活史早期和晚期脆弱,中期稳定,这表明海南龙血树种群所处的生境更适合成年个体生存,现有的生境对幼龄个体的环境筛作用较强。海南龙血树属于退偿物种,针对其种群的生存现状,应采取多种方法相结合的方式进行保护与复壮。

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10. chinaXiv:201805.00092 [pdf]

放牧干扰下高寒草甸物种和生活型丰富度与地上及地下生物量的关系

牛钰杰,杨思维,王贵珍,刘丽,杜国祯,花立民
分类: 生物学 >> 生态学

明晰放牧干扰下高寒草甸植物丰富度与生物量的相关关系,为草地植物不同生长时期生物量的预测提供依据。设置6个放牧强度样地,连续3a放牧,2014年进行3个季节(6月、8月、10月)的植物丰富度和地上、地下生物量调查,对比分析放牧干扰下物种和生活型丰富度(生活型的种类)分别与地上、地下生物量的相关关系。结果表明:(1)物种和生活型丰富度与地上生物量均受放牧强度的显著影响,物种丰富度仅在8月与放牧强度显著负相关,生活型丰富度在10月随放牧强度单峰变化,地上生物量在不同季节均与放牧强度显著负相关,而地下生物量与放牧强度无关。(2)物种丰富度与地上和地下生物量均受季节的显著影响,物种丰富度和地上生物量仅在低强度放牧区随季节呈单峰变化,地下生物量在中等强度放牧区随季节呈单峰变化;生活型丰富度与季节无关。(3)放牧干扰前物种和生活型丰富度与地上和地下生物量均显著正相关。3a放牧后仅在8月,物种丰富度只与地上生物量显著正相关,生活型丰富度与地上和地下生物量均显著正相关。(4)对于不同放牧强度,物种丰富度仅在低强度放牧区与地上生物量显著正相关,而生活型丰富度在所有放牧强度区均与地上生物量显著正相关。综上所述,放牧干扰扰乱了高寒草甸丰富度与生物量之间的关系,尤其影响了物种丰富度与地下生物量之间的相关关系。生活型丰富度与地上生物量之间的显著关系不受放牧强度干扰,使生活型丰富度在预测生物量方面表现出优势。

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