氮污染加剧威胁山地森林附生苔藓植物群落

在亚洲的一些国家和地区,经济的快速发展导致了氮素使用量和排放量的增加,并有进一步增加的趋势。这一人为活动驱动的过程可能在全球生态系统尺度上导致严重的后果。事实上,由于长时间的累积效应,人为活动导致的氮沉降增加已经对陆地生态系统造成了不良影响。对于森林生态系统而言,过量的氮输入可能影响树木的生长以及森林群落的结构、功能和动态等。作为山地森林生态系统中的重要组分,附生苔藓植物无根系,没有表皮细胞分化,具有较高的叶面积指数,从大气中直接吸收其生命活动所需的全部水分和养分     

林火对森林生态系统碳氮磷生态化学计量特征影响研究进展

林火可以改变森林生态系统元素的生态化学计量特征,反映火后森林生态系统环境中生物地球化学循环变化模式,阐明林火干扰下森林生态系统碳(C)氮(N)磷(P)生态化学计量特征,对于理解森林生态系统对林火干扰的响应机理至关重要。笔者通过查阅大量相关文献,总结与分析了林火干扰对森林生态系统C-N-P生态化学计量特征影响模式,以及林火干扰对植物C-N-P生态化学计量特征、凋落物C-N-P生态化学计量特征、土壤C-N-P生态化学计量特征的影响,认为森林生态系统C-N-P生态化学计量特征主要受到火烧因子(火烧强度、火烧频率、火烧后恢复时间)、植被类型及土壤性质3个方面的影响,针对林火对森林生态系统生态化学计量学研究亟待解决的科学问题,从林火干扰对植物生态化学计量内稳性的影响机制、林火干扰下多重元素生态化学计量学研究、建立林火干扰下植物-凋落物-土壤复合系统生态化学计量学关系等3个方面进行了展望,以期深入了解林火干扰下植物调控策略,明确林火干扰后多重化学元素间相互耦合机制,完善以植物-凋落物-土壤为复合整体的地上地下养分输入输出的关系,对于深刻理解全球气候变化背景下森林生态系统养分循环和平衡,以及合理制定林火管理措施具有重要作用。     

大气氮沉降对森林土壤微生物影响的研究进展

大气氮沉降是影响森林生态系统的新生态因子之一,过量氮沉降将改变参与森林生态系统物质转化和养分循环的土壤微生物.作者综述了国内外模拟氮沉降对森林土壤微生物生物量、群落结构和多样性、微生物活性和酶活性、底物利用能力以及功能基因的影响研究现状.结果表明：(1)整体来看,氮沉降对森林土壤微生物生物量产生负面影响的报道较多;(2)氮沉降改变了森林土壤微生物群落的构成和丰富性;(3)氮沉降短期内促进森林土壤呼吸速率,长期氮输入会抑制土壤呼吸速率;(4)氮沉降改变了参与凋落物分解相关土壤酶的活性;(5)氮沉降降低了土壤微生物代谢复杂有机质的代谢能力;(6)氮沉降增加和降低了某些微生物功能基因的丰度.此外,作者还探讨了氮沉降对森林土壤微生物研究存在的问题和未来研究的重点.     

全球变化背景下森林生态系统碳循环及其管理

森林生态系统碳循环及其管理是全球变化研究的重要主题,同时也是人类维持全球生态系统的物质、能量平衡和自然资源循环再生的一个重要生态学途径。笔者在分析森林碳循环的基本特征及其与全球变化相互联系的基础上,阐述了碳循环及其管理在全球变化研究中的地位和作用,并提出了森林生态系统碳循环管理的内容、方法、措施及途径。     

不同纬度兴安落叶松林土壤碳氮含量特征及影响机制

土壤碳和氮是生态系统物质循环的重要组成部分。在全球变化背景下,对森林生态系统土壤碳和氮含量的变化规律和机制的研究是当今生态学的研究热点。本文沿不同纬度梯度的天然兴安落叶松林进行了野外土壤采样调查和分析,以期阐明兴安落叶松林中土壤碳氮含量的分布规律及机制。结果表明,兴安落叶松林土壤有机碳含量和碳氮比均随纬度的降低而增加,土壤总氮含量则随纬度的降低而先升高后降低,深层土比浅层土土壤碳、氮含量低。土壤碳与氮均受到气候因素和土壤因素的影响,且响应机制大致相同。年均温和年降水与土壤碳、氮含量呈显著正相关关系;海拔与土壤碳、氮含量呈显著负相关关系。土壤容重、砂土含量、pH与土壤有机碳和土壤总氮含量呈正相关关系;土壤黏土含量和壤土含量与其呈负相关关系。该研究为揭示森林生态系统中土壤碳、氮含量响应气候变化的规律及机制提供科学依据。     

大瑶山森林生态系统服务功能及其保护

生态系统服务功能是指生态系统过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用 ,它不仅为人类提供了食品、医药及其它生产生活资料 ,更重要的是维持了人类赖以生存的生命支持系统、维持生物物种与遗传多样性、维持生命物质的生物地化循环与水文循环、净化环境、维持大气化学的平衡与稳定。本文以广西金秀大瑶山为研究区域 ,探讨了森林生态系统服务功能的内涵 ,分析了大瑶山森林生态系统服务功能及其维系所面临的问题 ,并提出了保护策略和途径。大瑶山森林生态系统保护面临许多困难和压力 ,如认识尺度限制、生活水平低下。建立自然保护区、政策倾斜、经济支持是保护大瑶山森林生态系统的策略和途径。     

三峡库区库首森林生态系统植物叶片碳氮磷化学计量特征研究

【目的】森林是三峡库区重要的生态屏障,研究该地区森林生态系统化学计量特征可深入了解生态系统的养分循环、限制作用以及稳定机制。【方法】通过对三峡库区库首森林生态系统的7个站点进行典型取样,研究了包括乔木、灌木和草本30种植物的107个样品叶片中碳(C)、氮(N)和磷(P)的化学计量学特征。【结果】三峡库区库首森林生态系统植物叶片中有机碳(OC)、全氮(TN)和全磷(TP)的含量变化范围分别为352.0～506.3、8.3～48.6和0.5～2.5 mg/g,平均值为450.2、18.6和1.2 mg/g; 叶片C/N、C/P和N/P的变化范围为7.6～56.5、158.8～799.3和7.3～40.2,平均值为28.6、450.4和16.9。不同生活型植物叶片的养分组成存在显著差异,乔木叶片的有机碳含量要明显高于灌木和草本,而草本植物的叶片全氮和全磷的含量要明显高于乔木和灌木; 落叶乔木叶片的全氮、全磷含量及N/P的值要明显高于常绿乔木,但有机碳含量及C/N和C/P的值则相反。不同生活型植物有机碳与全氮(磷)含量的相互关系也存在差异,草本植物叶片有机碳与全氮(磷)含量存在极显著负相关,乔木叶片有机碳与全氮含量呈显著的负相关,但与全磷含量不相关,灌木叶片有机碳与全氮(磷)含量不相关; 不同生活型植物叶片全氮和全磷含量均存在极显著正相关。【结论】三峡库区库首森林生态系统植物叶片有机碳含量处于中等水平,而全氮和全磷含量相对较低,磷缺乏是限制该区植被生产力的关键元素。     

基于溶蚀试片法和GEOAGENT模型法的森林碳循环研究———以重庆南川区金佛山为例

在对比溶蚀试片法、碳同位素法和GEOAGENT模型法等相关方法后,选择溶蚀试片法为主要研究方法,从金佛山森林生态系统的养分循环入手,以簇叶新木姜子、水青冈和油茶3种植物为样本,进行金佛山森林生态系统碳通量研究,以碳同位素法为主要验证手段,建立基于GEOAGENT的金佛山森林生态系统碳循环模型.计算出金佛山森林碳汇量基础上,从而认为南川碳汇交易可能性较小.     

大气氮沉降对森林土壤碳输入输出过程的影响

森林是大面积氮沉降的直接承受者,森林土壤碳库占森林生态系统整个碳库的45%,不断加剧的氮沉降对森林土壤碳库输入输出产生了深刻影响,进而影响森林生态系统的结构、过程和功能.作者综述了国内外有关氮输入影响森林土壤碳库输入输出的4个过程:凋落物分解、细根周转、土壤呼吸、可溶性有机碳淋失,并概述了氮输入对4个过程可能的影响机理,探讨了当前森林土壤碳输入输出过程对氮沉降响应研究存在的问题,指出未来该领域研究的重点和方向.     

科技要闻

揭示氮沉降对热带亚热带森林植物多样性影响近日,在发现氮沉降可能降低热带亚热带地区富氮森林植物多样性现象的基础上,中国科学院华南植物园生态系统管理研究组莫江明研究员等通过在鼎湖山国家级自然保     

海洋氮循环细菌研究进展

氮素循环是海洋生态系统中物质循环的重要组成部分,其中微生物起着至关重要的推动作用,相关内容一直为国际研究的热点.在简述氮循环各环节概念的基础上,着重对海洋生物固氮、硝化、反硝化细菌等方面研究进行了综述,并对今后的研究方向进行了一些展望.     

Evolution and metabolic significance of the urea cycle in photosynthetic diatoms

Diatoms dominate the biomass of phytoplankton in nutrient-rich conditions and form the basis of some of the world's most productive marine food webs. The diatom nuclear genome contains genes with bacterial and plastid origins as well as genes of the secondary endosymbiotic host (the exosymbiont), yet little is known about the relative contribution of each gene group to diatom metabolism. Here we show that the exosymbiont-derived ornithine-urea cycle, which is similar to that of metazoans but is absent in green algae and plants, facilitates rapid recovery from prolonged nitrogen limitation. RNA-interference-mediated knockdown of a mitochondrial carbamoyl phosphate synthase impairs the response of nitrogen-limited diatoms to nitrogen addition. Metabolomic analyses indicate that intermediates in the ornithine-urea cycle are particularly depleted and that both the tricarboxylic acid cycle and the glutamine synthetase/glutamate synthase cycles are linked directly with the ornithine-urea cycle. Several other depleted metabolites are generated from ornithine-urea cycle intermediates by the products of genes laterally acquired from bacteria. This metabolic coupling of bacterial- and exosymbiont-derived proteins seems to be fundamental to diatom physiology because the compounds affected include the major diatom osmolyte proline and the precursors for long-chain polyamines required for silica precipitation during cell wall formation. So far, the ornithine-urea cycle is only known for its essential role in the removal of fixed nitrogen in metazoans. In diatoms, this cycle serves as a distribution and repackaging hub for inorganic carbon and nitrogen and contributes significantly to the metabolic response of diatoms to episodic nitrogen availability. The diatom ornithine-urea cycle therefore represents a key pathway for anaplerotic carbon fixation into nitrogenous compounds that are essential for diatom growth and for the contribution of diatoms to marine productivity.     

低渗透油田氮气注入方案优化研究

针对低渗透区块裂缝发育、层间串较严重,层内及层间储量动用不均衡等情况。选择氮气驱并进行了方案优化,主要是从5个方面进行了方案的优化,包括注入氮气量优化、氮气注入速度优化、氮气注入周期优化、汽水比优化、注氮气前置段塞优化等,优化结果如下：氮气和水交替注入周期为4个月、气水比为1∶2、注气速度6000m3/d、注水量70m3/d、试验设计注入纯氮气段塞0.13PV。现场实践证明,注气后试验区日油略有上升,含水略有下降,初步取得了较好的增产效果。     

Nitrification by plants that also fix nitrogen

Nitrification is a key stage in the nitrogen cycle; it enables the transformation of nitrogen into an oxidized, inorganic state. The availability of nitrates produced by this process often limits primary productivity and is an important determinant in plant community ecology and biodiversity. Chemoautotrophic prokaryotes are recognized as the main facilitators of this process, although heterotrophic nitrification by fungi may be significant under certain conditions. However, there has been neither biochemical nor ecological evidence to support nitrification by photoautotrophic plants. Here we show how certain legumes that accumulate the toxin, 3-nitropropionic acid, generate oxidized inorganic nitrogen in their shoots, which is returned to the soil in their litter. In nitrogen-fixing populations this 'new' nitrate and nitrite can be derived from the assimilation of nitrogen gas. Normally, the transformation of elemental nitrogen from the atmosphere into a fixed oxidized form (as nitrate) is represented in the nitrogen cycle as a multiphasic process involving several different organisms. We show how this can occur in a single photoautotrophic organism, representing a previously undescribed feature of this biogeochemical cycle.     

海岸带的脱氮过程研究进展

人类活动产生大量含氮化合物经河流进入海岸带,造成海岸带水体富营养化等问题。海岸带的氮循环是全球氮循环的重要一环,其中反硝化作用和厌氧氨氧化作用均是将活性氮转化为惰性氮回到大气这个氮源,因此两者均被称为脱氮作用。脱氮过程将累积在海岸带的活性氮转化为氮气回到大气中,对改善海岸带环境起着重要作用。海岸带的脱氮作用主要发生在沉积物中,且以反硝化作用为主。15N同位素对技术是测定脱氮速率最常用的方法,它可以同时测定反硝化和厌氧氨氧化速率,但是在应用的过程中需注意同位素分馏效应的影响。     

氮水平对水稻光合特性的影响

用缺氮(ON)、低氮(LN)、中氮(MN)、高氮(HN)、超高氮(SN)盆栽土培的杂交水稻汕优64和金南风为材料,测定植株和叶片的生长状况、叶片总N含量、光合速率、光呼吸速率、气孔导度和叶肉导度的变化.结果表明:供试两品种随着施N量的增加,植株的分蘖数增多,株高增加,气孔密度减少, 叶片总N含量、叶绿素含量、光呼吸速率、叶肉导度等均增加.供试两品种的净光合速率变化存在差异,金南风叶片的净光合速率是随着施N量的增加而增加,但汕优64在HN和SN的条件下净光合速率反而下降,说明在HN和SN的水平上光合碳代谢的途径发生了变化,即光氧化环增加的幅度大于光合还原环.     

响应面法优化斜生栅藻处理高氨氮废水的光照条件

为了减少废水中氨氮对环境的危害,降低培养微藻的成本,利用废水培养斜生栅藻,采用三因素三水平的Box-Behnken设计,采用响应面法研究光波长、光照强度及光照时间对斜生栅藻干重和氨氮去除率的影响,建立回归模型,优化反应条件,为后续研究提供依据。结果表明,最优反应条件为:蓝光照射,光照强度为3 500 lux,光照时间为12 h。在此条件下,测得的藻类干重为(0.63±0.02)g·L~(-1),氨氮的去除率为92.08%±0.20%,与预测值相符。3个因素对藻类干重的影响程度大小依次为光波长光照时间光照强度,3个因素对氨氮去除率的影响程度依次为:光照强度光波长光照时间。     

苏北沿海不同土地利用方式冬季土壤氮矿化速率比较

土壤氮矿化速率常被作为生态系统中氮有效性和氮损失的指标。不同的土地利用方式可能影响土壤氮素的矿化、运输和植物的吸收与利用,因而造成土壤氮素循环过程的差异。该研究以苏北沿海地区杨树纯林、杨农复合、草地和农田等4种不同土地利用模式为研究对象,采用原位封顶法测定了土壤矿质氮含量的变化,分析了不同土地利用方式土壤氮净矿化速率的特征,以及土壤矿质氮与土壤微生物量氮(SMBN)、土壤水溶性有机氮(WSON)与土壤主要理化性质的相关关系。结果表明:不同土地利用方式土壤净矿化速率从大到小表现为杨树纯林>杨农复合>农田>草地; 土壤铵态氮(NH⁺₄-N)与N矿化速率、SMBN、全氮有显著的正相关(p<0.05); 土壤硝态氮(NO^-₃-N)与SMBN、WSON、有机碳有极显著的正相关(p<0.01); NH₄⁺-N、矿质总氮(TMN)与土壤C/N有极显著的负相关(p<0.01)。土壤矿质氮含量随土层的加深而显著减少; 在>10～25 cm土层,杨树纯林与杨农复合之间的土壤矿质氮含量差异显著(p<0.05)。研究结果表明土地利用方式的改变将影响土壤氮净矿化速率,森林转变为农田或农林复合结构后,氮在土壤中的储量和循环速率显著降低。     

用于冷中子源系统的氦制冷循环方案分析

为向冷中子源装置氢系统提供17．5K的低温冷源，设计了逆布雷顿循环的液氮预冷模式和4种膨胀机预冷模式，并对这5种循环模式进行热力分析和[火用]分析，获得了各循环模式下的主要热力参数并分析比较了各自的热力性质．结果表明：带液氮预冷和前置式并联膨胀机预冷2种模式的热力性能最好，[火用]效率最高；对于膨胀机预冷循环，并联模式优于串联模式，前置式优于后置式．循环系统[火用]损失部位主要在压缩机、膨胀机和换热器，减小这3部分[火用]损失的途径有以下方面：改善循环，减小系统氦的质量流量；提高压缩机的等温效率、膨胀机的等熵效率；改善换热器的内部温度、温差、压力分布及物流分配．本研究为中国先进研究堆冷中子源氦制冷系统的设计提供了数值基础。     

湿地氮循环及其对环境变化影响研究进展

论述了湿地氮素通过大气氮沉降、生物固氮、人为氮和径流氮输入等输入途径和植物收获、土壤NH3 挥发、反硝化气态损失、淋滤、径流输出等输出过程以及通过固氮作用、矿化(氨化)作用、硝化作用、反硝化作用等进行生物地球化学循环,提出量化氮与碳、磷之间的关系是目前研究中存在的主要问题,指出在湿地系统内氮迁移量及其与不同环境要素间的关系是下一步研究的主要方向,探讨了湿地氮循环对全球环境变化的影响.