了解模拟CO_2浓度升高背景下湿地土壤动物的响应特征是研究湿地生物多样性保护的基础。本研究以三江平原中小型土壤动物为研究对象,采用开顶式CO_2气室(OTC)模拟CO_2浓度升高(370、550和700μmol·mol~(–1)),利用干、湿漏斗分离法分离中小型土壤动物,研究中小型土壤动物对CO_2浓度升高的响应规律。结果表明,1)共获得中小型土壤动物4 985只,隶属于7纲13目62个类群(除妧目外统计到科,幼虫和成虫分开统计),在不同CO_2浓度处理下的中小型土壤动物群落组成差异显著(P 0.05)。3)随CO_2浓度升高,杂食性动物和腐食性动物多度显著增加(P 0.05)。4)冗余分析(RDA)显示,中小型土壤动物总个体数与植物生物量、有机质以及土壤全磷相关性达到显著水平(P 0.05)。研究表明,在CO_2浓度升高背景下,三江平原小叶章植物生物量、土壤有机质以及土壤全磷水平影响中小型土壤动物多度分布,并影响到中小型土壤动物功能群结构分布特征。

土壤动物是陆地生态系统结构的重要组成部分,对营养物质循环具有重要的作用。湿地土壤动物群落结构及影响因素研究,可为揭示湿地生物多样性及其功能提供基础资料。2005年生长季对三江平原湿地岛状林土壤动物进行了野外调查和室内分离、鉴定。结果表明,岛状林土壤动物隶属4门9纲24目,优势类群为线虫和膜翅目2类,常见类群7类,稀有类群15类;优势类群和常见类群都具有明显的季节动态变化。多样性分析表明,土壤动物的个体总数、类群数和丰富度指数最大值都出现在7月份,多样性指数和均匀度指数5月份最小,10月份最大,而优势度指数5月份最大,10月份最小。土壤动物垂直分布格局,除5月份外,其他各月都表现出明显的表聚性;...

【目的】研究宁夏枸杞对大气CO_2浓度升高的生理生态响应机制,为探究枸杞及其他木本经济林植物在气候变化背景下优质高效栽培与育种提供理论依据。【方法】以‘宁杞1号’扦插苗为材料,采用开顶气室(open-top chamber,OTC)及自动监控系统模拟控制CO_2浓度,测定宁夏枸杞在升高CO_2浓度环境下植株营养生长指标与果实糖分含量、主要活性物质含量和蔗糖代谢相关酶活性的变化。【结果】1) CO_2浓度升高,促进宁夏枸杞植株生长发育,苗高增长量较对照分别高11.67%和18.65%,地径分别高55.09%和62.58%,新梢加长和加粗生长均呈增加趋势。2) 2种CO_2浓度升高处理下,宁夏枸杞果实横径较对照分别增加4.56%和7.71%,单果质量分别增加15.05%和34.53%,果实更加饱满。3) CO_2浓度升高处理下,夏果(处理90天左右)果实中果糖含量较对照略高,秋果(处理120天后)含量比对照分别低1.39%和3.98%。试验处理期间,果实中葡萄糖和总糖含量均低于对照,且CO_2浓度升高1倍[(760±20)μmol·mol~(-1)]处理下降最为明显。夏果果实蔗糖含量均低于对照,秋果在CO_2浓度升高1倍[(760±20)μmol·mol~(-1)]下较对照略高。4)果实中枸杞多糖含量低于对照,黄酮含量在秋果期比对照分别低16.62%和18.35%,且CO_2浓度升高1倍[(760±20)μmol·mol~(-1)]处理对果实活性物质含量影响较大。5) CO_2浓度升高增加了酸性转化酶和中性转化酶活性;夏果蔗糖磷酸合成酶较对照明显增加,但秋果酶活性低于对照;蔗糖合成酶分解方向与合成方向酶活性变化趋势相同,夏果均高于对照,秋果酶活性低于对照,CO_2浓度升高1倍[(760±20)μmol·mol~(-1)]处理下差异极显著。【结论】长期高CO_2浓度处理促进宁夏枸杞植株营养生长,果实单果质量与纵横径增大,有利于改善果实外观品质;但果实中糖分含量和枸杞多糖、黄酮等生物活性物质的含量明显降低,相关酶活性发生变化,影响果实营养品质。

大气CO_2浓度和温度升高会通过影响作物的光合作用,从而影响光合碳向土壤中的输送。输入到土壤中光合碳含量的变化势必会对土壤外源碳的主要分解者--微生物的群落结构产生影响。土壤微生物在土壤有机质的转化过程中发挥着重要的作用,是土壤碳循环的主要驱动者,其群落结构和功能的改变会影响土壤有机质的动态变化,而这些变化会进一步增加或者降低大气中的CO_2浓度,从而对气候变化产生反馈作用。未来土壤的碳平衡取决于大气CO_2浓度和全球变暖对土壤中碳的输入、输出以及碳在土壤中的驻留时间。因此,只有全面了解大气CO_2浓度和温度升高将对土壤碳库及土壤微生物群落结构产生何种影响,才能明确地揭示陆地生态系统对气候变化的反馈机制,对未来农田土壤有机碳库的管理和生产力的维持有重要意义。文章综述了大气CO_2浓度和温度升高及其交互作用对土壤碳库和土壤微生物群落结构的影响。主要结论为:(1)大气CO_2浓度和温度升高对土壤碳库的影响可以相互抵消,但是土壤碳库是否成为碳"源"与温度升高的幅度密切相关;(2)大气CO_2浓度升高增加了光合碳在玉米、小麦等植株各部分的分配,温度升高同样对光合碳的分配规律产生影响,但对不同部位的影响不一致,多呈降低或无显著影响;(3)大气CO_2浓度和温度升高可能对土壤微生物活性及其群落结构产生交互影响,且对不同微生物(细菌、真菌和古菌)群落的影响程度不同,进一步对土壤有机碳的转化产生影响。最后提出未来的研究方向:(1)从气候变化影响植物-土壤互作角度解析根系分泌物的转化过程及其对微生物的影响;(2)通过DNA-SIP进一步研究大气CO_2浓度和温度升高条件下土壤微生物对不同植物来源碳的选择性利用与碳循环的关系,从而阐明气候变化条件下微生物底物利用策略以及微生物群落结构的变化。

作为我国重要的粮食生产基地和淡水湿地集中分布区,三江平原对于保障国家粮食安全和区域生态安全具有举足轻重的地位。由于人类活动的剧烈影响,过去50年期间,三江平原土地利用/覆被发生了显著变化。本文在分析1954年~2005年三江平原土地利用/覆被变化过程的基础上,深入探索了土壤类型对土地利用/覆被变化过程的影响。结果表明,过去50余年中,三江平原土地利用/覆被变化剧烈,其中耕地增加了2.25倍,增加面积为385.55×104hm2。与耕地面积相对应的是湿地、林地和草地的大幅度减少,减少面积分别为256.72×104hm2、66.92×104hm2和57.65×104hm2。草甸土、白浆土、沼泽土、...

为明确西藏冬青稞生长发育及产量对增温和CO_2浓度升高的实际响应,以西藏冬青稞主栽品种‘冬青18’为试验材料,设置开放式气室(OTC)内无增温且无增施CO_2为对照(CK)、增温(T)和增温+增施CO_2(T+CO_2)3个处理,经连续2个生长季全生育期增温控制试验,观察记录冬青稞生育时期、旗叶叶绿素含量和产量及其构成因素。结果表明:1)T和T+CO_2处理使‘冬青18’全生育期显著缩短,缩短12～20d,主要集中于播种-出苗期和抽穗-成熟期。2)灌浆期旗叶叶绿素含量总体呈先增加后降低趋势,各处理之间无显著差异。3)T处理降低‘冬青18’产量,同时增加CO_2有弥补产量的效果,主要是因为T处理的主穗粒数、穗粒重及千粒重均降低,增温同时增加CO_2使千粒重和穗粒数有所增加。因此,全球气候变暖对于冬青稞生长整体表现为穗粒数、粒重和千粒重均降低等减产效应,而增加CO_2可在一定程度上缓解减产趋势,未来该地区冬青稞生产栽培可通过调整播期及筛选耐高温品种来应对全球气候变暖。

【目的】未来大气CO_2浓度显著升高将引起降雨格局的变化,必将对荒漠生态系统产生严重影响。研究CO_2浓度及降水变化对荒漠优势植物光合特性及生长的影响有助于预测荒漠生态系统对全球气候变化的响应。【方法】以荒漠优势植物红砂2年生苗木为试材,采用开顶式CO_2控制气室模拟CO_2浓度(350和700μmol·mol~(-1))变化,研究降水变化减少30%(-30%)、自然降水0、增加30%(+30%)及其与CO_2的协同作用对红砂光合速率、蒸腾速率等光合生理参数以及株高、生物量和根茎比等生长特性的影响。【结果】1)CO_2浓度倍增可显著提高红砂的光合速率,降低蒸腾速率和气孔导度(P<0.05),降水增加30%对高浓度CO_2下红砂叶片的光合速率有显著促进作用,对蒸腾速率和气孔导度的降低有一定补偿效应。2)长期高浓度CO_2处理使红砂存在光合适应现象,光合能力下调。3)CO_2浓度倍增和降雨量增加可显著增加红砂的株高、地上生物量和总生物量,且CO_2浓度增加可以减缓因降雨量减少而引起的红砂生长量减小。4)降雨减少,红砂的根生物量增长,导致根茎比增加;CO_2浓度升高则显著促进地上部分生长,导致根茎比减小。【结论】未来CO_2浓度升高条件下,降雨量增加地区红砂因充足的碳源和水分而得以恢复;降雨减少地区,CO_2浓度升高对降雨减少有一定的补偿作用,红砂以较高的根茎比来维持其在荒漠生态系统中地位。

为了探讨全球气候变化对农田土壤氮素动态的影响,采用中国稻麦轮作系统FACE(Free-Air CO2 Enrichment)平台,开展了大气CO2浓度升高和氮肥管理对麦田土壤有效氮含量影响的研究。结果表明:在低N和常规N处理下,大气CO2浓度升高使拔节期土壤C/N分别增加了5.6%和10.2%,土壤pH分别降低了2.4%和6.4%(p<0.05)。在小麦生育期内,低N和常规N条件下,大气CO2浓度升高降低了土壤总有效氮和NO3--N含量,相对于低N处理,常规N处理下降的趋势更为明显。在低N条件下,大气CO2浓度使拔节期和成熟期土壤中NH4+-N含量分别增加了7.4%和9.9%,而常规N处理中则...

【目的】揭示大气CO2浓度升高和氮肥管理对地下生态系统的影响。【方法】采用中国稻麦轮作FACE(Free-Air CO2 Enrichment)系统平台,开展了大气CO2浓度升高和氮肥管理对土壤线虫群落组成影响的研究。【结果】在稻麦轮作系统共观察到线虫35属,15个功能团。拟丽突属、真头叶属、丝尾属和潜根属为优势属,其中丝尾属和真头叶属对CO2浓度升高和氮肥管理反应敏感。在CO2浓度升高条件下土壤线虫总数、功能团Fu2和Om4的线虫多度均显著增加,其中Fu2多度在CO2和氮肥的交互影响下变化明显。【结论】CO2浓度升高和氮肥管理改变了土壤腐屑食物网的结构和有机质的分解途径。高氮条件下,CO2浓...

【目的】通过解析三江平原典型森林类型土壤生物群落结构与影响因子，为气候变化背景下三江平原森林生态系统稳定性的维护提供科学理论基础。【方法】采用Illumina MiSeq高通量测序和OTU分析法对三江平原蒙古栎次生林、山杨次生林和针阔混交林中土壤细菌和真菌群落组成和多样性进行比较，结合土壤理化性质和酶活性测定，探讨该地区土壤微生物群落的差异与环境因子的相关性。【结果】不同林型的土壤理化性质存在差异，3种林型土壤生物量碳、有机质、有机碳存在显著差异（P <0.05）;TN和TOC与接合菌门呈正相关。【结论】不同林型间土壤优势细菌丰度差异不明显，优势真菌丰度差距较大。不同林型间土壤微生物结构群落存在差异，明确其环境驱动因子和变化规律，是维持三江平原散生林系统稳定性的重要环节。

土壤、地形等因素对农田的分布有着重要影响。本文基于三江平原1954年~2005年5个时期土地利用数据、土壤数据和DEM,通过使用Rough集理论进行重要性测度计算,发现三江平原农田化过程中,土壤类型的影响要大于地形因子的影响;地形特征中,坡度对农田化过程的影响程度较大,高程与起伏度的影响相当。从土壤类型影响农田化过程的空间分布特征来看,在三江平原农田大幅度扩张期间,农田开发总体呈现出逐渐由松花江上游地区向下游地区过渡的趋势,土壤类型的开发也由分布于地势较高地区的草甸土向地势低洼地区的白浆土、沼泽土变化。从时间变化来看,随着三江平原不断地进行拓荒开发,草地、林地与沼泽湿地被大面积地开发为农田,使...

[目的]探究CO_2浓度升高与Cd污染耦合对刺槐幼苗根围土壤黄酮积累的影响,为重金属污染土壤的植物修复、矿区植被恢复及场地污染修复提供参考。[方法]先将供试土壤用CdSO_4·8H_2O处理,使土壤中Cd含量分别为0,0.45,4.5 mg/kg,放置暗处平衡5个月后,将Cd处理的土壤装盆,以刺槐幼苗为材料,采用盆栽试验,研究大气CO_2浓度和高浓度CO_2处理45,90,135 d后根围土壤及茎干、根系的总黄酮、槲皮素以及茎干和根系C、N、Cd含量,分析根围土壤总黄酮与茎干和根系总黄酮、C、N、Cd含量和C/N的相关性。[结果]当土壤中Cd含量为0mg/kg时,与大气CO_2浓度处理相比,高浓度CO_2处理根围土壤槲皮素含量显著增加(P

【目的】研究稻田生态系统中土壤钙、镁元素生物地球化学循环对长期大气CO2浓度升高的响应。【方法】利用中国稻田FACE(free air carbon-dioxide enrichment)试验平台,包括Ambient(对照,自由大气CO2浓度约为370μmol·mol-1)和FACE(比对照大气CO2浓度高200μmol·mol-1)2个试验处理,在2004、2005和2007年稻季不同生育期原位采集5cm和15cm处土壤溶液并测定其中Ca、Mg浓度。【结果】在2004、2005和2007年,FACE处理5cm处土壤溶液Ca浓度分别是对照处理的125%、106%和72%,Mg浓度分别是对照处理...

CO2浓度和温度升高对植物产生了深刻的影响,为从多角度对这种影响进行研究,该文利用封闭式生长室系统控制CO2浓度和温度,以红桦幼苗为材料,研究了CO2浓度升高、温度升高以及二者同时升高对川西亚高山红桦幼苗根系结构的影响。结果显示:①与对照相比,CO2浓度升高处理显著增加了红桦细根的生物量(最大增幅达152%)、根幅(增幅为10%～22%)、0～10cm土壤层根系总长度、5～10cm层根夹角。②温度升高处理使红桦细根生物量2004年6、10月增加,8月减少,但只有0～5cm土壤层与对照相比差异显著;根幅6、8、10月分别减少16%、7%、30%;5～15cm土壤层根系总长度、0～10cm土壤层根...

天然湿地土壤具有碳储存的功能,能够减缓全球气候变化。以三江平原湿地土壤为例,提出储碳功能价值评估方法的分类体系,介绍了不同方法的基本原理、适用条件和局限性,并根据理论上的合理性、方法上的简便可行性、现实的不确定性以及对于当地的适用性等原则对各种方法进行评价和排序,试图从多种货币化方法的评价结果中找到一个比较合理的单位储碳价值量取值范围,用来估算湿地土壤的储碳价值。评价对单位储碳功能的价值估算取5～25US＄/t碳,三江平原湿地土壤储碳总价值为31.0×108～155.2×108US＄,农业开发造成的湿地储碳功能的经济损失为10.8×108～53.8×108US＄,平均每年每hm2的碳损失约为4...