土壤有机碳和氮的分布及其对气候变化的响应

碳、氮不仅是生物体必需的营养元素，也是重要的生态元素。大气中温室气体C02、N2O等浓度的增加使得碳、氮的生物地球化学循环及其温室气体的减缓排放措施研究成为全球变化研究中的热点问题。 土壤是陆地生态系统的核心，是连接大气圈、水圈、生物圈、岩石圈的纽带;它是陆生生物赖以生存的物质基础，是陆地生态系统中物质与能量交换的重要场所，其在全球碳、氮循环中起着十分重要的作用。一方面，土壤有机碳和氮的含量与分布直接关系到生态系统的生产力和生态系统的规模，同时土壤有机碳和氮的转化与迁移又直接影响到温室气体的组成与含量。而土壤本身又是生态系统中生物与环境相互作用的产物。因此，研究土壤有机碳和氮的分布、转化及其对全球变化的响应对于正确理解碳、氮的生物地球化学循环及其对全球变化的响应制定应对策略具有重要意义。 全球变化的陆地样带是从机理上理解陆地生态系统对全球变化的响应，预测全球变化对陆地生态系统的可能影响，实现预警、调节和减少全球变化不良影响，科学地规划和管理陆地生态系统的有效平台。目前，国际地圈一生物圈计划(IGBP)基于不同地区全球变化驱动因素的不同以及全球变化的潜在反馈作用强度的不同，在全球4个关键地区共启动了15条IG8P陆地样带。以水分为主要驱动力的中国东北样带(NECT：Northeast China Transect)即为IGBP的陆地样带之一。 本文以中国东北样带为平台，基于2001年对中国东北样带科学考察所采土壤样品的实测结果和气候资料分析了土壤有机碳和氮的梯度分布及其与土壤、气候等因子之间的关系;借助C02浓度升高和不同土壤湿度的模拟试验探讨了土壤有机碳和氮对气候变化的响应;根据作物残体还田的长期定位试验和盆栽试验研究了作物残体还田对土壤有机碳和氮转化的影响，讨论了农田生态系统通过作物残体还田对减缓温室气体排放的效应。主要结果和结论如下： (1).样带表层土壤有机碳平均为22.3土4.93 g．kg-1，下层土壤有机碳平均为8.9±1.20 g．kg-1。样带表层土壤活性有机碳平均为3.52±0.881 g.kg-1，占表层土壤有机碳的13.1±0.78%;下层土壤活性有机碳平均为1.14±0.250g.kg-l，占下层土壤有机碳的10.9±0.79%。样带土壤活性有机碳与土壤有机碳之间呈极显著正相关关系(相关系数r=0.993，P<0.001)。 (2).不同生态类型土壤有机碳和活性有机碳含量不同。中国东北样带东部(经度126°～131°)为温带针阔混交林山地，植被种类极其丰富，地带性土壤为暗棕壤，并且多为自然土壤，土壤有机碳和活性有机碳含量较高。但由于采样区局部地理环境、植被结构及人类干扰程度的不同，土壤有机碳和活性有机碳含量变异较大，平均为61.9±13.84 g．kg-1和10. 88±2.236g. kg-1。样带中部（经度119°～126°）为松辽平原栎林草原、农田区和大兴安岭山地草甸草原区，属半湿润向半干旱过渡的气候。该区域主要土壤类型为黑土、黑钙土、盐化或碱化草甸土及风沙土，土壤沙化、碱化严重，土壤有机碳和活性有机碳含量明显降低，平均为10.5±1.97 g．kg-l和1. 35±0.327 g．kg-1。样带中西部（经度113°～119°）为内蒙古高原草甸草原和典型草原区域，具有典型的半干旱气候特征。该区地带性土壤为栗钙土，局部丘陵区分布黑钙土，土壤有机碳和活性有机碳含量为14.6±1.65 g．kg-1和2.07±0.342g.kg-1。样带西部（经度111°～113°）为内蒙古高原荒漠草原区域，地带性土壤为棕钙土，土壤较为贫瘠，其有机碳和活性有机碳含量最低，平均为7.99±1.51 g．kg-1和0.51±0.216 g．kg-1。从总的趋势看，样带表层土壤有机碳和活性有机碳的梯度分布趋势一致，都呈现出随经度降低而下降的趋势，局部因土壤退化而出现波动。 (3).样带土壤有机碳和活性有机碳与土壤全量氮、磷、硫、锌及有效氮、磷、钾、锰、锌等均呈显著或极显著相关关系，与土壤PH、容重、持水量及孔隙度也呈显著或极显著相关关系。土壤表层有机碳和活性有机碳与降水量之间具有正的相关关系，其相关系数为r=0.677（P<0.001）和r=0.712（P<0.001）。但下层土壤有机碳和活性有机碳与降水量之间没有显著的相关关系。 (4).样带下层土壤有机碳和活性有机碳与经度之间仍具有显著的相关关系（r=0.454，P=0.026; r=0.473，P=0.020）。样带下层土壤有机碳和活性有机碳的变异小于表层。不同的生态系统，下层土壤有机碳和活性有机碳与表层土壤有机碳和活性有机碳的比率不同。总的来看，土壤活性有机碳含量随深度的增加而下降的幅度大于土壤有机碳。 (5).短期培养条件下，CO2浓度升高及干旱胁迫下，土壤有机碳的变化不大，其变异系数为1.28%;相比较之下，土壤活性有机碳对气候变化比较敏感，其变异系数为29.67%。不同土壤湿度，土壤活性有机碳含量发生变异的幅度因CO2浓度升高而降低。 (6).样带土壤全氮和有效氮与经度呈极显著正相关，其相关系数分别是r=0.695 (P<0.001)和0.636(P<0.001)。土壤表层全氮和有效氮的梯度分布与土壤有机碳的分布基本一致：沿经度呈现东高西低的趋势，局部由于土壤退化而出现低谷。样带除东部山区外，其它各部分土壤有效氮都很低，成为其植被生长的限制因子之一。样带下层土壤全氮和有效氮的含量低于表层，但样带不同部位下层土壤全氮和有效氮下降的幅度不同。总的来看，土壤全氮的剖面分布和土壤有机碳相似，而土壤有效氮则有所不同。 (7).土壤全氮和有效氮是土壤生化环境中两个重要的因子。样带土壤全氮和有效氮和土壤有机碳、全磷、全硫、全锌、土壤活性碳、有效磷、有效钾、有效锰、有效锌、土壤容重、田间持水量土壤总孔度等因子均呈显著或极显著的相关关系。 (8).样带表层土壤全氮和有效氮与降雨量之间呈极显著的正相关关系，相关系数分别是0.682(P<0.001)和0.688(P<0.001)。而下层土壤全氮和有效氮与降雨量之间的没有显著的相关关系（r=0.241，P=0.256; r=0.366，P=0.079）。土壤有效氮占全氮的比例与年均温呈显著正相关关系（相关系数r=0.390，p=0.044）。 (9).短期培养试验中，CO2浓度加倍和不同土壤湿度对土壤全氮和有效氮的影响没有达到显著水平。整个试验中土壤全氮和有效氮的变异较小（变异系数分别是5.55%和3.84%），但仍能反映一定的变化趋势。 (10)．玉米残体还田能够增加土壤氮素含量，减轻因其作为燃烧材料而造成的氮素损失和对大气的污染;玉米残体施入土壤，增加了土壤微生物氮含量，提高土壤氮活性，有利于土壤氮素养分的协调供应;玉米残体还田能够促进氮素从营养器官向籽粒中转移，提高氮素养分的利用效率。同时，玉米残体还田可以降低土壤NO3--N的累 积，减少肥料氮的损失4.7～5.6%。 (ll)．根据国内外文献和我们连续10年作物残体还田的肥料长期定位试验及盆栽试验结果，从减缓CO2排放、增加土壤碳固存、提高土壤生产力入手，分析了农业生态系统作物残体还田的必要性与可行性，讨论了农田作物残体还田，增加土壤碳固存对于减缓CO2排放、提高土壤生产力的作用与意义。提倡作物残体因地制宜地归还土壤，但作物残体还田后土壤固存与减缓温室气体排放的潜力还需要进一步进行研究。

火烧、施肥、刈割及其交互作用对草原土壤净氮矿化的影响

我国北方温带草原地处干旱半干旱区，是欧亚大陆草原生物区系的重要组成部分，也是我国重要的畜牧业生产基地。土壤氮素作为陆地植物生长和生态系统初级生产力的主要限制因子之一，了解其矿化和可利用性对各种人为干扰因素的响应，有助于我们充分认识草地退化机理，维持草场生产力并进一步促进畜牧业的可持续发展，为草地恢复、重建和维护提供理论依据。本实验在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站的多年围封退化样地，分别实施了火烧、施肥、刈割及其交互作用的人为干扰处理，利用原状土野外培养的方法，在两年时间中，研究不同的人为干扰因素（火烧、施肥、刈割及其交互处理）对土壤净氮矿化作用的影响。 火烧显著影响草原的氮循环过程，季节和年际的气候变化参与调节氮循环对火烧处理的响应。多年围封后的初次人工火烧处理显著降低了第一个生长季（2006 年生长季）和其后冬季的土壤净氮矿化速率，但是，火烧处理仅在冬季对土壤无机氮含量产生显著降低作用；2007 年生长季，火烧处理对土壤净氮矿化速率和土壤无机氮含量没有显著作用，但是在个别月份，不同的火烧频率对土壤净氮矿化速率和无机氮含量的影响表现出差异。2006 年生长季，未火烧样地和火烧样地净氮矿化积累量分别为3.07±0.26 g N m-2 和2.18±0.21 g N m-2；冬季，未火烧样地和火烧样地净氮矿化积累量分别为1.18±0.25 g N m-2 和0.51±0.08 g N m-2；2007 年生长季，未火烧样地（BC）、每年火烧样地（B1）和两年一烧样地（B2）净氮矿化积累量分别为1.32±0.21 g N m-2、0.54±0.30 g N m-2 和 0.77±0.24 g N m-2。较为湿润的2006 年生长季的净氮矿化积累量显著高于较为干旱的2007 年生长季，冬季也存在相当丰富的净氮矿化积累量。我们推论，长时间围封后的单次火烧处理对土壤净氮矿化作用的影响可能是短效的，但是年际间气候变化对土壤净氮矿化作用影响显著。 施肥显著提高了土壤的无机氮含量，并且与施肥梯度呈显著正相关关系。施肥对土壤无机氮含量的影响具有累加效应，第一次施肥和第二次施肥后的首次取样，+N5.25 、+N17.5 、+N28.0 三个施肥梯度的样地土壤无机氮含量比未施肥样地分别高出56%、219%、1054%和514%、891%、1811%。施肥处理在2006 年和2007 年对土壤净氮矿化作用都没有显著影响，仅在2007 年的个别月份有一定效果。以上结果说明，无机氮肥的添加可以明显提高土壤中无机氮的含量，满足植物生长的需求，但对于土壤氮转化过程的影响可能还要受其它环境和生物因子的制约。 刈割对土壤无机氮含量和净硝化速率没有显著作用，对土壤净氮矿化速率仅在个别月份表现显著效果。2007 年生长季，未刈割样地和刈割样地净氮矿化积累量分别为1.32±0.21 g N m-2 和1.08±0.35 g N m-2，不存在显著差异。我们推论，长期围封后的单次刈割处理在短期内对生长季的土壤氮动态仅有微弱影响，并且这种效果还可能受水分因素的制约。 火烧、施肥、刈割的交互处理在2007 年生长季对土壤无机氮含量产生显著作用，但是，对土壤净氮矿化速率和净硝化速率没有显著效果，然而，在不同的取样时间，火烧、施肥、刈割的交互处理对土壤无机氮含量、净氮矿化速率和净硝化速率的影响存在显著差异，说明火烧、施肥、刈割的交互处理对土壤无机氮和净氮矿化作用的影响可能受各种环境因子的制约，尤其是在水分相对缺乏的半干旱内蒙古草原，非生物因子和生物因子可能共同影响着土壤中的氮平衡。 本研究初步分析了长期围封后火烧、施肥、刈割及其交互处理对土壤净氮矿化的影响，初步探究了人为干扰和环境气候变化对土壤可利用性氮的调节作用，为科学地进行禁牧、割草、人工养份添加等草原管理提供了数据支持。

福尔马林固定铜鱼基因组DNA的提取与扩增

铜鱼(Coreius heterodon)作为长江中、上游的重要经济鱼类是研究三峡大坝阻隔效应的重要材料之一。然而,过去的铜鱼标本都保存在福尔马林溶液中,有必要探讨从福尔马林固定的铜鱼标本中有效提取基因组DNA的方法以及这些DNA用于微卫星和线粒体分析的可行性。本实验通过改进的酒精梯度浸泡法去除标本中的甲醛,然后用酚-氯仿抽提法成功地提取到了铜鱼标本的基因组DNA;设计引物后进行了线粒体和微卫星的PCR扩增,扩增产物经银染检测。微卫星扩增结果显示只有部分个体可以扩出目的带,而线粒体控制区部分区段在所有个体

长江中下游四个湖泊鱼类与渔业研究

选择长江中下游的牛山湖、东汤逊湖、龙感湖和黄湖作为研究地点,调查了这些湖泊鱼类区系组成、鱼种放养量、渔获物组成、渔产量和渔产值,现已查明牛山湖鱼类有64种,东汤逊湖53种,黄湖76种,龙感湖80种。这些湖泊的鱼类区系组成相似,鲤科鱼类最多,占总种数的60.4%-65.6%。牛山湖主要放养草鱼,东汤逊湖主要放养鲢和鳙,黄湖除鱼类外重点放养河蟹。这三个湖泊年均鱼种放养量分别为9.5kg/hm2、36.8kg/hm2、8.1kg/hm2;年均鱼产量分别为128kg/hm2、126kg/hm2、88kg/hm2;

滇池水体中微囊藻毒素含量变化与环境因子的相关性研究

本文对2003年4-12月滇池马村湾、海东湾微囊藻毒素和总磷、总氮、溶解氧、透明度、光照强度、叶绿素a、pH值、水温及微囊藻种群优势度进行了分析,讨论了以上指标在滇池马村湾和海东湾的分布和月变化情况以及与微囊藻毒素含量之间的关系．相关性分析表明马村湾、海东湾微囊藻毒素在水体中分布与总氮和氮磷比之间呈现非常显著的负相关性(P<0．01);与透明度、光照强度和微囊藻种群优势度存在显著的正相关性(P<0．05)．在影响微囊藻毒素的各因素中,运用多因素逐步回归分析得知马村湾、海东湾微囊藻毒素浓度主要南水体的总氮、

建鲤和异育银鲫摄食不同质量饲料时的氮收支和能量收支比较

实验探讨了建鲤和异育银鲫摄食低质和高质饲料时氮和能量的收支情况。低质饲料以豆粕为主要蛋白源 ,饲料蛋白含量为 33 91% ,高质饲料以鱼粉为主要蛋白源 ,饲料蛋白含量为 4 5 5 9%。 5 5d的生长结果显示 ,氮收支和能量收支受到饲料质量和鱼类种类的显著影响 :摄食低质饲料时 ,建鲤的生长氮和生长能比例显著低于异育银鲫 ,排泄氮、排泄能和代谢能比例显著高于异育银鲫 ;摄食高质饲料时 ,两种鱼的氮收支和能量收支无显著差异 ;建鲤的氮收支和能量收支受饲料质量的显著影响 ,摄食低质饲料时 ,其生长氮和生

中华鲟人工繁殖放流现状评价

1984-1998年,在长江葛洲坝水利枢纽下游江段,中国集团公司中华鲟研究所共捕捞663尾中华鲟亲鱼用于人工繁殖。各年的捕捞量变动在31—60尾之间。实际用于人工催产的亲鱼年利用率变动在3.1—91.7％之间。平均28.4％。催产卵的年受精率变动在0—85.0％之间,平均66.5％。年人工孵化鲟苗量变动在5—151.9万尾之间,平均54.3万尾。历年合计向长江放流初孵鲟苗4258万尾、幼鲟6.28万尾。经过多年的实践,中华鲟的人工催产,幼鲟孵化、培育和放流等方面的技术已经发展成熟。

Annual variations of biotic integrity in the upper Yangtze River using an adapted index of biotic integrity (IBI)

Adaptive modification and use of Karr's index of biotic integrity (IBI) for the upper Yangtze River, including 12 metrics in five categories, have typically occurred in line with the data collected by 6-year commercial fisheries investigation. These investigations were undertaken annually in four sections of the Upper Yangtze main channel between 1997 and 2002. These four monitoring sections (Yibin - YB, Hejiang - HJ, Mudong - MD, and Yichang - YC) were selected because they represent the part of the river that will be covering a 1000 kin stretch that includes the future Three Gorges Reservoir (TGR), upstream of the Three Gorges Dam (TGD), an area influenced by the construction of TGD. in addition, historical data were used to show changes in the watershed by comparison with field investigations recently. The biotic integrity of the four sections were calculated and classified into different levels annually for recognizing its spatial and temporal variations. It was observed that IBI scores were becoming lower diminishingly since 1997 in all the four sections. Because all the data were collected before the impoundment of the Three Gorges Reservoir, it is obvious that human activities, especially over-fishing, must be crucial factor instead of damming in the upper Yangtze River in that period. (C) 2008 Published by Elsevier Ltd.

Relationships between the biomass of algal crusts in fields and their compressive strength

In the desert areas of China investigated by the authors, various biological crusts were predominately associated with three blue-green algal (cyano bacterial) species, Microcoleus vaginatus Gom., Phormidium tenue (Menegh.) Gom. and Seytonema javanicum (Mitz.) Born et Flah. Their biomass and their compressive strength were measured simultaneously in the field in this study. It was also found that the compressive strength of algal crusts was enhanced with the increasing of algal biomass from an undetectable level to a value as high as 9.6mg g(-1) dry soil. However, when the algal biomass decreased, the compressive strength did not descend immediately, but remained relatively steady. The higher the algal biomass became, the thicker were the algal crusts formed. Given the same biomass, the highest compressive strength of man-made algal crusts in fields was found at an algal ratio of 62.5% M. vaginatus, 31.25% P. tenue and 6.25% S. javanicum, and it reached 0.89kgcm(-2). When the biomass of the crusts increased above the value of 8.16 mg chl ag(-1) dry soil, the compressive strength would not ascend easily. It indicated that the compressive strength of man-made algal crusts appeared temporarily saturated in the field. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Seasonal dynamics of the hepatotoxic microcystins in various organs of four freshwater bivalves from the large eutrophic Lake Taihu of subtropical China and the risk to human consumption

So far, little is known on the distribution of hepatotoxic microcystin (MC) in various organs of bivalves, and there is no study on MC accumulation in bivalves from Chinese waters. Distribution pattern and seasonal dynamics of MC-LR, -YR and -RR in various organs (hepatopancreas, intestine, visceral mass, gill, foot, and rest) of four edible freshwater mussels (Anodonta woodiana, Hyriopsis cumingii, Cristaria plicata, and Lamprotula leai) were studied monthly during Oct. 2003-Sep. 2004 in Lake Taihu with toxic cyanobacterial blooms in the summer. Qualitative and quantitative determinations of MCs in the organs were done by LC-MS and HPLC. The major toxins were present in the hepatopancreas (45.5-55.4%), followed by visceral mass with substantial amount of gonad (27.6-35.5%), whereas gill and foot were the least (1.8-5.1%). The maximum MC contents in the hepatopancreas, intestine, visceral mass, gill, foot, and rest were 38.48, 20.65, 1.70, 0.64, 0.58, and 0.61 mu g/g DW, respectively. There were rather good positive correlation in MC contents between intestines and hepatopancreas of the four bivalves (r = 0.75-0.97, p < 0.05). There appeared to be positive correlations between the maximum MC content in the hepatopancreas and the delta(13)C (r = 0.919) or delta(15)N (r = 0.878) of the foot, indicating that the different MC content in the hepatopancreas might be due to different food ingestion. A glutathione (GSH) conjugate of MC-LR was also detected in the foot sample of C. plicata. Among the foot samples analyzed, 54% were above the provisional WHO tolerable daily intake (TDI) level, and the mean daily intakes from the four bivalves were 8-23.5 times the TDI value when the bivalves are eaten as a whole, suggesting the high risk of consuming bivalves in Lake Taihu. (C) 2005 Wiley Periodicals, Inc.

Finite element beam propagation method for analysis of plasmonic waveguide

The basic idea of the finite element beam propagation method (FE-BPM) is described. It is applied to calculate the fundamental mode of a channel plasmonic polariton (CPP) waveguide to confirm its validity. Both the field distribution and the effective index of the, fundamental mode are given by the method. The convergence speed shows the advantage and stability of this method. Then a plasmonic waveguide with a dielectric strip deposited on a metal substrate is investigated, and the group velocity is negative for the fundamental mode of this kind of waveguide. The numerical result shows that the power flow direction is reverse to that of phase velocity.