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沉水植物性状对不同氨氮脉冲的响应差异

生态学报 2024年第5期44卷 1985-1995页

作者：郭佩琴肖佳佳郭婉欣冷喜文孙丽君符辉袁桂香湖南农业大学环境与生态学院洞庭湖区农村生态系统健康湖南省重点实验室长沙410128

全球气候变化背景下,未来降水强度和频率发生改变,极端降水事件可使水体中的氨氮含量在短时间内显著增加,对沉水植物的生长造成影响。然而,沉水植物对氨氮脉冲式变化(浓度与频率)的形态和生理响应机制仍不明确。选取两种常见的沉水植物... 详细信息

全球气候变化背景下,未来降水强度和频率发生改变,极端降水事件可使水体中的氨氮含量在短时间内显著增加,对沉水植物的生长造成影响。然而,沉水植物对氨氮脉冲式变化(浓度与频率)的形态和生理响应机制仍不明确。选取两种常见的沉水植物苦草(Vallisneria natans)和黑藻(Hydrilla verticillata),设置不同底质(黏土和砂土)、不同氨氮脉冲模式(CK:对照组,即不加氨氮;P1:低浓度×高频率;P2:高浓度×低频率)和处理阶段(氨氮脉冲阶段和解除脉冲阶段),测定植株形态和生理性状,研究不同脉冲模式的影响差异和脉冲解除后的潜在影响。研究结果表明,(1)氨氮脉冲改变沉水植物的形态和生理性状,其中高浓度低频率氨氮脉冲对沉水植物的生长抑制作用最大。(2)氨氮脉冲解除一个月后,两种沉水植物的生物量较对照组无显著差异,而生理性状(如游离氨基酸和可溶性碳水化合物含量)较对照组差异较为明显,表明形态性状基本得到恢复,而氨氮脉冲对沉水植物生理性状的影响更为强烈而持久。(3)在解除脉冲阶段,苦草游离氨基酸含量仍显著高于对照组,而黑藻游离氨基酸含量较对照组差异较小,表明黑藻对氮的利用周转效率更高。(4)底质类型影响了苦草生理性状对氨氮脉冲的响应,即砂土中游离氨基酸和可溶性碳水化合物含量的变化幅度较黏土中更大。因此,氨氮脉冲效应与脉冲浓度和频率、底质类型、植物种类及其形态和生理性状密切相关。研究结果说明了沉水植物生理性状作为评估植物环境适应性的重要性,可为全球气候变化背景下湖泊生态系统沉水植被的管理提供科学参考。

关键词：氨氮脉冲沉水植物生长形态生理性状

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减磷施肥配施生物炭对南方酸性稻作土壤磷素形态的影响

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中国土壤与肥料 2024年第1期 19-27页

作者：苏贵锐荣飞龙张薇张满云吴爱平陈法霖洞庭湖区农村生态系统健康湖南省重点实验室湖南农业大学资源环境学院湖南长沙410128 湖南农业大学农学院湖南长沙410128

针对南方酸性稻作土壤专性吸附和固定磷素能力强的问题,采用微区试验,以正常施磷(75 kg/hm^(2))不施生物炭为对照,探讨不同磷肥水平(P2O575、60、45、30 kg/hm^(2))和生物炭配施(40、60、80 t/hm^(2))对土壤不同形态磷素含量的影响。结... 详细信息

针对南方酸性稻作土壤专性吸附和固定磷素能力强的问题,采用微区试验,以正常施磷(75 kg/hm^(2))不施生物炭为对照,探讨不同磷肥水平(P2O575、60、45、30 kg/hm^(2))和生物炭配施(40、60、80 t/hm^(2))对土壤不同形态磷素含量的影响。结果表明:(1)减磷施肥配施生物炭后全磷、有效磷、树脂磷、碳酸氢钠无机磷及稀盐酸磷的含量显著增加,残留态磷的含量显著降低。(2)磷肥水平≥45 kg/hm^(2)时,配施生物炭处理的全磷和有效磷含量较对照分别显著提高17.1%~46.7%和32.5%~76.3%。(3)磷肥水平≥45 kg/hm^(2)时,配施生物炭处理的树脂磷和碳酸氢钠无机磷的含量较对照分别显著增加50.8%~160.3%和36.1%~118.3%。(4)减磷施肥导致氢氧化钠有机磷含量较对照下降38.4%~39.8%;处理间氢氧化钠无机磷的含量无显著差异。(5)配施生物炭后稀盐酸磷含量较对照显著提高57.9%~352.1%;减磷施肥处理的浓盐酸有机磷含量显著低于正常施磷的处理组合;施磷量为30 kg/hm^(2)时,浓盐酸无机磷的含量显著低于其他处理组合;配施生物炭显著降低残留态磷的含量。(6)土壤全磷、有效磷的含量与树脂磷、碳酸氢钠无机磷、稀盐酸磷的含量呈显著正相关。综上所述,添加生物炭有利于提高南方酸性稻作土壤的磷素含量,促进有机磷向无机磷的转化,提高土壤磷素有效性,在此基础上磷肥施用可低至45 kg/hm^(2)。

关键词：生物炭减磷施肥水稻土磷分级

荧光光谱结合分子对接探究Cu、Pb与Cry1Ac毒素的相互作用

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环境化学 2024年

作者：曾洪刘芮杨思培朱式业吴志斌梁运姗湖南农业大学环境与生态学院洞庭湖区农村生态系统健康湖南省重点实验室

随着全球土壤重金属污染问题日益严峻，转Bt基因作物生长过程中所分泌的Bt抗虫毒素与土壤重金属离子的协同作用逐渐被重视.本文采用荧光光谱法与分子对接法，研究了Cu2+、Pb2+与Cry1Ac毒素的相互作用机制.结果表明，根据Stern-volmer方... 详细信息

随着全球土壤重金属污染问题日益严峻，转Bt基因作物生长过程中所分泌的Bt抗虫毒素与土壤重金属离子的协同作用逐渐被重视.本文采用荧光光谱法与分子对接法，研究了Cu2+、Pb2+与Cry1Ac毒素的相互作用机制.结果表明，根据Stern-volmer方程分析可知重金属离子能通过静态猝灭过程有效地猝灭Cry1Ac毒素的内源荧光.静态猝灭双对数公式计算得知结合位点数n均大于1表明Cu2+、Pb+2与Cry1Ac毒素有较强的结合能力且存在一个强力的结合位点.并根据Van’t Hoff热力学方程计算结果判断出这是一个以静电作用力为主导的自发吸热过程.此外，重金属离子与Cry1Ac毒素的相互作用会使Try残基暴露在亲水环境中，从而使毒素结构变得更加松散.此外，分子对接结果进一步验证了Cu2+、Pb2+分别通过氢键与Cry1Ac毒素在IIe413、Ser427、His428位置和Phe276、Gly278位置结合良好，且Cu2+结合能力更强.因此，本研究不仅揭示了Cu2+、Pb2+与Cry1Ac毒素的相互作用机制，而且为重金属离子-Bt毒素复合物的风险评估以及土壤生态安全维护提供了理论依据.

关键词： Cu Pb Bt毒素荧光光谱分子对接

还原性绿脱石氧化驱动施化肥和秸秆还田水稻土溶解性有机质转化机制

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农业环境科学学报 2024年

作者：符俊宏肖艳琦宁雅琪谢雯静张娜崔浩杰廖文娟湖南农业大学资源学院江汉大学环境与健康学院衡水学院河北省湿地生态与保护重点实验室

为探讨秸秆还田和化肥施用下的两种DOM在含铁黏土矿物结构Fe（II）氧化过程中的转化机制，本文以富铁的还原态绿脱石（rNAu-2）为黏土矿代表，分别从长期施化肥（CF）和秸秆还田（HOF）的稻田土壤中提取DOM(DOMCF和DOMHOF)，研究了DOMCF... 详细信息

为探讨秸秆还田和化肥施用下的两种DOM在含铁黏土矿物结构Fe（II）氧化过程中的转化机制，本文以富铁的还原态绿脱石（rNAu-2）为黏土矿代表，分别从长期施化肥（CF）和秸秆还田（HOF）的稻田土壤中提取DOM(DOMCF和DOMHOF)，研究了DOMCF和DOMHOF分别对还原态绿脱石有氧氧化产生·OH影响，以及DOMCF和DOMHOF在该过程中DOM的转化差异。研究表明，在rNAu-2 (Fe（II）=1.2mmol·L-1)氧化过程中DOMHOF更容易被矿化，其中，氧化8 h DOMHOF被氧化形成CO2的累积量（以C计）为29.6μg高于DOMCF（16.9 μg ）。DOMCF和DOMHOF均会抑制绿脱石（rNAu-2）有氧氧化产·OH，并且DOMHOF的抑制作用更明显。无DOM存在条件下，rNAu-2有氧氧化8h的·OH累积量为26.06μmol·L-1，高于rNAu-2/DOMCF(19.83μmol·L-1)和rNAu-2/DOMHOF(17.07μmol·L-1)体系(DOM为50mg·L-1)。固液分离结果显示，rNAu-2与DOM或DOM-Fe3+电子传递作用抑制了结构Fe（II）氧化形成·OH。3DEEMs分析表明，秸秆还田促进了水稻土腐殖质和富里酸类有机质的积累，并且氧化后的腐殖质和富里酸变化明显，而在DOMCF中几乎没有检测到这两者的存在。XPS分析表明，·OH可以通过开环和羟基化机制加到芳香族结构或烯烃上，生成了更多的含氧基团（C-O和C=O）。因此，DOM的存在会抑制rNAu-2结构Fe（II）的氧化从而抑制了·OH的形成，而秸秆还田的土壤DOM中含有更多易分解的有机质组分，更容易消耗·OH，并释放更多的CO2。

关键词：还原态绿脱石秸秆还田羟基自由基(·OH) DOM转化

近七十年(1954–2021)来长江中下游湖泊沉水植物群落多样性演变特征

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生物多样性 2024年

作者：陈瑶琪郭晶晶蔡国俊葛依立廖宇董正符辉湖南农业大学环境与生态学院洞庭湖区农村生态系统健康湖南省重点实验室始兴中学

沉水植物在维持浅水湖泊生态系统健康和稳定等方面起着重要作用,掌握其长期动态及驱动因子对湖泊生态系统恢复和富营养化治理具有重要的理论和现实意义。本研究以长江中下游17个湖泊为研究对象,分析了近70年(1954–2021)来沉水植物的α... 详细信息

沉水植物在维持浅水湖泊生态系统健康和稳定等方面起着重要作用,掌握其长期动态及驱动因子对湖泊生态系统恢复和富营养化治理具有重要的理论和现实意义。本研究以长江中下游17个湖泊为研究对象,分析了近70年(1954–2021)来沉水植物的α和β多样性格局及其变化情况,并基于S?rensen相异性指数将β多样性分解为周转(turnover)和嵌套(nestedness)两个组分,探讨了湖泊环境异质性变化与沉水植物群落多样性格局的联系。结果表明:(1)在湖泊尺度上, 11个湖泊沉水植物的α多样性呈减小趋势;而大多数湖泊βtemporal多样性(同一湖泊不同年份之间的群落结构相异性)无显著变化,且其变异主要由不同物种间的嵌套成分驱动。(2)在流域尺度上,长江中下游湖泊沉水植物的α多样性在演化过程中呈先增大后减小的趋势,βspatial多样性(同一时期不同湖泊之间的群落结构相异性)在演化过程中呈逐渐减小的趋势,而湖泊环境异质性呈逐渐增大的趋势。(3)环境异质性越高的湖泊,其α多样性越小, β多样性越大。这些变化可能是多种因素综合作用的结果,包括人类活动、水质污染、水文变化和气候变化等。本研究对于长江中下游湖泊生态系统管理和保护具有一定理论价值,为制定有效的保护策略和措施提供了科学依据。

关键词：沉水植物湖泊 α多样性 β多样性群落演替环境异质性

凋落物和根系对沂蒙山区三种森林恢复方式土壤酸性磷酸酶动力学特征的影响

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生态学报 2024年第12期44卷 5294-5306页

作者：包金美陈法霖杨龙超刘波王欣丽张弛张静刘艺萱张全艳王芸洞庭湖区农村生态系统健康湖南省重点实验室湖南农业大学环境与生态学院长沙410128 山东省水土保持与环境保育重点实验室临沂大学资源环境学院临沂276000

酸性磷酸酶动力学特征可反映不同底物供应下土壤磷转化状况。以人工恢复的引进种黑松人工林和本地种栓皮栎人工林以及自然恢复的天然次生林为研究对象,开展凋落物添加去除和根系去除对土壤酸性磷酸酶动力学特征的影响研究。结果表明:(1... 详细信息

酸性磷酸酶动力学特征可反映不同底物供应下土壤磷转化状况。以人工恢复的引进种黑松人工林和本地种栓皮栎人工林以及自然恢复的天然次生林为研究对象,开展凋落物添加去除和根系去除对土壤酸性磷酸酶动力学特征的影响研究。结果表明:(1)三种森林恢复方式下土壤酸性磷酸酶活性和最大反应速度(V_(max))均为双倍凋落物>对照>去除凋落物>去除根系>无输入;(2)改变凋落物和根系输入对酸性磷酸酶的半饱和常数(K_(m))和催化效率(V_(max)/K_(m))影响不大;(3)酸性磷酸酶活性受速效磷含量的反馈调节;土壤氮可利用性和含水量显著影响酸性磷酸酶活性。改变凋落物和根系输入对引进种黑松人工林土壤有机磷转化能力影响最大,天然次生林次之,本地种栓皮栎人工林最稳定。根系对土壤酸性磷酸酶动力学特征的影响大于凋落物。其结果可为暖温带森林恢复,应对气候变化和森林防火、收集凋落物等管理措施提供理论依据。

关键词：自然恢复人工恢复凋落物根系土壤酸性磷酸酶动力学

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烟草脆裂病毒导的茶树VIGS体系的构建

园艺学报 2024年

作者：胡锦瑜刘桂芝陈兰黄梦迪苏芹谭月萍刘硕谦田娜湖南农业大学园艺学院茶学教育部重点实验室湖南省茶业集团股份有限公司湖南农业大学园艺学院茶学系

以茶树（Camellia sinensis）八氢番茄红素脱氢酶（Camellia sinensis phytoene desaturase）基因CsPDS和咖啡碱合成酶（tea caffeine synthase）基因TCS1为指示基因，本氏烟草（Nicotiana benthamiana）为载体增殖积累病毒，探究侵染液浓度、培养温度、不同载体和培养时间对增殖病毒的影响。并中探究不同接种方式和不同茶树品种对构建VIGS（Virus-Induced Gene Silencing）体系的影响。结果显示，用乙酰丁香酮（Acetosyringone，AS）浓度为200 μL · mol-1，菌液浓度OD600= 1.0的侵染液接种烟草后在23 ℃中培养有利于病毒在烟草中增殖。使用‘舒茶早’的叶片通过注射接种构建出茶树的VIGS体系并利用该体系进行以GFP为指示基因的过表达试验探究。

关键词：茶树病毒诱导的基因沉默烟草脆裂病毒八氢番茄红素脱氢酶基因咖啡碱合成酶绿色荧光蛋白基因

水稻土微生物群落、酶活性及理化性质对有机肥、石灰连续施用的响应

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植物营养与肥料学报 2024年第1期30卷 63-73页

作者：刘鑫尹泽润盛浩肖华翠张丽娜周萍湖南农业大学资源学院湖南长沙410128 中国科学院亚热带农业生态研究所/亚热带农业生态过程重点实验室湖南长沙410125

【目的】探究水稻土微生物群落、酶活性及理化性质对有机肥、石灰连续施用的响应规律,为培育健康水稻土提供理论依据。【方法】于2014年冬季,选取湘东双季稻区典型酸紫泥田,分别进行了连续施用鸡粪发酵商品有机肥、生石灰的大田试验。... 详细信息

【目的】探究水稻土微生物群落、酶活性及理化性质对有机肥、石灰连续施用的响应规律,为培育健康水稻土提供理论依据。【方法】于2014年冬季,选取湘东双季稻区典型酸紫泥田,分别进行了连续施用鸡粪发酵商品有机肥、生石灰的大田试验。每年早、晚稻翻耕前各撒施一次有机肥、石灰,施用量均为2.25 t/hm^(2),分别以不施有机肥、石灰的处理为对照。在处理后第3年(2017年)和第7年(2021年)晚稻黄熟期,采集表层(0—15 cm)混合土壤样品,测定土壤微生物磷脂脂肪酸(PLFAs)含量、酶活性及理化性质,筛选指示性强、响应敏感的土壤指标。基于土壤理化性质与生物学性质间的相互关系,构建结构方程模型,解析土壤PLFAs含量与酶活性对有机肥、石灰处理的响应机理。【结果】与对照相比,有机肥连施3年后,土壤革兰氏阴性菌(G^(-))PLFAs含量提高23%,革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌值(G^(+)/G^(-))因而降低29%;连施7年后,总PLFAs、细菌、革兰氏阳性菌(G^(+))和放线菌PLFAs含量分别提高16%、13%、28%和38%,腐生真菌PLFAs含量降低19%,而G^(-)菌PLFAs含量、G^(+)/G^(-)均与对照无显著差异。石灰连施3年后,土壤微生物类群PLFAs含量平均降低30%,连施7年后,平均降幅增至36%。有机肥施用3年后,土壤脲酶活性提高了29%;施用7年后,土壤过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶活性分别显著提高了63%、82%和39%。连施石灰3年,脲酶活性显著提高25%,连续施用7年则显著降低39%,对其他酶活性无显著影响。有机肥连施3、7年,土壤通气孔隙度分别增加了14%、33%,有机质总量分别增加了12%、7%,3个活性有机碳组分平均分别提高29%、69%;pH和碱解氮、有效磷、速效钾含量无显著变化;连续施用石灰3、7年,土壤pH分别提高0.6、0.6个单位,而通气孔隙度分别显著降低了47%、28%,总有机质和易氧化有机碳含量无显著变化,细颗粒有机碳含量分别提高了24%、9%,粗颗粒有机碳含量分别提高了100%、21%,施用石灰3年对速效养分含量无显著影响,施用石灰7年土壤碱解氮含量显著降低而有效磷含量显著增加。土壤物理、化学、生物学指标对连续施用有机肥的响应比值以正值为主,对连续施用石灰的响应比值以负值为主,土壤生物、化学指标对连续施用有机肥7年的响应比值较3年趋向更高正值,而对施用石灰趋向更高负值,达到17%~149%。结构方程分析结果表明,连续施用有机肥主要通过增加粗颗粒有机碳含量提升土壤易氧化有机碳,提升微生物总PLFAs含量和脲酶活性,而随着石灰累积用量的增加,降低土壤通气孔隙度、粗颗粒有机碳和碱解氮含量,降低土壤微生物总PLFAs、脲酶活性。【结论】长期连续施用有机肥可持续改善土壤通气性,增加有机质积累,提高土壤物理、化学和生物学性质,短期施用石灰有利于改善土壤物理、化学和生物学性状,但长期连续施用则降低石灰的正向效果。粗颗粒有机碳对土壤生物和化学性状响应有机肥、石灰连续施用的影响最为关键,具有预测土壤健康的潜能。

关键词：酸紫泥田土壤微生物磷脂脂肪酸土壤活性有机碳组分酶活性土壤健康

近七十年(1954–2021)长江中下游湖泊沉水植物群落多样性演变特征

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生物多样性 2024年第3期32卷 33-47页

作者：陈瑶琪郭晶晶蔡国俊葛依立廖宇董正符辉湖南农业大学环境与生态学院洞庭湖区农村生态系统健康湖南省重点实验室长沙410128 始兴中学广东韶关512599

沉水植物在维持浅水湖泊生态系统健康和稳定等方面起着重要作用,掌握其长期动态及驱动因子对湖泊生态系统恢复和富营养化治理具有重要的理论和现实意义。本研究以长江中下游17个湖泊为研究对象,分析了近70年(1954–2021)来沉水植物的α和β多样性格局及其变化情况,并基于Sørensen相异性指数将β多样性分解为周转(turnover)和嵌套(nestedness)两个组分,探讨了湖泊环境异质性变化与沉水植物群落多样性格局的联系。结果表明:(1)在湖泊尺度上,11个湖泊沉水植物的α多样性呈减小趋势;而大多数湖泊β_(temporal)多样性(同一湖泊不同年份之间的群落结构相异性)无显著变化,且其变异主要由不同物种间的嵌套成分驱动。(2)在流域尺度上,长江中下游湖泊沉水植物的α多样性在演化过程中呈先增大后减小的趋势,β_(spatial)多样性(同一时期不同湖泊之间的群落结构相异性)在演化过程中呈逐渐减小的趋势,而湖泊环境异质性呈逐渐增大的趋势。(3)环境异质性越高的湖泊,其α多样性越小,β多样性越大。这些变化可能是多种因素综合作用的结果,包括人类活动、水质污染、水文变化和气候变化等。本研究对于长江中下游湖泊生态系统管理和保护具有一定理论价值,为制定有效的保护策略和措施提供了科学依据。

关键词：沉水植物湖泊 α多样性 β多样性群落演替环境异质性