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芦芽山鬼箭锦鸡儿灌丛不同深度土壤细菌群落分布格局及其影响因素

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应用生态学报 2024年第2期35卷 381-389页

作者：梁雪丽梁晓霞毛晓雅柴宝峰贾彤山西大学黄土高原研究所太原030006

土壤微生物是陆地生态系统的重要组成部分,影响着土壤形成和肥力、植物生长和胁迫耐受性、养分周转和碳储存等过程。本研究于山西亚高山鬼箭锦鸡儿灌丛采集了腐殖质层、0~10、10~20、20~40、40~80 cm土壤样品,探究不同深度土壤细菌群落... 详细信息

土壤微生物是陆地生态系统的重要组成部分,影响着土壤形成和肥力、植物生长和胁迫耐受性、养分周转和碳储存等过程。本研究于山西亚高山鬼箭锦鸡儿灌丛采集了腐殖质层、0~10、10~20、20~40、40~80 cm土壤样品,探究不同深度土壤细菌群落组成、多样性以及土壤剖面细菌群落的构建机制。结果表明:芦芽山鬼箭锦鸡儿灌丛优势细菌门为放线菌门(19%~28%)、绿湾菌门(10%~36%)、酸杆菌门(15%~24%)和变形菌门(9%~25%)。芦芽山鬼箭锦鸡儿灌丛土壤细菌群落α⁃多样性沿土壤深度的增加而显著降低,并且不同深度土壤细菌群落的β⁃多样性存在显著差异。土壤pH、含水量和酶活性是影响细菌群落分布格局的主要生态因子。腐殖质层和0~10 cm土层土壤细菌群落具有更复杂的相互作用关系,但整体上鬼箭锦鸡儿灌丛土壤细菌群落以共存作用为主。土壤细菌群落的构建主要以随机过程为主。

关键词：土壤细菌群落结构分布格局土壤深度鬼箭锦鸡儿

2000~2021年黄土高原生态分区NEP时空变化及其驱动因子

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环境科学 2024年第5期45卷 2806-2816页

作者：周怡婷严俊霞刘菊王琰山西大学黄土高原研究所太原030006 山西省林业和草原科学研究院太原030012

净生态系统生产力(NEP)是陆地生态系统碳源/汇定量评价的重要指标.以黄土高原地区及6个生态分区(黄土高塬沟壑区A1、A2副区,黄土丘陵沟壑区B1、B2副区、沙地和农灌区(C区)和土石山区及河谷平原区(D区))为研究对象,结合遥感、气象、地形... 详细信息

净生态系统生产力(NEP)是陆地生态系统碳源/汇定量评价的重要指标.以黄土高原地区及6个生态分区(黄土高塬沟壑区A1、A2副区,黄土丘陵沟壑区B1、B2副区、沙地和农灌区(C区)和土石山区及河谷平原区(D区))为研究对象,结合遥感、气象、地形和人类活动数据,采用相关性分析、多元回归残差分析和地理探测器等方法,估算区域NEP并分析其时空变化特征及气候、地形、人为因子对NEP时空变化的影响.结果表明,在时间尺度上,2000~2021年,黄土高原NEP多年平均值(以C计)为104.62 g·(m^(2)·a)^(−1).黄土高原及各生态分区NEP均呈增长趋势,其中,黄土高塬沟壑区A2副区NEP年均增长率最大,为9.04 g·(m^(2)·a)^(−1);沙地和农灌区NEP年均增长率最小,为2.74 g·(m^(2)·a)^(−1).除沙地和农灌区为弱碳源外,其余各生态分区均表现为碳汇.在空间尺度上,黄土高原年均NEP呈现东南高西北低的分布格局,碳汇高值主要分布在黄土高塬沟壑区南部,碳源区主要分布在黄土高塬沟壑区北部、沙地和农灌区的大部;NEP的空间变化有显著差异,高增幅主要分布在A2副区中南部以及B2副区的西南部.黄土高原及各生态分区NEP时间变化受人为因素影响最大,人类活动数据与NEP的相关系数均大于0.80,且人为因素对NEP的贡献率均在50%以上;NEP的空间变化受气象因子的影响较大,降水、太阳辐射是影响空间变化的主导因子.总之,黄土高原NEP的时空变化受自然因素和人类社会因素共同影响.研究结果可为黄土高原陆地生态系统减排增汇及实现双碳目标提供参考.

关键词：黄土高原生态分区净生态系统生产力相关分析残差分析地理探测器

基于物种分布区模拟的中国山茶科植物分布格局与保护策略研究

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山西大学学报(自然科学版) 2024年第2期47卷 441-451页

作者：孙文静王源张明罡山西大学黄土高原研究所

山茶科植物是我国亚热带常绿阔叶林中重要组成类群之一。本研究基于物种分布模型模拟山茶科植物的潜在分布区，并计算生物多样性空间格局指数，包括物种丰富度和系统发育多样性；使用广义线性模型与空间同步自回归模型分析物种丰富度和... 详细信息

山茶科植物是我国亚热带常绿阔叶林中重要组成类群之一。本研究基于物种分布模型模拟山茶科植物的潜在分布区，并计算生物多样性空间格局指数，包括物种丰富度和系统发育多样性；使用广义线性模型与空间同步自回归模型分析物种丰富度和系统发育多样性空间格局的驱动因子；利用新、古特有中心分类分析方法对山茶科植物的特有性中心进行分类分析，推断其分布格局及形成的历史过程；根据未来气候情景下的分布区变化情况，进行“避难所”识别。结果表明：（1）山茶科植物的多样性中心位于中国南部和西南部的广东省、广西壮族自治区和云南省，且山茶科植物的物种丰富度与系统发育多样性格局呈现出明显的纬度梯度；（2）山茶科植物多样性空间格局主要受年降水量的驱动，且对极端低温以及气温稳定性较为敏感；（3）山茶科植物的特有中心主要分布在西南地区，且多为混合特有性中心；（4）当气候发生变化时，降雨量充足的亚热带区域以及气候较为稳定的热带区域容易成为山茶科植物的“就地避难所”，而历史气候稳定的区域则成为其“迁地避难所”。在未来气候变化情景下，山茶科植物大部分物种分布区都会产生迁移，仅有少量的物种分布区较为稳定，大巴山和武陵山地区也是山茶科植物迁入的热点地区，该区域也是中国特有植物的发源地之一。上述结果有助于提高山茶科植物保护行动的科学性和有效性。

关键词：物种分布模型驱动因子气候变化避难所保护策略

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心叶毛蕊茶叶绿体基因组特征及系统发育分析

植物资源与环境学报 2024年第3期33卷 1-13页

作者：胡悦刘兵兵山西大学黄土高原研究所山西太原030006

为了探明心叶毛蕊茶〔Camellia cordifolia(Metc.)Nakai〕叶绿体基因组结构特征及系统发育关系,基于Illumina NovaSeq测序平台的高通量测序技术首次对心叶毛蕊茶叶绿体基因组进行测序,并利用生物信息学相关软件对该基因组进行了组装、... 详细信息

为了探明心叶毛蕊茶〔Camellia cordifolia(Metc.)Nakai〕叶绿体基因组结构特征及系统发育关系,基于Illumina NovaSeq测序平台的高通量测序技术首次对心叶毛蕊茶叶绿体基因组进行测序,并利用生物信息学相关软件对该基因组进行了组装、注释、图谱绘制以及序列特征分析,并基于叶绿体基因组构建了山茶属(Camellia Linn.)16个物种的系统发育树。结果显示:心叶毛蕊茶的叶绿体基因组呈现典型的四分体结构,全长156745 bp,总GC含量为37.3%;基因组有135个基因,其中包括90个蛋白质编码基因、37个tRNA基因以及8个rRNA基因。密码子偏好性分析发现心叶毛蕊茶叶绿体基因密码子偏好以A或U结尾,但整体上密码子使用偏好性较弱。重复序列分析共检测到57个长重复序列和73个简单重复序列(SSR)位点。反向重复区(IR)边界结构分析发现不同物种rps19、ndhF和ycf1(假基因)基因长度以及与边界的距离存在一定差别。系统发育分析表明心叶毛蕊茶与连蕊茶组(Sect.Theopsis Coh.St.)的尖连蕊茶〔Camellia cuspidata(Kochs)Wright ex Gard.Chron.〕亲缘关系较近(自展支持率为100%)。综合研究结果显示:心叶毛蕊茶叶绿体基因组的长度、结构及排列顺序具有高度保守性,IR区边界在进化过程中发生了一定程度的收缩,最常用到的密码子是编码异亮氨酸(Ile)的AUU,以单核苷酸A/T重复序列为主的SSR位点较丰富,叶绿体基因组的碱基组成偏好使用A或T;从分子系统发育的角度支持毛蕊茶组(Sect.Eriandria Coh.St.)与连蕊茶组合并的观点。

关键词：心叶毛蕊茶叶绿体基因组序列比对系统发育分析

不同水平氮添加下华北盐渍化草地根际土壤阴阳离子特征

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应用生态学报 2024年第1期35卷 212-218页

作者：常婕居新伊李凯宁亚楠刁华杰郝杰王常慧董宽虎山西农业大学草业学院/草地生态保护与乡土草种质创新山西省重点实验室山西晋中030801 山西右玉黄土高原草地生态系统国家定位观测研究站山西朔州037200

以华北农牧交错带重度盐渍化赖草草地为对象,研究不同水平氮处理(0、1、2、4、8、16、24、32 g N·m^(-2)·a^(-1))下根际土壤、非根际土壤以及根际与非根际混合土壤的阴阳离子含量,分析外源氮输入影响盐渍化草地土壤理化特征的过程及... 详细信息

以华北农牧交错带重度盐渍化赖草草地为对象,研究不同水平氮处理(0、1、2、4、8、16、24、32 g N·m^(-2)·a^(-1))下根际土壤、非根际土壤以及根际与非根际混合土壤的阴阳离子含量,分析外源氮输入影响盐渍化草地土壤理化特征的过程及机理。结果表明:随着氮添加量的增加,根际、混合和非根际土壤的pH值均显著降低,与对照相比,32 g N·m^(-2)·a^(-1)处理下3种土壤pH值分别下降1.2、0.9和0.6,根际土壤的pH值比非根际土壤降低0.44。根际、混合和非根际土壤的Na+含量显著降低,NO_(3)^(-)含量显著升高。与对照相比,32 g N·m^(-2)·a^(-1)处理下根际土壤Na+含量占可溶性总盐含量的比例减少14%,非根际土壤减少12%,而根际土壤的NO_(3)^(-)含量占可溶性总盐含量的比例增加了29%,非根际土壤增加26%。pH值与土壤NO_(3)^(-)含量呈显著负相关,与Na+含量呈显著正相关。32 g N·m^(-2)·a^(-1)处理下根际土壤的可溶性总盐含量比对照显著减少31.5%,氮沉降可以降低土壤pH值和根际土壤可溶性总盐含量,减轻盐碱胁迫。

关键词：氮沉降根际土壤碱性土赖草盐基离子

不同灌丛根际土壤和根内生细菌的群落结构特征

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环境科学 2024年

作者：郝建华张秀娟李君剑山西大学黄土高原研究所山西省黄河实验室

生态恢复过程中，植被在恢复生态系统功能方面发挥着重要作用，土壤微生物作为土壤生态系统的重要组成部分，不仅驱动了土壤的物质循环过程，而且提高了植物的生产力和抗逆性，为明确不同灌丛根际土壤和根内生细菌的群落结构特征，利用I... 详细信息

生态恢复过程中，植被在恢复生态系统功能方面发挥着重要作用，土壤微生物作为土壤生态系统的重要组成部分，不仅驱动了土壤的物质循环过程，而且提高了植物的生产力和抗逆性，为明确不同灌丛根际土壤和根内生细菌的群落结构特征，利用Illumina高通量测序技术测定了晋西北黄土丘陵区的不同灌丛(灰栒子、忍冬和红瑞木)根际土壤和根内生细菌的组成.结果表明，不同灌丛根际土壤和根内生细菌的优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)；不同灌丛根内生细菌共有的优势属有3个，灌丛的根际土壤和根内生细菌优势属类群不同.根际土壤细菌的物种丰富度和多样性指数均显著高于根内生细菌( P < 0.05).灌丛中约64%的根内生细菌都存在根际土壤细菌中，所以不同生态位的细菌群落组成具有相似性.冗余分析和Pearson相关性分析表明，土壤脱氢酶、土壤N-乙酰-β-D葡萄糖苷酶、碱性蛋白酶、pH和总磷对根内生细菌群落组成影响显著( P < 0.05)，而碱性蛋白酶、pH、总碳和总氮对根际土壤细菌群落影响显著( P < 0.05).偏最小二乘路径分析模型表明，植被能够直接影响细菌群落，也能通过影响土壤理化和土壤酶活间接影响细菌群落.该研究结果为进一步研究灌丛内生菌和抗逆性之间的关系提供一定理论依据.

关键词：灌丛根际土壤细菌根内生细菌群落结构高通量测序

丛枝菌根真菌对白茅枯落物养分特征及酶活性的影响

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山西大学学报(自然科学版) 2024年

作者：张越姚玉珊郑梦瑶贾彤山西大学黄土高原研究所山西省黄河实验室山西省黄土高原生态恢复重点实验室

在受损生态系统中，枯落物作为土壤有机质的主要来源，对改善矿区土壤肥力具有重要作用。本研究模拟铜尾矿贫瘠土壤环境，研究不同氮素水平下接种近明球囊霉（GC）、幼套球囊霉（GE）、根内球囊霉（RI）和摩西管柄囊霉（FM）四种AMF对... 详细信息

在受损生态系统中，枯落物作为土壤有机质的主要来源，对改善矿区土壤肥力具有重要作用。本研究模拟铜尾矿贫瘠土壤环境，研究不同氮素水平下接种近明球囊霉（GC）、幼套球囊霉（GE）、根内球囊霉（RI）和摩西管柄囊霉（FM）四种AMF对白茅枯落物属性及其酶活性的影响。研究结果表明，矿砂中接种GE可显著提高白茅枯落物总氮含量。低氮处理下，接种GC和GE提高了白茅枯落物纤维素酶活性，RI可提高蔗糖酶活性。非矿砂高氮处理下，枯落物pH与多酚氧化酶和脲酶活性均显著负相关，低氮处理下，枯落物pH与脲酶和过氧化氢酶显著正相关。矿砂低氮条件下，枯落物蔗糖酶活性均与枯落物总碳和pH显著正相关，多酚氧化酶活性与枯落物硝态氮含量、枯落物p H呈显著正相关。该研究对铜尾矿受损生态系统枯落物分解机制的研究有一定意义，对筛选有益的微生物菌种资源，提高矿区生态系统物种循环和营养转化效率有正向作用。

关键词：矿区生态系统丛枝菌根真菌氮素水平枯落物酶活性

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山西黄河流域水生态系统服务时空分析

干旱区地理 2024年第6期47卷 1047-1060页

作者：侯晋星潘换换杜自强武志涛张红山西大学黄土高原研究所山西太原030006 山西亚高山草地生态系统教育部野外科学观测研究站山西忻州036707

生态系统服务是支撑经济社会发展和人类生存条件的要素,其中水生态系统服务对于维持人类生产生活以及生态环境等都具有重要意义。然而,目前对流域水生态服务研究相对薄弱。基于InVEST(Integrated valuation of ecosystem services and t... 详细信息

生态系统服务是支撑经济社会发展和人类生存条件的要素,其中水生态系统服务对于维持人类生产生活以及生态环境等都具有重要意义。然而,目前对流域水生态服务研究相对薄弱。基于InVEST(Integrated valuation of ecosystem services and trade offs)模型量化了山西黄河流域2000—2020年的产水量、水源涵养和水质净化服务的时空分布格局。探讨了气候条件和土地利用与产水量、水源涵养和水质净化服务之间的关系。结果表明:(1)近20 a,流域的产水量出现了波动上升的变化,且高峰值的出现在2020年,达152.37 mm。在空间上产水量分布差异明显,高值区范围扩大,低值区范围缩小。土地利用和气候变化共同影响山西黄河流域产水服务时空变化。气候变化对流域产水服务的贡献率远大于土地利用变化。(2)近20 a,流域水源涵养量与产水量变化趋势基本一致,整体呈波动上升趋势。高峰值的出现在2020年,达100.32 mm。空间上,林地水源涵养量增加最多,其次为草地,降水量大且蒸散相对较小的地区水源涵养能力显著高于其他地区。相比土地利用,气候因素对水源涵养量的影响更大。(3)在水质净化方面,同时期流域N、P输出量呈现逐年递减的态势,在2020年N、P输出量均达到最低值,分别为0.4739 kg·hm^(-2)和0.0366 kg·hm^(-2)。空间上,山区和丘陵地区的N、P输出量显著低于平原和盆地。人类农业活动特别是对农业用地中化肥的广泛投入是造成水环境污染的主要原因,同时伴随城市化发展的不透水地面的扩张也会对研究区水质净化造成一定的影响。研究结果可为山西黄河流域水生态系统保护及生态补偿与流域科学管理提供参考。

关键词：生态系统服务产水量水源涵养水质净化黄河流域

铜尾矿区白羊草枯落物不同分解阶段微生物群落功能研究

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山西大学学报(自然科学版) 2024年第1期47卷 227-237页

作者：梁雪丽王昱雯柴宝峰贾彤山西大学黄土高原研究所山西省黄河实验室黄土高原生态恢复山西省重点实验室

枯落物分解在草地生态系统能量流动和物质循环中具有重要作用，是连接生物与土壤两大碳库的“纽带”。本研究以山西省中条山铜矿区优势植被白羊草为研究对象，在野外原生生境下，模拟枯落物分解过程，基于宏基因组测序技术，探究白羊草... 详细信息

枯落物分解在草地生态系统能量流动和物质循环中具有重要作用，是连接生物与土壤两大碳库的“纽带”。本研究以山西省中条山铜矿区优势植被白羊草为研究对象，在野外原生生境下，模拟枯落物分解过程，基于宏基因组测序技术，探究白羊草枯落物不同分解阶段（分解100天、200天、460天）微生物群落结构、功能及其关键影响因子。结果表明：（1）白羊草枯落物微生物群落包含125个门、1 069个科、2 800个属和12 364个种，优势菌种为变形菌门和放线菌门。（2）基于egg NOG和KEGG数据库注释结果，表明枯落物微生物分解过程中微生物的代谢功能最为活跃，其中，糖代谢和能量代谢表现最为突出。（3）枯落物pH、碳氮比、多酚氧化酶、纤维素酶以及枯落物重金属镉和铅是影响微生物群落功能的关键生态因子。该研究结果明确了受损生态系统枯落物分解过程中的微生物碳代谢功能特征；同时，探究了枯落物微生物发挥的重要生态功能，为揭示铜尾矿区枯落物微生物对土壤碳库的贡献提供科学依据。

关键词：铜尾矿区白羊草枯落物宏基因组功能多样性