微型生物在岩溶碳循环中的作用研究回顾与展望

全球气候变化问题使岩溶系统碳循环的研究倍受关注,有关微型生物及其碳酸酐酶在岩溶系统碳循环中的作用的认识也在不断深入。文章回顾了微型生物及其碳酸酐酶在碳酸盐岩风化以及碳酸盐岩沉积过程中的作用过程及作用机制,指出未来的研究需结合不同岩溶生态环境,量化微型生物及其碳酸酐酶对岩溶生态系统碳增汇的影响,为深入研究微型生物及其碳酸酐酶对岩溶碳汇的贡献、增加岩溶生态系统碳汇的能力、助力实现碳中和提供参考。      

CO2浓度梯度对两种岩溶微藻碳酸酐酶活性的影响

以经岩溶水驯化的小球藻（Chlorella vulgaris）和喜钙念珠藻(Nostoc calcicola Breb.)为实验对象,在封闭体系中用Willbur和 Anderson 方法比较研究两种不同微藻在不同CO2浓度下碳酸酐酶活性变化情况。结果表明:在低于3%CO2浓度的环境中岩溶微藻可通过快速调节自身碳酸酐酶活性来应对CO2升高带来的生境影响,在影响最大的2.5%的环境下小球藻与喜钙念珠藻碳酸酐酶活性分别提高了1.46倍和2.12倍;岩溶微藻应对CO2浓度增大带来的pH下降有着重要的恢复作用,随培养时间增长培养环境中的pH得到恢复;随着CO2浓度的增大,岩溶因子对碳酸酐酶有着重要的影响;培养48 h时Ca2+与喜钙念珠藻碳酸酐酶的相关性最高,而电导率（EC）与小球藻碳酸酐酶相关程度最高。      

岩溶区和非岩溶区玉米光合作用与锌含量和碳酸酐酶关系的对比研究

采用田间试验方法对比研究岩溶区和非岩溶区玉米叶片光合作用与锌含量和碳酸酐酶活性的关系, 结果表明: 岩溶区施加有机肥的土壤有效锌和玉米叶片锌含量均高于非岩溶区,岩溶区和非岩溶区的玉米叶片的锌含量分别为47. 85mg /kg 和43. 35 mg /kg ;岩溶区玉米叶片的碳酸酐酶活性和光合作用也高于非岩溶区,岩溶区的碳酸酐酶活性平均为5. 622U,非岩溶区的碳酸酐酶活性平均为3. 485U;碳酸酐酶活性随玉米叶片的锌含量增加而提高,而玉米光合作用效率随碳酸酐酶活性增加而提高,反映了土壤锌含量对玉米叶片锌含量、碳酸酐酶活性和光合作用的控制。      

长江流域不同地质生态环境土壤碳酸酐酶活性、有机碳含量及其相关性

为了探讨流域岩溶生态系统土壤碳酸酐酶(CA)活性、有机碳含量及CA固碳之间的潜在关系,选取长江流域干流及支流沿岸不同地质生态环境下的10个样地,比较长江流域不同地质生态环境下表层土壤(0~20cm)中的碳酸酐酶(CA)活性与土壤有机碳(SOC)含量,并分析二者之间的关系。结果表明:(1)长江流域岩溶区的表层土壤CA活性要高于非岩溶区(P0.01),土壤CA活性的差异与样地的地质类型及植被类型不同有关;(2)位于岩溶区高场(GC)样地的年平均SOC含量最高(1.09%),而位于非岩溶区外洲(WZ)样地的年平均SOC含量最低(0.29%),而且总体比较而言,长江流域冬季表层土壤的平均SOC含量显著高于夏季(P0.01);(3)相关性分析结果显示,不同季节长江流域岩溶区表层土壤CA活性与SOC含量呈一定的正相关。研究结果为进一步研究流域岩溶生态系统土壤CA与土壤固碳能力之间的关系奠定了基础。     

从第三极到北极： 热喀斯特及其对碳循环影响研究进展

北半球多年冻土区储存着大量的土壤有机碳, 气候变暖加剧了多年冻土退化, 多年冻土退化最明显的特征是热喀斯特。热喀斯特会直接导致活动层及多年冻土层土壤有机质暴露, 并改变水文、 植被和土壤生物环境条件, 对生态系统碳循环具有重要影响。热喀斯特对碳循环的影响是评估多年冻土碳循环和气候变化关系不确定性的关键问题之一。然而, 在气候变暖背景下热喀斯特地貌的发育及其对碳循环影响有多大, 目前对这个问题仍然缺乏足够的认识。通过综合比较第三极和北极热喀斯特相关研究, 分析了第三极和北极地区热喀斯特地貌特征及其变化趋势, 阐述了热喀斯特对植被演替、 土壤碳损失和生态系统温室气体排放过程的影响, 并提出了未来热喀斯特研究可能遇到的挑战。认识热喀斯特碳循环过程, 是评估气候变化对多年冻土碳循环影响的关键环节, 有助于加强多年冻土区生态系统碳循环与气候变暖之间反馈关系的认知。     

碳酸酐酶胞外酶影响下的岩溶湖泊微藻碳汇研究

以岩溶湖泊——红枫湖的微藻为研究对象,通过添加两种标记稳定碳同位素组成的无机碳进行室内模拟岩溶环境条件;并通过添加不同浓度的乙酰唑胺（AZ）,来模拟岩溶湖泊中碳酸酐酶胞外酶活性差异的各类微藻。重点监测微藻蛋白质含量及其稳定碳同位素组成变化等指标,计算其对不同来源无机碳的吸收利用份额,并结合微藻的生物量生长指标,最终计算出碳酸酐酶胞外酶活性差异的各种微藻的碳汇能力。结果显示:在岩溶湖泊的自然水体中,碳酸酐酶胞外酶活性强的微藻碳汇能力是缺乏碳酸酐酶胞外酶的微藻碳汇能力的5倍。碳酸酐酶胞外酶对微藻光合碳汇能力的影响显著。      

岩溶关键带及其碳循环研究进展

岩溶关键带的范畴包含了大气-(降水)-植被-土壤-裂隙-基岩-水组成的“碳-水-钙”循环强烈的表层岩溶带以及岩溶管道-洞穴-地下河-隔水层组成的巨大岩溶地下空间,岩溶关键带碳循环是岩溶地球系统科学研究的前沿方向。总结概括了岩溶地球系统科学发展至今的岩溶关键带范畴内碳循环及其对大气CO2源汇效应的研究成果,包括早期碳运移模型、当前主流的区域岩溶碳汇量的计算方法和结果以及“生物碳泵”的新发现等,讨论了当前岩溶碳循环研究框架过于单一或不一致以及碳周转时间尺度等问题,提出应对岩溶关键带碳输入、赋存以及碳输出的各个环节做出系统化监测,通过联网在线高分辨率监测站点的建设以及“3S”技术实现点位到区域的研究,使岩溶碳汇在全球碳循环模型中的重要性更具说服力。     

西南岩溶环境中典型植物适应机制的初步研究

岩溶生态系统是受岩溶环境制约的生态系统,中国西南7省1市岩溶环境中存在石漠化趋势。植被的恢复和生态重建具有非常重要的意义。土壤微生物和植物的碳酸酐酶(carbonic anhydrase,简称CA)在生物岩溶作用中扮演重要角色,对岩溶生态系统的良性演化具有重要作用。从元素迁移的生物地球化学特性和植物、微生物的碳酸酐酶等生理生化指标出发,考察西南岩溶环境中典型植物可能的适应机制,即植物适应偏碱性逆境、高钙逆境、土壤贫瘠逆境、干旱逆境的机制。根据典型植物在西南岩溶环境中的适应机制和植被演替规律,从改善立地条件入手,先草后灌木、乔木来进行石漠化治理。与非岩溶区植物相比,西南岩溶区植物的铝含量较低,重金属(如铅、汞)的含量较低,是一种较优良的绿色植物。由于岩溶区土壤含水量较低等原因导致植物脯氨酸含量的显著增加,脯氨酸具有抗氧化活性,螯合金属离子减少其毒性等特性,可以开发富含脯氨酸的特种食品。这表明在岩溶环境中经济植物的地域性开发意义重大。     

西南岩溶区农田生态系统岩溶作用及碳汇效应：以重庆南川市三泉镇为例

岩溶地区的碳循环是地质作用和生物作用最好的结合点,系统研究农田生态系统中石灰岩溶蚀作用强度对精确估算岩溶作用的碳汇效应具有重要意义。通过在重庆南川市三泉镇选择菜地、旱地、冬水田、两季田、草地、未利用地等样地类型进行以一个水文年为周期的标准溶蚀试片溶蚀试验、土壤剖面与植被样方观测以及土壤、标准溶蚀试片样品分析,探讨了农田...     

祁连山地区不同植被生态系统固碳价值量估算及时空演变分析

基于改进的CASA模型测算祁连山地区植被净初级生产力（NPP）物质量, 并进一步基于光合作用方程式、 碳循环过程模型估算了研究区2005年、 2010年、 2015年植被、 土壤固碳量及价值, 旨在定量分析该区域不同植被生态系统植被、 土壤固碳价值时空演变情况, 为制定更科学合理的碳管理措施提供科学依据。研究表明： 祁连山地区2005 - 2015年植被、 土壤固碳价值呈递增趋势, 2005年、 2010年、 2015年植被、 土壤固碳价值分别为515.95、 356.56亿元; 491.05、 404.36亿元; 581.55、 465.65亿元, 土地类型的改变使得植被、 土壤固碳分别增长12.72%、 30.39%。从空间分布上看, 东部植被、 土壤固碳量明显高于西部, 林地固碳能力最高, 单位面积固碳量为10.19 t·hm^-2。草地是研究区分布最广的植被, 且其对该地区植被、 土壤固碳贡献比为51.13%、 49.34%。     

硅藻碳酸酐酶对石灰岩岩溶的作用及其生态意义

碳酸酐酶(carbonic anhydrase,CA)是一种广泛存在的金属酶,催化CO2的水合反应。硅藻分泌的碳酸酐酶能促进石灰岩的溶蚀。对硅藻碳酸酐酶在石灰岩岩溶中的作用进行了探讨。结果表明,硅藻碳酸酐酶在生物岩溶中具有重要的作用和地位,同时为深入研究生物对石灰岩的溶蚀作用提供了一定的科学依据。     

Influences of alpine ecosystem degradation on soil temperature in the freezing-thawing process on Qinghai–Tibet Plateau

The alpine ecosystem is very sensitive to environmental change due to global and local disturbances. The alpine ecosystem degradation, characterized by reducing vegetation coverage or biomass, has been occurring in the Qinghai–Tibet Plateau, which alters local energy balance, and water and biochemical cycles. However, detailed characterization of the ecosystem degradation effect is lack in literature. In this study, the impact of alpine ecosystem degradation on soil temperature for seasonal frozen soil and permafrost are examined. The vegetation coverage is used to indicate the degree of ecosystems degradation. Daily soil temperature is monitored at different depths for different vegetation coverage, for both permafrost and seasonal frozen soils. Results show that under the insulating effort of the vegetation, the freezing and thawing process become quicker and steeper, and the start of the freezing and thawing process moves up due to the insulating effort of the vegetation. The influence of vegetation coverage on the freezing process is more evident than the thawing process; with the decrease of vegetation coverage, the integral of frozen depth increases for seasonal frozen soil, but is vice versa for permafrost.     

贵州普定6种喀斯特石生植物及其土壤的碳酸酐酶活性

以贵州普定喀斯特石漠化区域石生银叶真藓（Bryum argenteum Hedw.）、扭口藓（Barbula unguiculata Hedw.）、穗枝赤齿藓（Erythrodontium julaceum(Schwaegr.)Par.）、美灰藓（Eurohypnum leptothollum(C. Muell. )Ando.）、东亚砂藓（Racomitrium japonicum Dozy et Molk.）和雪茶（地衣）（Thamnolia vermicularia(Ach.)Asa-hina）为对象,研究了这些石生植物和其基质土壤碳酸酐酶（CA）的活性,可为石生植物的生物岩溶作用机理和石漠化生态环境的治理提供一定的参考。结果表明,6种植物CA的活性存在一定的差异,以美灰藓的CA活性272.99 U·g-1(FW)最高,东亚砂藓的CA活性33.45 U·g-1(FW)最低;银叶真藓基部土壤CA活性最高,为101.81 U·g-1(干土),美灰藓CA活性15.95 U·g-1(干土)最低。CA活性与土壤全磷、全钾、石砾含量和土壤含水量之间呈极显著的相关性。      

花江喀斯特峡谷地区石漠化成因初探

花江喀斯特峡谷区地下水埋藏深,地表干旱,存在显著的人为加速土壤侵蚀过程,植被次生性明显,生境干热特征显著,是已石漠化和半石漠化的生态系统。其中地质构造、地貌演化、岩溶形态、可开发利用的水资源、植被群落可能是石漠化过程的主要自然成因,以土地利用为表现形式的强烈人类活动是石漠化的驱动力。基于此,提出了石漠化地区的土地利用方式和生态恢复过程的建议,旨在为石漠化的演化研究及生态重建提供参考。     

岩溶生态系统中的植物

岩溶生态系统是受岩溶环境制约的生态系统,是脆弱的生态系统,缺水、少土、富钙是岩溶生态系统无机环境的基本特征,植物与岩溶环境长期的相互作用,演化出独特的岩溶植物。岩溶植物具有喜钙性、石生性、旱生性,其多样性表现为少属科、寡种属和特有种,更有岩溶生态系统中特有的洞穴弱光带、天坑植物群落。植物是生态系统的生产者,肩负着生态系统的生产力、生态服务功能的重任,退化岩溶生态系统的修复,需要根据中国岩溶生态系统发育特色,探索发展具有仿自然特色的生态产业,走出岩溶区“绿水青山就是金山银山”的道路,完善中国岩溶生态系统理论。      

宁东煤炭基地植被生态特征及矿业开发对其的影响

准确评估大型能源基地矿业开发活动对区域植被生态系统影响具有重要的科学意义和实践价值。利用2000—2017年中分辨率成像光谱仪(MODIS)连续观测的生态系统参量,定量研究宁东煤炭基地开发建设以来的植被生态系统时空变化特征,分析矿业开发对植被生态系统的影响。结果表明,随着宁东煤炭基地开采活动的持续,区域植被生态系统的生产力及其与大气之间的水汽交换强度整体增强,归一化植被指数、总初级生产力、净初级净生产力和蒸散的年增长幅度分别为0.0053、5.10g·C/(m2·a-1)、4.10g·C/(m2·a-1)和6.62mm/a;这4种指标在空间像元上也以增长趋势为主,且未来多数像元有持续增强的特征,但生态系统的水分利用效率却在降低。空间分析表明,大尺度植被生态演变受矿业活动影响微弱,其主要受制于气候和区域性的生态治理工程。