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研究揭示干旱对植物群落的调控机制

日期: 2018-11-17
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研究揭示干旱对植物群落的调控机制

研究揭示干旱对植物群落的调控机制

近日,中科院沈阳生态所生态计量化学团队以植物群落养分计量为核心,基于草地样带调查和控制实验的多源数据开展定量评估,阐释了植物对长期和短期水分胁迫的响应机制。相关成果发表于《生态学》(Ecology)。

在全球气候变化背景下,内蒙古草原干旱强度和频度呈多发趋势。水分是该生态系统植物生存和繁衍的主要驱动因子,干旱事件将对草原生态系统结构和功能产生深远影响。

氮和磷是影响陆地生态系统植物生存、生长和繁殖的主要因子。因此,该团队以群落养分计量为全新理念和视角,探究水分胁迫对生态系统结构和功能影响的内在机制和过程,厘清种内和种间的竞争作用关系对群落结构和动态的影响,旨在为理解草地退化机制、加快退化草地恢复提供参考。

研究结果显示,长期水分胁迫下,植物通过内稳态机制提高养分浓度,增强群落的抵抗能力,物种周转是该过程的主要影响因素,但在短期干旱条件下,群落养分对水分胁迫的响应更复杂。整体而言,群落氮浓度上升、磷浓度下降时,种内竞争和物种周转共同影响该生态过程。此外,不同区域群落养分响应程度具有明显差异。极度干旱地区,植物群落养分抵御水分胁迫的能力最强,响应最迟缓。

该团队表示,未来研究应建立大型联网干旱实验平台,紧密结合控制实验和自然梯度实验,提高实验结果的准确性和有效性,为建立草地生态系统自然评估体系提供重要理论依据。(来源:中国科学报唐凤)

 

Differential responses of canopy nutrients to experimental drought along a natural aridity gradient

 

Abstract  The allocation and stoichiometry of plant nutrients in leaves reflect fundamental ecosystem processes, biotic interactions, and environmental drivers such as water availability. Climate change will lead to increases in drought severity and frequency, but how canopy nutrients will respond to drought, and how these responses may vary with community composition along aridity gradients is poorly understood. We experimentally addressed this issue by reducing precipitation amounts by 66% during two consecutive growing seasons at three sites located along a natural aridity gradient. This allowed us to assess drought effects on canopy nitrogen (N) and phosphorus (P) concentrations in arid and semiarid grasslands of northern China. Along the aridity gradient, canopy nutrient concentrations were positively related to aridity, with this pattern was driven primarily by species turnover (i.e., an increase in the relative biomass of N and Prich species with increasing aridity). In contrast, drought imposed experimentally increased N but decreased P concentrations in plant canopies. These changes were driven by the combined effects of species turnover and intraspecific variation in leaf nutrient concentrations. In addition, the sensitivity of canopy N and P concentrations to drought varied across the three sites. Canopy nutrient concentrations were less affected by drought at drier than wetter sites, because of the opposing effects of species turnover and intraspecific variation, as well as greater drought tolerance for nutrientrich species. These contrasting effects of longterm aridity vs. shortterm drought on canopy nutrient concentrations, as well as differing sensitivities among sites in the same grassland biome, highlight the challenge of predicting ecosystem responses to future climate change.


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    2026 - 04 - 02
    土壤线虫是土壤生态系统中数量最丰富、功能多样性最高的后生动物类群之一。它们在土壤食物网中占据多个营养级位,涵盖植食性、食细菌性、食真菌性、捕食性及杂食性等多种营养类群,通过与植物根系、微生物及其他土壤动物之间的复杂互作,深度参与有机质分解、养分矿化、碳氮循环等关键生态过程。因其对土壤环境变化敏感,且形态特征与群落结构与土壤管理措施、污染胁迫等密切相关,土壤线虫常被用作指示土壤健康状况和评价生态系统可持续性的重要生物指标。01     提取步骤土壤线虫的提取采用贝尔曼漏斗分离法。具体步骤如下:(1)准备工作:准备足够数量的玻璃漏斗,固定在架子上;在漏斗口放置网筛,漏斗下端接橡胶管,并安装止水弹簧夹;(2)提取工作:称量新鲜土壤50 g,使用纸巾包裹,放置于网筛上,并缓慢添加清水浸没纸包,静置48小时; (3)固定工作:静置完成后,打开橡胶管的止水夹,用离心管接取7 mL左右的液体,放入到60℃水浴锅中加热3分钟,杀死土壤线虫;往离心管中添加7 mL甲醛溶液,使最后的甲醛浓度达到4%左右,以获得最佳保存效果,并做好记号备用。图1 提虫装置示意图02     鉴定步骤(1)计数:将离心管的液体摇匀,全部倒入细胞计数皿,在奥林巴斯CKX-44倒置显微镜下放大100倍进行计数,计数完成后倒回离心管,并用少量清水清洗计数皿,也倒回离心管,尽量回收样品中的所有线虫;(2)鉴定:计数完成后的离心管静置一晚,用移液枪吸走上清液,取最后一滴液体滴于载玻片中央,并用盖玻片盖上,使用中性树胶封片;制作好的临时玻片使用尼康Eclipse 80i生物显微镜放大100-400倍对线虫进行形态学鉴定;线虫数量少于100条时,全部鉴定,若大于100条,一般取最先遇到的前100条线虫进行鉴定。根据线虫的形态学特征,主要依据Bongers所著...
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    滨海湿地是全球重要的“蓝碳”储库,其来自陆海传输中形成的外源老化碳可占50%以上。然而,目前对于这些老化碳在滨海生态系统中储存机制尚不清楚,特别是矿物结合与微生物转化之间的协同作用仍是蓝碳科学中的关键短板,亟待建立相关机制模型以指导蓝碳的管理与评估。中国科学院烟台海岸带研究所李远副研究员、韩广轩研究员联合天津大学宋照亮教授、中国科学院南京土壤研究所骆永明研究员以及国内外多家单位,跨越20个纬度梯度对中国沿海36个红树林和盐沼湿地进行了系统调查。通过对表层土壤和1米深沉积柱的综合分析,结合14C同位素测年、生物标志物和模型解译,系统揭示了矿物-微生物协同作用对蓝碳周转与储存的联合调控机制。图1 海岸带红树林和盐沼研究点位及土壤有机碳特征分布研究发现,盐沼与红树林在碳周转时间上存在显著差异。具有高矿物沉积速率的盐沼湿地表现出比红树林更长的土壤有机碳周转时间(表层土壤平均为2200年 vs. 500年)。这一差异主要归因于盐沼中含有更高比例的老化碳(~50%)和化石碳(~20%)。在组分分配上,盐沼表层土壤的矿物结合态有机碳(MAOC)比例高达81.5%,显著高于红树林的66.6%,且盐沼含有更高比例的木质素酚(3.5% vs. 3.1%)和微生物残体碳(21% vs. 14%)。这表明在外源输入主导的生态系统中,SOC主要来自高降解的老化碳库。图2 基于14C的海岸带红树林和盐沼土壤有机碳组成和周转进一步应用线性混合效应模型和结构方程模型解析得出,矿物-微生物协同作用随深度发生显著转移:在表层土壤(0-20 cm)中,由于新鲜有机质输入丰富,微生物残体碳的积累是驱动碳周转的关键因素(影响系数 = 0.36);而在深层土壤(1 m)中,木质素的降解程度取代微生物生物量,成为决定有机碳千年尺度持久封存的主要预测因子(影响系数 = 0.45)。图3 海岸带红树林和盐沼表层和深层土壤有...
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    2026 - 01 - 30
    岗位一招聘岗位:技术支撑招聘人数:3人      综合月薪:7k-15k岗位职责1、项目前期对接(回复技术咨询,确认实验方案等);2、监督项目进度(与实验室对接检测要求,监督进度、确认数据);3、项目后期处理(追踪数据发放,协助处理项目结算等);4、老客户维护和新客户开发。岗位要求1、生态学、农学、土壤学等专业硕士学历;2、有相关实验经验优先(氨基糖,木质素酚,土壤酶活,微生物碳氮磷,有机氮组分、新污染物、代谢组学等),熟悉常规实验方法;3、熟悉相关实验室仪器设备(TOC仪,元素分析仪,液相等),具备相关实验数据的分析能力;4、性格外向,沟通能力强,能适应偶尔出差;岗位二招聘岗位:实验员招聘人数:8人      综合月薪:5k-10k岗位职责1、完成组内实验;2、完成领导安排的工作;3、进行实验的部分开发与验证。岗位要求1、生态学、农学、土壤学等专业硕士学历,优秀本科生亦可;2、有土壤、植物等理化实验经验;3、性格乐观开朗,主动性强;工作仔细耐心,有研究创新精神。岗位三招聘岗位:品牌经理招聘人数:15人     综合月薪:8k-20k岗位职责1、负责所在区域高校、单位的开拓推广工作,进入高校开展线下讲座、业务宣讲等活动;                                   2、定期拜访高校和企业相关重点客户,维持良好的检测合作关系;3、主动学习各种专业知识,关注行业动态及政策;4、负责完成上级领导布置的业绩目标。岗位要求1、生态学、农学、土壤学等专业硕士学历;2、有相关实验经验优先(氨基糖,木质素酚,土...
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案例名称: 孵化中心
说明: 栢晖生物科技有限公司项目孵化中心成立于2015.06.01日,研发领域涉及生物试剂耗材、仪器、新产品开发及各生物科技服务类项目等。自成立以来,陆续吸引了大批专家教授加盟合作,并与全国数十家高校及知名企业建立了良好的合作关系。中心共有博士及以上学位骨干人员10人,专门负责公司新产品研发等工作,已成功研发出无线温度监控器及NO检测试剂盒等产品(详情见成功案例),另有细胞分选仪等三个项目正在积极孵化当中。
2017 - 05 - 31
案例名称: 孵化中心流程
说明:
2017 - 07 - 17
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