已有研究表明氮沉降可显著影响土壤线虫群落组成和多样性.然而,目前大多数研究集中在无机氮沉降的影响,而对于不同氮素形态对土壤线虫群落影响的研究还不是很清楚.利用运行5年的模拟氮沉降试验平台,开展了4个氮添加处理即对照(无氮添加,CK)、无机氮(硝酸铵,IN),有机氮(尿素和甘氨酸1:1混合,ON)和混合氮(无机氮和有机氮7:3混合,MN)添加对温带森林土壤线虫群落组成和多样性的影响研究,采用浅盘法分离线虫,土壤性质如pH、含水量、全碳全氮分别采用电位法、烘干法和元素分析仪法进行测定,应用营养类群组成、区系分析和代谢足迹分析不同形态氮沉降下土壤线虫群落结构特征.共分离线虫50个属,其中在CK样地中共发现29个属,在IN,ON和MN处理中分别发现线虫属37个,34个和29个,盘旋属Rotylenchus和大节片属Macroposthonia在所有处理中均为优势属.结果表明,与CK相比,IN处理、ON处理和MN处理均显著增加了土壤硝态氮含量.与无机氮相比,混合氮处理显著降低了食真菌线虫数量,有机氮处理显著增加了捕食杂食性线虫数量.与对照相比,无机氮处理显著增加了线虫多样性指数(H'),IN处理的均匀度指数(J)显著高于CK和MN处理,混合氮处理对应的优势度指数(A)显著高于其他3个处理.在CK和ON处理,线虫的结构指数(SI)较高,富集指数(EI)较低,表明这两个处理的土壤受干扰程度较小,食物网处于结构化状态.在IN和MN处理,土壤线虫富集指数和结构指数均较高(＞50),表明食物网稳定成熟.食真菌线虫代谢足迹和生物量碳在无机氮处理最高.有机氮和混合氮处理显著增加了捕食杂食性线虫代谢足迹和生物量碳.以上结果表明,不同氮素形态不仅对土壤线虫群落组成产生了影响,而且其代谢足迹也发生了显著的变化,这一结果有助于揭示温带森林对氮沉降的响应机制.

目的:研究痛麻杞宁方对大鼠实验性糖尿病周围神经病变(DPN)的改善作用及机制.方法:采用高糖高脂饲料喂饲加腹腔注射链脲佐菌素复制DPN大鼠模型.造模成功后,将模型大鼠随机分为模型对照组、二甲双胍200 mg/kg组、痛麻杞宁方30g生药/kg、15 g生药/kg和7.5g生药/kg组,另设空白对照组,每组10只.连续灌胃给药6周后,检测各组大鼠的足迹步态和坐骨神经SNCV;取坐骨神经HE染色;腹主动脉取血检测大鼠血浆FPG、GHb水平、血清FINS、TC、TG、LDL-C、HDL-C、ET-1和NO水平、RT-PCR法测定大鼠肝细胞膜InsR和坐骨神经eNOS mRNA表达水平.结果:痛麻杞宁方30 g生药/kg组能明显增加DPN模型大鼠后足PL和TS值,明显提高大鼠坐骨神经SNCV,改善坐骨神经病变,使大鼠血浆FPG水平出现下降趋势,明显降低血浆GHb及血清FINS水平,显著降低血清TC、TG、LDL-C及ET-1水平,明显提高血清HDL-C和NO水平,显著上调肝细胞膜InsR和坐骨神经组织中eNOS mRNA的表达.结论:痛麻杞宁方对大鼠实验性DPN具有改善性作用,其作用机制可能与调节血糖、血脂水平和血管舒张功能有关.

随着对气候变化和粮食安全的的日益认识,低碳农业引起了人们的广泛关注.低碳农业的研究需要综合考虑作物产量和温室气体排放,改进氮肥管理可能有助于减缓作物生产系统的温室气体排放,同时实现对作物稳产甚至高产的需求.本试验利用生命周期法研究了不同施氮量(150、225、300kgN·hm-2)对春玉米-晚稻轮作系统碳足迹的影响.结果表明:随着氮肥用量增加,两季作物生产过程中温室气体和碳足迹增加.在春玉米生产过程中,氮肥生产和施用引起的温室气体排放对碳足迹贡献最大,占36.2％ ～ 50.2％;而在晚稻生产中,甲烷的排放贡献最大,占42.8％ ～ 48.0％,并且随氮肥用量增加甲烷排放增加.当氮肥施用量减少25％(225 kgN· hm-2)和50％(150 kg N·hm-2)时,春玉米生产的温室气体排放分别下降了21.9％和44.3％,碳足迹分别下降了20.3％和39.1％;晚稻生产的温室气体排放分别下降了12.3％和20.4％,碳足迹分别降低了13.7％和l6.7％.氮肥减量对春玉米产量无显著影响,而晚稻产量在225 kgN· hm-2施肥量下最高.因此,春玉米氮肥用量降低至150kgN· hm-2和晚稻氮肥用量降低至225 kg N· hm-2不仅能够保持作物高产,而且还能大幅度降低作物系统的碳足迹.

量化作物生产的碳足迹有助于为农业生态系统温室气体减排提供理论依据.利用生命周期法研究了我国南方地区稻田春玉米-晚稻水旱轮作种植模式和早稻-晚稻连作种植模式下粮食生产的碳足迹,并定量分析粮食生产过程中各种碳排放源的相对贡献.结果 表明,与早稻-晚稻的连作模式相比,春玉米-晚稻轮作模式的单位面积碳排放降低了6724 kg CO2-eq/hm2,单位产量的碳足迹降低了0.56 kg CO2-eq/kg.春玉米比早稻少排放6228 kg CO2-eq/hm2;与早稻-晚稻模式中晚稻碳排放相比,春玉米-晚稻轮作模式晚稻碳排放降低了497 kg CO2-eq/hm2.早稻-晚稻种植模式的碳足迹主要来源于甲烷(CH4),其碳排放为9776 kg CO2-eq/hm2(54.8％),氮肥生产和施用的碳排放为2871 kg CO2-eq/hm2(16.1％),灌溉电力消耗的碳排放2849 kg CO2-eq/hm2(16.0％).春玉米-晚稻轮作模式的碳足迹主要来源于CH4的碳排放4442 kg CO2-eq/hm2(39.9％),氮肥生产和施用的碳排放2871 kg CO2-eq/hm2(25.8％),灌溉电力消耗的碳排放1508 kg CO2-eq/hm2(13.6％).该模式中晚稻的碳足迹组成情况与春玉米-晚稻模式的碳足迹相似.但是,对于春玉米而言,其碳足迹主要来源氮肥生产和施用的碳排放1436 CO2-eq/hm2(50.1％),氧化亚氮(N2O)的碳排放为579 kg CO2-eq/hm2(20.2％),CH4的碳排放为378 CO2-eq/hm2(13.2％).同时,相比于早稻-晚稻中晚稻的产量(6333 kg/hm2),春玉米-晚稻轮作模式下的晚稻产量(7270 kg/hm2)提高了14.8％.因此,引入春玉米-晚稻轮作模式有利于提升稻田生产力,降低稻田连作系统碳排放和碳足迹.

城市食物源氮消费产生的环境排放是全国氮污染的重要源头,城市食物氮足迹评估可反映维持城市人口基本食物需求的活性氮排放以及对周边环境的潜在影响.以典型移民城市深圳市为例,基于改进N-Calculator模型的基础上,估算了2010-2015年间因城市人口流动导致的城市食物氮足迹变化,并分析其时空异质性及其与城市化间的关系.结果 表明:深圳市不同类型城市居民食物氮足迹不一致,其中常住户籍居民人均食物氮足迹从14.63 kg N a-1增加至15.17 kgNa-1,高于非户籍居民食物氮足迹13.09 kg N a-1,其主要体现在瓜果、肉类、水产品等食物消费上.总体上,深圳城市食物氮足迹呈增长趋势,5年增幅11.50％,增幅最大为常住户籍居民食物氮足迹,但目前深圳非户籍居民的食物消费主导着城市食物氮足迹.深圳城市内部区域食物氮足迹呈高度空间异质性与聚集性,各区域增长量差异明显,街道尺度城市食物氮足迹增长热点主要分布在城市的西部沿海区域,部分热点区域单位增长量数量级比肩区级尺度单位的增长量,城市区域食物氮足迹与人口城市化的关联性不明显,但与经济城市化存在一定的关联性.当前城市移民落户趋势及居民高氮饮食倾向不利于城市氮足迹的削减,减少食物生产上游活性氮流失为深圳市贯彻粤港澳大湾区协同可持续发展的关键.

灰水足迹是稀释水污染物至达标需要的淡水体积,是评价水污染程度与水环境质量的重要方法,对灰水足迹进行核算与分析,可以促进福建省提高水环境质量,构建可持续的水生态环境.借鉴Hoekstra等提出的灰水足迹核算方法,对福建省及各地市2001-2017年的灰水足迹进行核算,对其时空变化特征进行评价并使用对数平均迪式指数分解法(Logarithmic MeanDivisia Index Method,LMDI)模型对灰水足迹变动的驱动因素进行分解.结果 表明:a)总氮是决定灰水足迹总量的主要污染物,非点源污染是灰水足迹的最主要来源但占比由68.25％降至63.35％;b)福建省灰水足迹总量降低了9.58％,且各项指标都呈下降趋势,在空间上,灰水足迹总量及剩余灰水足迹东南多西北少,人均灰水足迹及灰水足迹强度东少西多;c)福建省灰水足迹变动的驱动因素中,经济因素是最大正向驱动因素,产生2932.96亿m3的贡献量,技术因素是最大负向驱动因素,产生-2630.31亿m3的贡献量.最后,针对福建省水污染问题提出建议:a)开展非点源污染防治专项;b)加快速度提高城镇生活污水处理水平;c)优化产业结构,提高灰水足迹效率;d)切实落实生态补偿制度,调动各市水环境保护积极性;e)加强环境监管力度,加大技术投入.

线虫群落在土壤生态系统物质循环和能量流动过程中起着重要的作用.本研究以宁夏南部山区3种苜蓿-作物种植方式[苜蓿连作(A-A)、苜蓿-玉米轮作(A-C)、苜蓿-马铃薯轮作(A-P)]为对象,探讨不同种植方式下土壤理化性质、线虫群落组成结构及代谢足迹特征,评价黄土高原半干旱区苜蓿-作物种植方式对土壤食物网结构和功能的影响.结果表明:1)与苜蓿连作相比,苜蓿-玉米和苜蓿-马铃薯轮作方式下土壤有机碳含量分别增加了4.6％、7.4％,全氮含量分别增加了 4.0％、5.2％,土壤微生物生物量碳和氮也有显著提高;2)在苜蓿连作方式下,线虫总多度为211条·100 g-1干土,植食线虫为优势营养类群(35.7％),而在苜蓿-玉米和苜蓿-马铃薯轮作方式下,土壤线虫总多度较苜蓿连作有所增加(分别增加49.5％、93.7％),捕-杂食线虫成为优势营养类群(所占比例分别为45.7％、37.6％);3)相较于苜蓿连作,苜蓿-作物轮作方式下,植物寄生线虫指数(PPI)显著降低,表明植物寄生线虫在土壤食物网中的危害减轻;而线虫通路指数(NCR)有所增加,表明苜蓿-作物轮作方式下,土壤有机质分解过程中细菌分解作用进一步增强;4)苜蓿-作物轮作方式下,土壤线虫成熟度指数(MI)及其复合足迹、富集足迹、结构足迹均显著提高,土壤线虫的生产力和代谢活性显著增强,线虫群落的结构和功能更为成熟稳定.研究表明,相比苜蓿连作,苜蓿-作物轮作改善了土壤养分状况,使得土壤食物网的资源输入和能量利用效率均有所增加,受干扰程度显著降低,土壤生态系统更为稳定健康,因而有利于农业的可持续发展.

明确作物生产过程的主要碳氮排放环节,可为不同花生轮作种植体系实现高产高效与低碳氮排放的协同效益提供有效参考.本研究对湖北省黄冈市油菜-花生轮作、小麦-花生轮作、花生单作3种种植模式生产过程的农资投入和田间管理措施等进行实地调查,核算该3种种植模式的碳足迹和氮足迹.结果 表明:油菜-花生轮作较小麦-花生轮作单位面积碳排放降低7.8％、单位净现值碳排放降低36.9％、单位面积氮排放降低12.5％、单位净现值氮排放降低41.9％;油菜-花生轮作较花生单作单位净现值碳排放和氮排放分别降低19.6％和30.8％;油菜-花生轮作净收益是小麦-花生轮作的1.4倍、花生单作的2.4倍.表明油菜-花生轮作可实现高产高效与低碳氮排放的协同效益,有利于油料作物的绿色高质高效生产.

理解农村系统的氮素流动、排放和利用过程对减少农业活动引起的潜在环境污染和促进养分资源的可持续利用具有重要意义.本研究基于集成食物链养分流动模型和氮足迹模型,提出市域尺度农村系统氮核算框架,并从种植、动物养殖和农村人居3个子系统对1998-2018年沈阳市的氮素流、循环利用和污染氮足迹开展量化比较研究.结果 表明:2018年沈阳市种植子系统、动物养殖子系统和农村人居子系统的氮素利用率分别为36.1％、59.7％和70.1％,分别比1998年增长了15.9％、9.1％和0.7％;2018年沈阳市农村系统污染氮足迹总量为123.5 Gg,比1998年增长了21.6％;1998-2014年沈阳市农村系统污染氮足迹增长较快,随后有所下降;2018年种植子系统、动物养殖子系统和人居子系统中末利用氮素分别为129.5、62.2和8.7 Gg,相当于420.4、202.1和8.7 Gg氮肥的养分资源量.总体上,农村系统氮素利用率从生产端到消费端逐渐递增,但对农村系统氮素的时空分异情况还有待进一步的研究.

农田恶性杂草相比普通杂草的传播更为迅速且难以有效防治,对农业生产危害严重.明确典型恶性杂草当前潜在分布面积及未来气候变化下对耕地的潜在入侵风险对农业生产管理具有重要意义.以广泛分布于青藏高原农田中的3种常见恶性杂草,即野燕麦(Avena fatua L.)、一年生早熟禾(Poa annua L.)和狗尾草[Setaria viridis(L.)P.Beauv.]为研究对象,利用广义增强模型(GBM)、广义线性模型(GLM)、人工神经网络(ANN)、最大熵(MaxEnt)、随机森林(RF)及多元自适应回归样条(MARS)算法集合预测上述3种杂草在青藏高原的潜在地理分布以及驱动其变化的关键因子,以评估其对耕地的入侵风险.未来气候场景采用最新的第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)框架下2050年的4种共享经济路线(SSP1-2.6、2-4.5、3-7.0、5-8.5).结果显示:野燕麦适宜分布区面积约为3.591 2×105 km2,主要分布于四川西南部及青海东部,零星分布于甘肃、西藏和新疆;一年生早熟禾和狗尾草的适宜分布区面积约为4.304 6×105 km2和2.003 6×105 km2,均主要分布于四川西南部和西藏东南部,零星分布于青海东部和甘肃南部.年均温是3种杂草分布的最主要驱动因子此外,人类足迹和土壤有效氮是影响野燕麦分布的相对重要因子;土壤酸碱度、最暖季降水量是影响一年生早熟禾分布的重要因子;温度季节性、最暖季降水量是影响狗尾草分布的重要因子.预计至2050年,3种杂草在4种情境下均会出现不同程度的扩张,狗尾草的扩张面积表现出随辐射强迫的增强呈先升高后趋于稳定的趋势,而另两种杂草则呈先升后降的趋势.预计3种杂草的潜在分布面积在耕地中的占比与扩张面积的变化趋势一致,且在主产区的占比高于非主产区.模拟结果表明,未来气候变化下,随着3种恶性杂草的适宜分布区面积的扩张,其对青藏高原耕地的入侵风险将增加,尤其是粮食主产区所面临威胁更为严峻,建议应重点关注青藏高原粮食主产区恶性杂草的生理生态、迁移扩散和防治技术研究.