Institute of Soil and Water Conservation,Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources
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陕北退耕区农业产业-资源系统耦合机制研究
No full text退耕还林（草）工程的实施改善了退耕区域的生态环境，水土流失基本实现有效控制，农业资源存量有所增加，但资源存量并未有效转化为现实生产力，产业发展未完全建立在对资源有效利用的基础上，仍存在农业产业与资源局部相悖等问题，究其原因是未建立有效的农业产业-资源系统耦合机制。而目前围绕“机制”等相关问题的研究主要集中在“驱动要素”等方面，未能完全揭示“机制”的本质。基于此，同时也作为本文的主线，通过对农业产业-资源系统演替过程影响较大的上世纪80年代初开始实施的小流域综合治理（以纸坊沟流域为代表）及近年来实施的退耕还林工程（以吴起县为代表）的分析，界定农业产业-资源系统耦合机制的内涵，分析农业产业-资源系统耦合机制主要作用对象与机制的互动过程，明确农户生计策略与机制的作用关系，理清耦合机制的构成要素及其耦合路径；在此基础上，构建农业产业-资源系统良性耦合机制，以促进退耕区域农业生态经济可持续发展。主要结论有：
（1）界定了退耕区域农业产业-资源系统耦合机制的内涵，明确了耦合机制的特征及类型。农业产业-资源系统耦合机制是由推动农业产业、农业资源耦合的动力机理，以及维持和改善这种作用机理的各种生态关系、经济关系、组织制度等构成的系统，它具有三个特征：（1）依赖一定的载体（技术载体、制度载体、市场载体）对系统进行调控；（2）具有相对稳定性和阶段性；（3）调控效果具有滞后性。根据人类需求目标的差异，将耦合机制划分为单一线型耦合机制、多维链型耦合机制、网型耦合机制三种类型。近80年来，纸坊沟流域农业产业-资源系统先后受到单一线型耦合机制和多维链型耦合机制的调控，系统目标由单一生产粮食为主转化为生态、经济效益并重。
（2）明确了农业产业-资源耦合系统的动力源及其与农业产业-资源系统耦合机制的互动过程。农户（生计策略）是农业产业-资源耦合系统的动力源，退耕区域农户生计策略可划分为：自然型生计策略、扩张型生计策略、多样化生计策略、集约化生计策略和迁移型生计策略，纸坊沟流域先后经历了前4种生计策略。其中，自然型生计策略与农业产业-资源系统耦合机制协同一致，其他三种生计策略与农业产业-资源系统耦合机制总体上相协调，但局部驱动要素间出现冲突；目前纸坊沟流域仍是集约化生计策略，其主要问题是大量林草资源未得到利用，资源禀赋与国家政策未达到有效耦合。因此，需基于农户生计策略的要求，建立良性耦合机制，促使资源的优化配置，实现农业产业-资源优化耦合。
（3）确定了农业产业-资源耦合机制的构成要素及其作用路径。首先，通过对农业产业-资源系统耦合机制演变过程的分析，确定了政策、信息（技术、市场）、农业资源、农业产业是机制的构成要素；其次，利用结构方程模型，通过对典型退耕区域——吴起县2016年497户农户调研资料的分析，进一步验证了政策、信息（技术、市场）、农业资源、农业产业是系统耦合机制的基本构成和重要驱动要素。吴起县在多维链型耦合机制的调控下，农业产业有所发展，但仅停留在资源显性利用上，农业产业-资源系统局部相悖，其对经济效益总的标准化路径系数为0.112，且产业对经济效益的路径系数仅为-0.047；从各驱动要素间相互作用来看，农业产业与农业资源单向作用，系统部分链网缺失，说明目前的耦合机制不能有效支撑农业产业-资源系统的良性运行。因而，需要通过对政策、信息（技术、市场）、农业资源、农业产业等要素的优化组合，构建新的良性耦合机制，进而实现吴起县农业产业-资源系统的优化耦合。
（4）构建了退耕区域农业产业-资源系统良性耦合机制。基于对机制各要素（农业产业、农业资源、政策制度、市场信息、技术手段）未来发展趋势的分析，优化调整外生潜变量——政策制度、市场信息及技术手段，通过建立林草—碳汇产业，强化林草—畜牧业产业链，以及发展退耕区域生态旅游等，促进农业产业-资源系统的优化耦合；通过退耕区域农业技术的创新与推广，提高农户对现有农业资源的利用效率，促进在农户生计策略下资源优化耦合；通过不断增强市场信息的流通，完善农村信息市场，提高农产品附加值，实现农业产业耦合。该机制的运行，弥补农业产业-资源系统缺失的链网，保障资源生态价值的经济显化，最终实现产业-资源系统的良性运行，促进退耕区域生产发展、生活富裕、生态良好。<br /
刺槐对黄土丘陵区土壤微生物多样性和群落结构的影响
No full text黄土丘陵区地形支离破碎，是我国乃至全世界水土流失最为严重的地区，为控制该区水土流失状况，我国在该区先后实施了不同的环境治理工程，尤其是退耕还林还草工程的实施，该区植被得到了有效恢复。在恢复过程中，刺槐作为先锋树种被广泛种植，虽然在大多数立地环境下刺槐能够发挥较好的生态效益，但部分地区也存在刺槐生长不良、生态效益较低的现象。土壤微生物是生态系统的重要组成部分，是陆地生态系统养分转化和循环的主要驱动者，对生态系统结构与功能具有重要影响。了解刺槐对当地乡土植物群落微生物功能多样性及群落结构的影响，对于识别和评估刺槐种植的生态效益具有重要意义。本研究以黄土丘陵区不同植被区(草原区、森林草原区和森林区)为研究区，运用Biolog法和高通量测序技术研究不同植被区内的人工刺槐群落和乡土植物群落土壤微生物多样性和群落结构，评估外来物种刺槐对土壤微生物功能多样性和群落结构影响的表现规律，为在大尺度上了解人工引种刺槐林对土壤生态过程与功能的影响提供依据。取得的主要研究成果有：
(1) 刺槐对不同环境梯度下的土壤微生物活性和功能多样性的影响明显不同。从草原区到森林区，刺槐林之间土壤微生物群落的平均颜色变化率(AWCD)和土壤微生物功能多样性指数均没有显著变化；但与乡土植物群落比较，草原区、森林草原区和森林区土壤AWCD分别表现为刺槐>乡土植物、刺槐>乡土植物、刺槐<乡土植物；在草原区和森林草原区刺槐林土壤微生物群落的群落丰富度指数(S)、Shannon-Wiener指数(H)、Simpson指数(D)、McIntosh指数(U)均大于乡土植物，森林区刺槐林群落丰富度指数(S)、Shannon指数(H)、Simpson指数(D)均小于乡土植物；刺槐林和乡土植物群落下土壤微生物碳源利用存在差异，主要体现在对糖类、氨基酸类的利用上。PCA分析显示主成分1贡献较大的碳源有24种，在主成分分离中起主要贡献作用的是糖类、氨基酸类和羧酸类。土壤碳氮含量能影响土壤微生物功能多样性指数，土壤含水量和温湿度能够影响碳源的利用类型。
(2) 刺槐对不同环境梯度下的土壤细菌多样性和群落结构的影响存在差异。研究区门水平上的细菌主要是酸杆菌门(Acidobacteria)，变形菌门(Proteobacteria)，浮霉菌门(Planctomycetes)，绿弯菌门(Chloroflexi)和放线菌门(Actinobacteria)。在三个植被区内，森林区酸杆菌门和浮霉菌门的丰度高于森林草原区和草原区，而放线菌的丰度低于森林草原区和草原区。在森林区和森林草原区内，刺槐林下土壤中酸杆菌门和浮霉菌门的丰度低于乡土植物林下土壤，而放线菌门的丰度高于乡土植物；在草原区内，刺槐林土壤酸杆菌门、浮霉菌门和放线菌门的丰度与森林区和森林草原区呈相反趋势。不同植被区的细菌多样性指数表现为：森林草原区>草原区>森林区。在森林草原区和草原区内，刺槐林土壤细菌Chao指数和ACE指数均大于乡土植物，但在森林区内，刺槐林土壤细菌多样性指数却小于乡土植物。土壤细菌群落结构主要受到气候因子和土壤性质的影响。
(3) 刺槐对不同环境梯度下的土壤真菌多样性和群落结构的影响存在差异。研究区门水平上的真菌主要是子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota)；纲水平上的真菌主要是座囊菌纲(Dothideomycetes)、散囊菌纲(Eurotiomycetes)、锤舌菌纲(Leotiomycetes)、子囊菌纲(Sordariomycetes)和伞菌纲(Agaricomycetes)。在森林区、森林草原区和草原区三个植被区内，刺槐林下子囊菌门丰度均高于乡土植物，而担子菌门丰度均低于乡土植物。真菌多样性在草原区、森林草原区、森林区之间均不存在显著差异，且在各植被区内刺槐和乡土植物之间也不存在显著差异。但森林草原区乡土植物的真菌多样性指数呈现最大值。土壤真菌群落结构主要受到气候因子以及土壤理化性质的影响，尤其受到土壤含水量、土壤全碳和土壤全氮的影响
单半乳糖甘油二酯的光保护机理
No full text单半乳糖甘油二酯（monogalactosyldiacylglycerol, MGDG）是类囊体膜的重要组分，约占类囊体膜糖脂含量的50%，对于植物的光合作用至关重要。光照是光合作用不可或缺的条件，而光合系统多层次光保护和修复机制是植物应对高光胁迫做出的反应，在这个机制中存在两条防线：热耗散阻抑机制和光有毒产物清除机制。目前关于MGDG在盐胁迫、干旱胁迫和冷害胁迫过程所起作用的研究较多，但是，高光胁迫下MGDG在光保护过程的作用不甚明了。本实验以转水稻MGD（OsMGD）基因烟草（M2、M5）和野生型烟草（SR）为实验材料，根据前期光合曲线的测定选择两组处理光强，通过测定高光处理前后烟草的表型参数、光合参数、光有毒产物的生成、叶黄素循环效率、膜脂含量等指标，探索MGDG的在两条防线上的光保护机理。实验结果如下：
（1）在对光响应曲线进行分析时表明，与野生型SR烟草相比转基因株系M2和M5的净光合速率分别提高了28%和29%，光饱和点分别提高了38%和25%。高光处理1天后M2和M5的叶片鲜重分别比SR高19%和21%，全株鲜重分别比SR高11%和11%；叶绿素含量分别比SR高23%和18%；净光合速率分别比SR高173%和172%。从表型上可以看出，高光处理后SR叶片出现漂白斑，叶片变小变薄，颜色微黄，而M2和M5株系的叶片受损较轻。综上可知，高光处理对SR、M2、M5均造成了光抑制，但是转基因株系具有更强的高光耐受性。
（2）对高光处理后烟草的荧光参数进行分析发现，高光处理后SR、M2和M5的热耗散分别增加37%、81%和75%；但SR的光合电子传递速率降低30%，而M2和M5却分别升高了23%和25%；SR的光化学淬灭系数降低32%，而M2和M5却升高了24%和18%。SR、M2和M5的超氧阴离子自由基含量分别升高239%、99%和71%，过氧化氢含量分别升高57%、25%和33%，丙二醛含量分别升高27%、3%和3%。以上结果说明，高光胁迫时转基因株系的相对电子传递效率、光化学淬灭系数的提高使能量更快速的通过光反应转化成同化力用于暗反应，另一方面转基因株系具有更高的热耗散能力，能够快速的将过剩激发能转化成热量散失，从而降低了光有毒产物的生成。
（3）对叶黄素循环的研究发现高光胁迫后SR、M2和M5的紫黄素含量分别降低11%、41%和43%，环氧玉米黄素含量分别降低27%、32%和56%，玉米黄素含量分别增加5311%、26945%和19616%，叶黄素循环效率分别提高2008%、5874%和4658%。说明高光胁迫时超表达OSMGD提高了叶黄素循环效率，在第一防线增强了热耗散能力。玉米黄素的大量生成，在第二防线清除活性氧，增强了转基因株系的高光耐受力。
（4）高光耐受性的差异来源于MGD基因的过表达，随后我们对膜脂进行了研究。结果表明高光处理后SR、M2和M5的MGDG含量分别降低34%、19%和18%，DGDG含量分别升高11%、38%和24%，PL含量分别降低42%、15%和19%，总脂含量分别降低10%、2.4%和3.9%；MGDG脂肪酸不饱和度分别降低9%、4%和4%，DGDG脂肪酸不饱和度分别降低26%、11%和15%，PL脂肪酸不饱和度分别降低28%、7%和10%； MGDG/叶绿素分别升高了28%、19%和12%，DGDG/叶绿素分别升高了9%、6%和4%，PL/叶绿素分别升高了22%、16%和8%；DGDG/MGDG升高，但是转基因型比野生型高。说明高光处理导致膜脂发生了降解，膜脂的不饱和度降低，类囊体蛋白堆叠密度降低，但是转基因株系的表现优于野生型。
综上所述，高光胁迫时单半乳糖甘油二酯含量的增加提高了叶黄素循环效率，在第一防线提高了能量的耗散，增强了植物的高光耐受性；玉米黄素的大量合成清除了活性氧，从而在第二防线清除了已生成的活性氧，提高了植物的高光耐受性；热耗散效率的提高，降低了光合系统的压力，促进了光合电子传递速率和CO2同化率，使能量通过光合作用固定，降低过剩激发能对光合结构的损害，提高了植物的高光耐受性。
光抑制造成膜脂降解，膜的流动性和通透性遭到破坏；类囊体膜的结构和功能受损，叶片的光合功能受到破坏。单半乳糖甘油二酯向双半乳糖甘油二酯的转化是生物膜应对高光胁迫的响应之一，通过双半乳糖甘油二酯的双层结构部分补偿膜的损伤，维持膜的结构和功能，提高了植物对高光胁迫的耐受性。<br /
不同葡萄品种果实品质对外源硒肥的响应
No full text鲜食葡萄（Vitis vinifera L.）是一种适合消费的新鲜水果。硒是人体必需的微量元素，硒的缺乏是一个世界性营养问题。在果树栽培上，喷施硒肥是优质富硒葡萄生产的一种有效方法和新的尝试。随着富硒水果越来越受到消费者的欢迎，研究如何提高葡萄果实硒含量及果实品质，不仅对人类健康尤其重要，也可为葡萄的优质高效生产提供重要的理论和现实依据。
本研究以大田试验为基础，在陕西关中地区采用温室、露地相结合的方法，选取欧美杂交种和欧亚种多个鲜食葡萄品种为试材，叶面喷施氨基酸螯合态富硒叶面肥进行处理，系统研究了硒肥处理下不同葡萄品种果实品质的差异性、果实内硒与重金属的拮抗作用、不同微环境下果实品质对外源硒肥的响应及硒肥作用下果实内的糖积累代谢机制，为发展优质鲜食富硒葡萄提供科学依据。
主要结果如下：
（1）对比研究表明，采用有机Se浓度为120 mg·L-1喷施3次的氨基酸螯合态富硒叶面肥是生产优质富硒葡萄的较适宜选择。施用有机硒肥可以提升葡萄果实内的硒含量。综合评价分析得出，不管是户太八号还是克瑞森，喷施有机Se浓度为200 mg·L-1和150 mg·L-1的有机硒肥均不利于果实综合品质的改善，而有机Se浓度为120 mg·L-1喷施3次的果实综合品质优于同等浓度下喷施2次和1次。
（2）喷施硒肥可增加不同葡萄品种果实硒含量，显著改善果实的营养品质，降低重金属的累积，尤其是欧美杂交种更适合用于优质富硒葡萄的生产。叶面硒肥的应用增加了不同葡萄品种果实内的硒含量，欧美杂交种相比欧亚种葡萄果实内的硒含量更高。对欧美杂交种和欧亚种葡萄来说，叶面硒肥的应用均可提高果实内可溶性糖、维生素C、可溶性蛋白质、可溶性固形物等营养品质，同时，减少了果实内有机酸的累积。然而，硒肥对欧亚种葡萄果实内的酚类化合物白藜芦醇和原花青素含量没有显著的作用。喷施硒肥显著增加果实内的营养元素K和Ca含量，同时减少了重金属Pb、Cr、Cd、As、Ni的累积。
（3）温室栽培条件下喷施硒肥是优质富硒葡萄生产的较佳栽培管理模式。温室栽培条件下，喷施硒肥有助于改善果实的外观特性。喷施硒肥可显著增加户太八号和夏黑葡萄果实内的硒含量，且是改善其果实品质的一种有效方法。户太八号葡萄果实的保健价值优于夏黑，且温室栽培的户太八号葡萄果实的保健价值高于露地栽培。果实品质综合分析结果表明：户太八号和夏黑葡萄均表现为在温室栽培条件下喷施硒肥的果实品质最优，其次是露地栽培喷硒，且温室栽培对照的果实品质优于露地栽培的对照。
（4）喷施硒肥作用下葡萄果实内高的糖分积累主要源于硒肥下果实中高的酸性转化酶（AI）活性、叶片高的光合速率及植株抗逆性的增强，且葡萄糖和果糖是果实中的主要糖组分。叶面喷施硒肥不仅能增加果实硒含量，还能促进果实的生长和可溶性糖的积累，改善果实的内在营养品质。在成熟期，2016和2017年硒肥处理下葡萄果实的可溶性总糖均显著高于对照，葡萄糖和果糖是葡萄果实中的主要糖组分，还含有少量蔗糖。在果实糖分积累代谢过程中，果皮内的AI酶活性要高于果肉，且果肉和果皮内AI酶活性均在糖积累过程中发挥了重要作用；硒肥喷施在一定程度上促进了叶片过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性提高，减少了叶片丙二醛（MDA）的含量，增强了葡萄植株的抗逆性。
综上所述，合理有效的外源硒肥喷施可以增加葡萄果实内的硒含量，改善果实的外观品质及营养保健品质，增加果实内K和Ca营养元素含量，有效减少果实内重金属的累积，增强植株的抗逆性。另外，温室栽培条件下喷硒的果实综合品质效果较优。硒肥喷施后，果实内高的酸性转化酶活性、叶片内高的光合速率和植株抗逆性的增强均解释了果实内糖含量的增加，为优质富硒鲜食葡萄的生产栽培提供科学的理论和实践指导。<br /
玉米苗期干旱复水过程中叶片膜脂响应与干旱适应能力的关系
No full text 随着全球气候变化的影响，旱灾发生频率逐渐增加，其对作物生产的影响越来越大,与此同时，不断增加的人口对粮食的需求也持续增加。因此提高作物抗旱能力，减轻未来干旱胁迫对作物生产的影响，对保障未来粮食安全具有重要的意义。植物生产主要来源于光合作用，而光合作用在叶绿体中类囊体膜上发生。前人的研究表明包含干旱在内的多种逆境胁迫可以影响含类囊体膜在内的生物膜系统膜脂脂肪酸的饱和度、脂肪酸种类及分布比例。然而，干旱过程中膜脂响应及其与抗旱能力的关系并不清楚，同时，膜脂响应与作物复水后恢复能力的关系的研究也尚属空白。因此，本试验随机选取18个玉米品种进行盆栽模拟干旱复水过程，通过研究干旱、复水过程中膜脂脂肪酸的含量、叶绿素含量、MDA含量等的变化及其与植物抗旱能力的关系，以此探究膜脂脂肪酸如何响应干旱再复水过程，以及在干旱适应过程中的作用。结果如下：
（1）不同玉米品种的抗旱能力、复水恢复能力、干旱适应能力及其之间的关系
干旱胁迫条件下，不同玉米品种的生物量都有所下降，但下降程度不同，复水后恢复的程度也不同。较高的干旱适应能力可能是由于抗旱能力较强导致的，例如利民33母本和先玉335品种，也可能是由于较强的复水恢复能力造成的，例如良玉99父本，同时也可能是因为抗旱能力和复水后恢复能力两者都比较强，例如P3、B3-1和良玉66父本。抗旱能力、复水恢复能力与干旱适应能力的相关分析结果表明，抗旱能力和复水恢复能力均与干旱适应能力呈显著正相关，复水恢复能力与干旱适应能力的相关系数大于抗旱能力与干旱适应能力的相关系数。
（2）干旱及复水对不同玉米品种主要生理指标的影响及其和植物抗旱能力、复水恢复能力以及干旱适应能力的关系
干旱胁迫导致玉米的相对含水量、叶绿素含量、Fv/Fm和总脂含量降低，过氧化产物MDA、H2O2积累增多。复水后，这些指标均开始恢复，但恢复程度因品种不同而有所不同。干旱胁迫时期，叶片相对含水量、叶绿素含量、Fv/Fm和总脂含量的变化与抗旱能力均呈显著正相关，MDA、H2O2含量的变化与抗旱能力呈显著负相关，总脂含量在胁迫时期的变化与复水后的恢复能力显著正相关，叶片相对含水量、叶绿素含量、Fv/Fm、总脂含量、MDA和H2O2的变化与干旱适应能力具有显著性相关关系。复水恢复时期叶片相对含水量和C16:3含量的恢复与玉米复水恢复能力具有显著性正相关关系。
（3）干旱复水过程中膜脂响应与干旱适应能力的关系
干旱胁迫条件下，玉米饱和脂肪酸（C16:0和C18:0）含量增加，增加程度具有品种差异性。C16:1、C16:2和C18:3含量呈下降趋势，C18:1、C18:2含量整体呈增加趋势，而C16:3的变化趋势与品种有关。干旱胁迫条件下玉米总脂含量下降，膜脂不饱和度降低，主要是由于C18:3、C16:2、C16:1含量下降所致。由膜脂脂肪酸组分在干旱复水过程中的变化得出，C18:3与玉米抗旱能力密切相关。干旱胁迫期间玉米的抗旱性越强，C18:3含量下降的程度越低。由主成分分析结果得出，在复水修复过程中，相对于其他生理指标，C18:1、C18:2、C18:3对于玉米的旱后恢复起着较为突出的作用。在所检测出的脂肪酸组分中，C18:3含量的变化对玉米的抗旱能力、复水恢复能力贡献性比较大。
综上所述，提高玉米在干旱胁迫期间的抗旱能力，或者提高玉米在干旱复水后的恢复能力均能增强玉米对干旱-复水环境的适应能力。膜脂组分及含量与植物的抗旱能力、复水恢复能力以及干旱适应能力均密切相关，膜脂含量及组分的调节不仅是干旱胁迫期间适应环境胁迫的一个有效调节方式，而且在复水后恢复期间也是作物自身的一种积极性调节机制，在植物干旱适应过程和复水后修复过程中起着不可替代的重要作用。因此，调控脂肪酸的合成能力有望成为增强作物抗旱能力的一条有效途径。<br /
Rhizobium inoculation enhances copper tolerance by affecting copper uptake and regulating the ascorbate-glutathione cycle and phytochelatin biosynthesis-related gene expression in Medicago sativa seedlings
No full textDespite numerous reports that legume-rhizobium symbiosis alleviates Cu stress in plants, the possible roles of legume-rhizobium symbiosis and the regulatory mechanisms in counteracting Cu toxicity remain unclear. Here, Sinorhizobium meliloti CCNWSX0020 was used for analyzing the effects of rhizobium inoculation on plant growth in Medicago saliva seedlings under Cu stress. Our results showed that rhizobium inoculation alleviated Cu-induced growth inhibition, and increased nitrogen concentration in M. sativa seedlings. Moreover, the total amount of Cu uptake in inoculated plants was significantly increased compared with non-inoculated plants, and the increase in the roots was much higher than that in the shoots, thus decreasing the transfer coefficient and promoting Cu phytostabilization. Cu stress induced lipid peroxidation and reactive oxygen species production, but rhizobium inoculation reduced these components' accumulation through altering antioxidant enzyme activities and regulating ascorbate-glutathione cycles. Furthermore, legume-rhizobium symbiosis regulated the gene expression involved in antioxidant responses, phytochelatin (PC) biosynthesis, and metallothionein bio-synthesis in M. sativa seedlings under Cu stress. Our results demonstrate that rhizobium inoculation enhanced Cu tolerance by affecting Cu uptake, regulating antioxidant enzyme activities and the ascorbate-glutathione cycle, and influencing PC biosynthesis-related gene expression in M. sativa. The results provide an efficient strategy for phytoremediation of Cu-contaminated soils
Bioenergy crop induced changes in soil properties: A case study on Miscanthus fields in the Upper Rhine Region
No full textBiomass as a renewable energy source has become increasingly prevalent in Europe to comply with greenhouse gas emission targets. As one of the most efficient perennial bioenergy crops, there is great potential in the Upper Rhine Region to explore biomass utilization of Miscanthus to confront climate change and land use demand in the future. Yet, the impacts of Miscanthus cultivation on soil quality have not been adequately explored. This study investigated the soil profiles of five-and 20-year-old Miscanthus fields (1 m depth) as well as grassland for reference in eastern France and Switzerland. The soil organic carbon (SOC) concentrations and delta(13) C compositions of four soil layers (0-10 cm, 10-40 cm, 40-70 cm and 70-100 cm) were determined. The CO2 emission rates of the topsoil were monitored for 42 days. Our results showed that Miscanthus, in general, could increase the SOC stocks compared to grassland, but the benefits of SOC sequestration were constrained to the surface soil. Isotopically, the Miscanthus-derived SOC ranged from 69% in the top 10 cm of soil down to only 7% in the 70 cm to 100 cm layer. This result raises the risk of overestimating the total net benefits of Miscanthus cultivation, when simply using the greater SOC stocks near the surface soil to represent the SOC-depleted deep soil layers. The Miscanthus fields had greater CO2 emissions, implying that the Miscanthus fields generated greater ecosystem respiration, rather than larger net ecosystem exchanges. Compared to the grassland soils, the surface soils of the Miscanthus fields tended to have a risk of acidification while having higher concentrations of phosphorus and potassium, calling for the inclusion of soil characteristics and SOC stability when evaluating the impacts of long-term Miscanthus cultivation on both current and future land use changes