氮添加对杉木林土壤有机碳矿化速率及酶动力学参数温度敏感性的影响

为探讨氮添加对亚热带森林土壤有机碳矿化速率(Cmin)及酶动力学参数温度敏感性(Q10)的影响,选择亚热带杉木林土壤为研究对象,采用野外长期氮添加与室内控温培养试验,分析土壤Cmin及β~(-1),4-葡萄糖苷酶(βG)动力学参数温度敏感性。野外试验设置对照(N0)、低氮(N1:50 kg N hm~(-2)a~(-1))、高氮(N2:100 kg N hm~(-2)a~(-1)) 3种处理,每种处理3次重复,室内培养设置10—40℃。结果表明:(1)氮添加增加土壤Cmin,为N2N1N0,但其Q10(Cmin)差异不显著。(2)氮添加增加βG的潜在最大反应速率(Vmax)和催化效率(Vmax/Km),且Vmax和Vmax/Km均为N2N1N0,而氮添加对半饱和常数(Km)影响不显著。Q10(Vmax)和Q10(Km)大小为N2N1N0且差异显著,但是Q10(Vmax/Km)无显著差异。(3)相关分析表明,30℃培养温度下,Cmin和全磷(TP)、硝态氮(NO-3-N)、有效磷(a P)、Vmax正相关; Vmax和TP、NO-3-N正相关,和p H负相关; Km和全氮(TN)负相关; Vmax/Km和p H负相关,和TP正相关。30—40℃培养温度下,Q10(Vmax)和p H负相关,Q10(Vmax/Km)和TN负相关。研究可为氮沉降背景下土壤碳素循环的生物化学过程对增温响应的模型提供重要参数。     

温度对湿地沉积物有机碳矿化的影响

温度是湿地沉积物有机碳积累和分解的主要影响因子。培养试验研究了 5个温度梯度下东北三江平原地区 3类典型湿地(泥炭沼泽、腐殖质沼泽和沼泽化草甸 )沉积物有机 C的矿化特征 ,以及冻融过程 (7次 )对其矿化的影响。结果表明 ,温度每升高5℃ ,泥炭沼泽、腐殖质沼泽和沼泽化草甸沉积物在 2 6 0 d培养期内有机 C矿化量分别增加 3.1%、3.3%和 1.6 %。在较低温度(10、15、2 0℃ )下 3类湿地沉积物的有机 C矿化速率基本处于稳定状态 ;但在较高温度 (2 5、30℃ )下前期 (0～ 110 d)的矿化速率明显高于后期。 3类湿地沉积物有机 C矿化温度系数 (Q1 0 )在前期较大 (2 .9～ 3.6 ) ,并出现明显的波动 ,后期逐渐趋于稳定(2 .0 )。到培养结束时 ,泥炭沼泽和腐殖质沼泽沉积物的轻组 C(比重 <1.7)占总有机 C百分比 (约占起始有机 C总量 80 % )的下降幅度与温度成正相关 ;而沼泽化草甸沉积物的轻组有机 C(仅占起始有机 C总量 5 % )的下降幅度较小 (2 .5 %～ 2 .9% )。试验结果还表明 ,在 2 0℃下培养 ,3类湿地沉积物的有机 C矿化速度明显受冻融处理的抑制 ,在 10℃下培养其影响则很小     

土壤及凋落物源氮对中亚热带森林土壤SON的影响

土壤可溶性有机氮(SON)含量虽低,却是土壤氮库中最活跃的组分之一;主要来源于凋落物分解和土壤氮素转化。但是它们各自对土壤的影响还不清楚。通过添加杉木和~(15)N标记的阔叶凋落物于土壤表面,研究针阔叶凋落物分解对土壤SON的影响,及与土壤氮的关系。结果表明:由于没有降水的淋溶影响,培养期间,凋落物SON的显著降低,并没有直接增加土壤SON。与对照比较,杉木凋落物添加显著增加了土壤无机氮的含量,而较高C/N比的阔叶凋落物在其分解初期首先需要吸收更多的土壤氨态氮。添加~(15)N标记的阔叶凋落物提高了土壤SON在培养90—210天来自凋落物的比例,在第210天高达74.8%;来自凋落物的氨态氮比例在实验30天开始增加,到第210天高达39.8%;但是对硝态氮的影响不大。结果表明,土壤SON在培养初期因受凋落物的影响,主要来自土壤有机质的分解,而来自凋落物的SON更容易矿化;且土壤源的氮更容易发生硝化作用。可见,土壤中的SON是与凋落物分解动态、以及对土壤的影响有关。     

温度对温带和亚热带森林土壤有机碳矿化速率及酶动力学参数的影响

研究了温度对长白山阔叶红松林、鼎湖山常绿阔叶林2个不同纬度的森林土壤有机碳矿化速率和酶动力学参数的影响.结果表明:土壤有机碳矿化速率(C_min)随着温度的增加而增加,长白山土壤C_min及其温度敏感性(Q_10(Cmin))显著高于鼎湖山土壤.长白山土壤β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)和β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)的酶动力学参数潜在最大反应速率(V_max)和半饱和常数(K_m)高于鼎湖山土壤,但鼎湖山土壤的催化效率(V_max/K_m)高于长白山土壤,表明随着温度的升高,土壤βG和NAG的V_max和V_max/K_m增加,K_m降低,即酶与底物的结合程度增加.鼎湖山土壤βG的Q_10(Vmax)、Q_10(Km)高于长白山土壤,这与土壤Q_10(Cmin)结果不一致.增温对长白山和鼎湖山森林土壤有机碳矿化及酶动力学参数的影响机制不同,在土壤生物化学过程对增温响应的模型中应区别考虑.     

土壤pH对玉米与微生物竞争吸收氨基酸的影响

化学合成肥料的大量使用导致土壤pH发生显著变化,但其对植物与根际微生物竞争吸收氨基酸的影响机制尚不明确.本试验通过电解法调节杭州红壤和铁岭棕壤两种土壤pH, 采用外源添加¹⁵N标记甘氨酸短期吸收4 h的方法,研究了pH对玉米及根际微生物竞争吸收氨基酸的影响.结果表明:土壤pH对玉米根和地上部生物量有显著影响,对于红壤,pH为6.48最适宜玉米生长,且玉米地上部¹⁵N丰度和¹⁵N-甘氨酸吸收量也显著高于其他处理;对于棕壤,pH为7.65最适宜玉米生长,其玉米地上部和根系¹⁵N丰度显著低于pH为5.78处理,但¹⁵N-甘氨酸吸收量显著高于其他处理.红壤pH为6.48条件下,其微生物生物量碳相对较高,而棕壤pH为7.65条件下,其微生物生物量碳相对较低.综合根系吸收、转运及微生物竞争吸收的结果,推断红壤在pH为6.48条件下虽然面临着微生物的竞争吸收,但生长于其上的玉米通过提高吸收速率和转移比率提高了氨基酸的吸收量;在pH为7.65的棕壤中,微生物活性较低,降低了与玉米竞争吸收氨基酸的能力,从而增加了玉米对氨基酸的吸收量.     

温度对不同粘粒含量稻田土壤有机碳矿化的影响

模拟了亚热带地区3种不同粘粒含量的水稻土(砂壤土、壤粘土、粉粘土)在5种温度(10、15、20、25和30℃)下的有机碳(SOC)矿化特征,分析SOC矿化对温度变化的响应.结果表明:在160d的培养期内,温度对3种水稻土SOC矿化量的影响有一定差异,30℃时砂壤土、壤粘土和粉粘土SOC矿化量分别是10℃时的3.5、5.2和4.7倍.在较低温度(≤20℃)下,SOC矿化速度较低且相对稳定;在较高温度(≥25℃)下,前期SOC矿化速度较高,随着培养时间的延长逐渐降低,并趋于稳定.3种水稻土SOC矿化的温度系数(Q10)随培养时间出现波动,砂壤土的Q10平均值最低,为1.92,壤粘土和粉粘土的Q10平均值较接近,分别为2.37和2.32;3种土壤矿化速率常数(k)与温度呈极显著的指数相关(P<0.01).3种水稻土有机碳矿化对温度变化的响应敏感度依次为壤粘土>粉粘土>砂壤土.     

常绿阔叶林与杉木林的土壤碳矿化潜力及其对土壤活性有机碳的影响

采用室内土壤培养法,比较分析了湖南省会同地区常绿阔叶林、杉木纯林土壤有机碳的矿化速率和累计矿化量,分析了有机碳矿化量与土壤活性有机碳初始含量的关系。结果表明:常绿阔叶林土壤有机碳矿化速率和累计矿化量均显著高于杉木纯林。在培养的第21天,在培养温度为9℃和28℃条件下,常绿阔叶林0～10和10～20cm土层的土壤有机碳累计矿化量为杉木纯林的1.7～2.7倍。常绿阔叶林土壤有机碳矿化释放的CO2-C分配比例高于杉木纯林。林地土壤有机碳矿化量受土壤微生物碳、可溶性有机碳初始含量的影响(P<0.01)。土壤有机碳矿化使土壤微生物碳增加而可溶性有机碳下降,但变化幅度均不大。温度从9℃升高到28℃后,林地土壤有机碳矿化速率提高3.1～4.5倍;2林地有机碳矿化对温度的敏感性无显著差异。     

生长阶段及环境因子对东海原甲藻氨基酸氧化酶活性的影响

以中国沿海典型赤潮藻东海原甲藻为实验材料, 研究了不同生长阶段以及温度、光照和氮源对其氨基酸氧化酶活性的影响。结果表明, 在缺氮条件下东海原甲藻显示较高的氨基酸氧化酶活性。在15-30℃温度范围均检测出氨基酸氧化酶活性, 较低温度下(15-20℃)的氨基酸氧化酶活性显著高于高温处理组(25-30℃)(p<0.05), 其中20℃时的酶活最高。在50-100 μmol/(m²·s)的光强下, 氨基酸氧化酶活性较高(0.38-0.47 fmol/(h·cell)), 而在2 μmol/(m²·s)的低光强下, 虽然酶活受到显著抑制, 但仍达到0.28 fmol/(h·cell)。氮源组成对氨基酸氧化酶活性具有显著影响, 以丙氨酸为唯一氮源时的酶活最高(0.44 fmol/(h·cell)), NH₄⁺+丙氨酸为氮源时的酶活最低(0.22 fmol/(h·cell))。研究显示, 光照、温度和氮源是东海原甲藻氨基酸氧化酶活性的关键调控因子。东海原甲藻不仅能够有效利用游离氨基酸, 而且适应较广的温度和较低的光照条件, 这可能是东海原甲藻赤潮形成和持续的重要原因。     

增温与氮添加对不同季节杉木幼苗细根不同形态氮吸收动力学的影响

为了揭示不同季节下杉木人工林不同形态氮吸收速率对全球变暖与氮沉降的地下响应,在福建三明森林生态系统与全球变化研究站陈大观测点开展增温和氮添加双因子试验,包括对照、增温、施氮、增温+施氮4个处理。结果表明:(1)在三个季节中,4个处理的杉木细根对不同浓度下硝态氮的吸收速率基本呈现出春季较高,夏秋季较低的态势,而对不同浓度下铵态氮的吸收速率则相反,为夏秋季较高,春季较低。(2)不同季节四个处理的离体根对不同浓度下铵态氮的吸收均遵循米氏-曼氏动力学方程,而对硝态氮的吸收并不完全遵循米氏方程,表现为双相动力学。(3)春季,与无氮添加相比,氮添加提高了NH⁺₄的最大吸收速率(V_max-NH⁺₄)。夏季,与无增温相比,增温提高了V_max-NH⁺₄。秋季,与无增温相比,增温降低了NH⁺₄的半饱和常数(K_m-NH⁺₄);...     

光照和温度对氮饥饿及饱和营养条件下石莼(Ulva lactuca)的硝态氮吸收动力学影响

为探讨海藻养分吸收能力并以高效养分过滤器筛选为目标,以N饥饿和N饱和的石莼为材料,研究了3种光照及温度因子及其交互作用对不同N素营养限制状态下石莼NO3-吸收动力学特征的影响。结果表明:N饱和条件下,随着光照的增强,石莼对NO3-的最大吸收速率也增加;30℃条件下,光照强度的增加虽然使得其最大吸收速率提高,但Vmax/Km在中等光强下最大;20℃最有利于石莼对NO3-的吸收。N饥饿条件下,石莼对NO3-的吸收速率显著大于非饥饿状态。在10℃和20℃条件下,呈现与N饱和条件下相似的规律,但在30℃条件下,中等光强石莼对NO3-的最大吸收速率最高。在10℃和20℃条件下,增加光强促进石莼对NO3-的吸收,但30℃条件下光强的增加并未起到促进作用。饥饿状态下的石莼的NO3-吸收速率较高,当石莼吸收NO3-饱和时,依然可以以较低的速率继续吸收环境中的NO3-。     

温度、水分对湿地土壤有机碳矿化的影响

采用密闭培养法,研究了小叶章(Deyeuxia angustifolia)湿地土壤有机碳的矿化动态,探讨了温度和水分条件对有机碳矿化的影响.结果表明:湿地土壤有机碳在培养初期(0～2 d)矿化速率较高,之后矿化速率逐渐降低;33 d培养期间,表层(0～10 cm)土壤的总矿化量为1.59～2.62 mg C·g-1,为下层(10～100 cm)的4～22倍;温度升高10℃使总矿化量分别增加60%～210%(75%WHC)和30%～200%(淹水);一级动力学方程能较好地描述湿地土壤有机碳矿化动态,其C0值随土壤深度呈指数递减变化,且C0和C0/SOC值均随温度的升高而升高;不同深度土壤Q10值分别变化为1.7～3.1(75% WHC)和1.2～3.0(淹水),且与土壤深度之间存在明显的二次抛物线相关;土壤深度、培养温度对湿地土壤有机碳矿化具有显著影响,而水分处理对有机碳矿化的影响不显著.     

水溶性有机质对土壤吸附菲的影响

研究了来源于稻草腐熟物的外源水溶性有机质(DOM)和土壤本身固有的内源DOM对有机碳含量不同的3种土壤吸附菲的影响.结果表明,不同处理土壤对菲的吸附曲线均为线性,其吸附系数(K_d)与土壤有机碳含量(f_oc)正相关.去除内源DOM后,黄棕壤、红粘田和黑土吸附菲的K_d值增加了7.08%～21.4%,增加量(ΔK_d)和增加幅度与f_oc正相关,表明土壤中存在的内源DOM抑制土壤对菲的吸附.而外源DOM对土壤吸附菲的影响与其浓度密切相关.在供试浓度范围(0～106 mg DOC·L^-1)内,红粘田吸附菲的K_d值随加入外源DOM浓度的提高先增大后减小.外源DOM浓度为28 mg DOC·L^-1时,红粘田吸附菲的K_d值增加了19.5%;而当外源DOM浓度≥52 mg DOC·L^-1时,则明显抑制菲的吸附.内源和外源DOM对土壤吸附菲的影响,主要与DOM和菲在溶液中的结合作用、在土壤中的累积吸附效应等有关.     

Free amino acid, ammonium and nitrate concentrations in soil solutions of a grazed coastal marsh in relation to plant growth

Soluble free amino acids, ammonium and nitrate ions as sources of nitrogen for plant growth were measured in soils of a coastal marsh grazed by snow geese in Manitoba, Canada. Amounts of nitrogen, primarily ammonium ions, increased in the latter half of the growing season and over winter, but fell to low values early in the growing season. Free amino acid concentrations relative to ammonium concentrations were highest during the period of rapid plant growth in early summer, especially in soils in the intertidal zone, where the median ratio of amino acid nitrogen to ammonium nitrogen was 0·36 and amino acid concentrations exceeded those of ammonium ions in 24% of samples. Amino acid profiles, which were dominated by alanine, proline and glutamic acid, were similar to goose faecal profiles. In a continuous flow hydroponic experiment conducted in the field, growth of the salt‐marsh grass, Puccinellia phryganodes, on glycine was similar to growth on ammonium ions at an equivalent concentration of nitrogen. When supplies of soil inorganic nitrogen are low, amino acids represent a potentially important source of nitrogen for the re‐growth of plants grazed by geese and amino acid uptake may be as high as 57% that of ammonium ions.     

系统比较氨基酸描述子在多肽定量构效关系中的应用

氨基酸描述子是采用多元统计方法从大量氨基酸性质参数中提取得到的少数关键信息成分,目前已被广泛应用于多肽生物活性预测及蛋白质功能判别等领域。鉴于近年来氨基酸描述子种类的极速扩增,收集了目前国内外发表的27种氨基酸描述子,并将其用于8组经典多肽集的结构表征及定量构效关系研究。通过系统比较这些描述子对同一肽集与不同肽集的统计建模结果,我们认为物理化学描述子的建模效果优于拓扑描述子,拓扑描述子的建模效果优于三维结构描述子,且已有诸多氨基酸描述子已经达到性能限度,如未考虑肽链内部各氨基酸残基的交互影响,肽配基与相应靶标蛋白的相互结合,因此不再建议按照传统思路进一步提出新型描述子种类。     

土壤水分和氮添加对华北平原高产农田有机碳矿化的影响

通过105 d的恒温(25℃)控湿室内培养方法,探讨了华北平原高产粮田土壤有机碳矿化特征以及水分和有机、无机氮输入对其影响。试验设4个肥料添加水平和4个水分梯度,分别为对照(S0)、仅添加无机氮(尿素)(S1)、无机氮和有机氮(鸡粪)配施(S2)以及仅添加有机氮(S3)和25%(田间持水量;M0)、50%(M1)、75%(M2)和100%(M3)共16个处理,每处理3次重复。结果表明,各处理有机碳矿化速率均在培养后1 d达第1高峰,之后直线下降,培养7 d时下降幅度达57.2%—75.0%,培养20—30 d时出现第2高峰。有机碳累积矿化量有208.8—1161 mg/kg,主要集中在前30 d,可占整个培养期的59.1%—69.9%,105 d的净矿化率为0.07%—2.01%。根据双指数方程模拟结果,研究了土壤潜在矿化碳库(C1+C2),其中活性碳库(C1)和惰性碳库(C2)分别为53.0—135.1 mg/kg和156.9—1069 mg/kg,潜在矿化率为1.75%—9.66%。土壤含水量显著影响有机碳矿化,且与潜在矿化碳库呈二次函数关系(P0.05)。田间持水量25%—100%范围内,随着土壤含水量的升高,有机碳矿化速率呈增加趋势,但增幅降低,其中M2(田间持水量75%)的有机碳净矿化率最高。有机碳矿化量与土壤微生物碳和矿质氮含量呈线性正相关(P0.05),保持氮水平(200 kg N/hm2)相同,有机氮(鸡粪)和无机氮(尿素)均显著促进土壤有机碳矿化,但两者间差异不显著(P0.05),且有机氮和无机氮对有机碳矿化的影响均与土壤含水量有显著交互作用(P0.05)。     

外源水溶性有机物及温度对红壤铜形态的影响

利用模拟培养试验研究了外源水溶性有机物（DOM）添加量和培养温度对红壤中Cu形态的影响. 结果表明: 与不添加DOM比较, 添加不同量的DOM均可提高土壤中交换态Cu的含量、降低铁锰结合态Cu含量; 随着培养时间的延长,不同DOM添加量下土壤交换态Cu含量呈逐渐下降趋势;至试验结束时,DOM添加量为250 mg·L^-1时土壤交换态和碳酸盐结合态Cu含量最高, 添加量为500 mg·L^-1时铁锰结合态Cu含量最高;不同DOM添加量下, 土壤中有机结合态Cu含量较CK增加10.67%～23.66%. 在25 ℃和45 ℃温度条件下, 添加DOM后土壤交换态和铁锰结合态Cu含量均随培养时间的延长呈下降趋势, 但在5 ℃下变化趋势相反; 3种温度下添加DOM后土壤碳酸盐结合态Cu含量有随培养时间延长而增加的趋势. 随着培养温度的升高,土壤有机结合态Cu含量增加, 但在温度较低(5 ℃)时土壤残渣态Cu含量下降.     

红壤丘陵区水田和旱地土壤可溶性有机碳矿化对水分的响应

以亚热带红壤丘陵区典型水田和旱地土壤为研究对象,向土壤中添加¹⁴C标记稻草,培养30 d后,提取与原位土壤中结构相似的¹⁴C可溶性有机碳(DOC);将¹⁴C DOC加入水田和旱地土壤中,并设置45%、60%、75%、90%和105%田间持水量(WHC)5个水分梯度,在标准状态下(25 ℃)培养100 d,监测¹⁴C DOC在土壤中的矿化过程.结果表明: 培养100 d后,两种土壤中28.7%～61.4%的标记DOC被矿化为CO₂,且5个水分条件下,水田土壤DOC的矿化率均显著高于旱地,这主要是由于水田土壤DOC的结构组成比旱地土壤更简单.好气条件(56%～75%WHC)有利于两种土壤DOC的分解,淹水条件(105%WHC)则有利于DOC的积累.土壤处于好气条件(45%～90%WHC)时,DOC的生物可分解率及易分解态所占比例均随着含水量的增加而增加.100 d内,水田和旱地易分解态DOC分别占其累积矿化量的80.5%～91.1%和66.3%～72.4%,说明DOC的生物可分解率主要由其易分解态组分所占比例决定.