水稻光合同化碳向土壤有机碳库输入的定量研究:14C连续标记法

应用14C连续标记示踪技术,以当地主栽水稻品种"中优169"为供试作物,分别选取亚热带区4种典型稻田土壤,在密闭系统模拟研究水稻根际输入光合碳对土壤有机碳(SOC)及其组分的影响.结果表明,标记种植80 d后,水稻地上部和地下部的累积的总碳量范围分别为1.86～5.60 g.pot-1和0.46～0.78 g.pot-1.种植水稻后供试土壤的14C-SOC含量范围为114.3～348.2 mg.kg-1,而14C-DOC、14C-MBC含量范围为4.05～8.65 mg.kg-1、12.5～37.6 mg.kg-1.水稻生长期间内,不同土壤条件下,土壤14C-SOC与14C-水稻碳量的比率范围为5.09%～6.62%,这说明尽管不同土壤的光合生产能力不同,但根际沉积效率相似.土壤可溶解性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)和SOC的更新率分别为6.72%～14.64%、1.70%～7.67%和0.73%～1.99%.而且,水稻光合碳的分配和转化对土壤活性碳组分的DOC、MBC含量变化影响较大,而对土壤有机碳影响较小.本研究进一步量化了水稻生长期间光合碳对土壤有机碳库各组分(SOC、DOC和MBC)的贡献,为水稻土有机质积累持续机制与固碳潜力研究提供了数据支撑.     

不同水分条件沼泽湿地土壤轻组有机碳与微生物活性动态

通过野外实验与室内分析,对三江平原生长季内毛果苔草(Carex lasiocapa)沼泽湿地生物量及0~20cm土壤不同有机碳组分进行观测,分析了不同水分条件下毛果苔草湿地土壤轻组有机碳(LFOC)与微生物量碳(MBC)的变化动态.结果表明,随水位增加毛果苔草群落地上生物量积累明显,与10~20cm积水条件相比,17~30cm水位状况下湿地土壤具有较高的轻组有机质含量与比例.生长季初期冻融过程提高了土壤轻组分(LF)有机碳含量与LFOC含量,之后随植物生长毛果苔草沼泽湿地土壤重组有机碳(HFOC)含量增长快于LFOC,说明毛果苔草沼泽湿地土壤具有较高的重组有机质持有能力.此外不同水位条件下毛果苔草沼泽湿地微生物活性受到土壤有机碳含量影响不同,低水位条件下微生物量碳与SOC呈显著正相关关系(R2=0.859),17~30cm水位条件下二者关系不显著,并且高水位毛果苔草沼泽湿地具有较低的MBC与微生物熵,表明该条件下土壤碳库具有较高的稳定性.     

土壤自养微生物同化碳向土壤有机碳库输入的定量研究：14C连续标记法

自养微生物在土壤中广泛存在,但其CO2同化能力及其向土壤碳库的输入机制尚不明确.应用14C连续标记示踪技术,选取亚热带区4种典型稻田土壤在密闭系统模拟培养,探讨了土壤自养微生物同化碳向土壤碳库的输入过程和机制及其对土壤碳库活性组分的影响.结果表明,土壤微生物具有客观的CO2同化能力.标记培养110 d后,供试土壤的14C-SOC含量范围为69.06～133.81 mg.kg-1,而14C-DOC、14C-MBC含量范围为2.54～8.10 mg.kg-1、19.50～49.16 mg.kg-1.土壤自养微生物同化碳(14C-SOC)与其微生物截留碳(14C-MBC)呈极显著的正相关关系.土壤可溶解性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)和SOC的更新率分别为5.65%～24.91%、4.23%～20.02%和0.58%～0.92%.而且,土壤自养微生物同化碳的输入对土壤活性碳组分的DOC、MBC含量变化影响较大,而对SOC影响较小.对微生物在土壤碳循环过程的基本功能的认识在本研究中得以丰富和加深.     

太湖地区几种水稻土团聚体颗粒组中PAHs的分布及其环境意义

以太湖地区代表性的青紫泥、黄泥土、白土等3种水稻土为研究对象,采用低能量分离-分散法提取得到不同粒径的团聚体颗粒组,用HPLC测定了本土和分离得到的团聚体颗粒组中16种PAHs的含量.结果表明,供试水稻土不同粒径的团聚体颗粒组中PAHs含量分布存在差异,PAHs总含量以＜2μm粒径的团聚体颗粒组最高,其次是200～2000μm粒径的团聚体颗粒组,PAHs在这2个团聚体颗粒组有明显富集现象(富集系数为1.25～3.92);而20～200μm和2～20 μm粒径的团聚体颗粒组中PAHs含量小于本土,呈现亏缺现象(富集系数为0.64～0.88).考虑到不同粒径团聚体颗粒组的相对组成,水稻土中PAHs主要分布于20～200μm和200～2000μm 2个团聚体颗粒组中,而在＜2μm粒径的团聚体颗粒组中最少.PAHs在不同粒径的团聚体颗粒组中的含量分布与其总有机碳、腐殖质碳、胡敏酸碳的含量有关,并在很大程度上受芳构化疏水性有机物含量的控制.因此,水稻土不同粒径团聚体颗粒中有机碳及其组分的性质影响着这些团聚体颗粒组分对PAHs的吸持与固定.     

城市土壤不同粒径组分PAHs污染特征

利用湿筛法,将采自上海市不同土地利用类型下的表层土壤分成63、63~125、125~250、250~500和500μm 5种粒径组分,测定其16种美国环境保护署优控的多环芳烃(PAHs)含量。∑16PAHs浓度范围为5.2~125.6μg/g,金山石化区污染物浓度最高。不同粒级污染物浓度差别较大,最高值集中在125μm的粗砂粒部分,最低值出现在63μm粒径组分。除商业中心区外,各粒级组分中多环芳烃均以4环及以上多环芳烃为主。低环(2~3环)、中环(4环)、高环(5~6环)PAHs和∑16PAHs与土壤中总有机碳(TOC)、黑碳(BC)均呈显著性正相关(P0.01)。有机碳标准化PAHs浓度表明,有机质结合PAHs能力在125~250μm粒径组分最强,在63μm粒径组分最低。源解析表明样品土壤中PAHs主要来源于燃烧,住宅区虎丘、商业区金茂大厦地区土壤中PAHs部分可能源于石油泄漏。     

稻田转变为旱地下土壤有机碳含量及其组分的变化特征

采用土壤有机碳（SOC）物理分组与¹³C自然丰度相结合技术,研究了稻田长期（19 a）转换为旱地（玉米地）后土壤有机碳及其组分的响应特征,以及不同有机碳组分的周转和更新速率.结果表明,长期种植旱地作物后,农田土壤有机碳和总氮含量显著下降.相同历史背景下,稻田土壤总有机碳（TOC）和总氮（TN）的浓度分别比玉米田高76.7%和47.6%.水稻土包裹态颗粒有机质（oPOM）和矿物结合有机质（MOM）在土壤中的浓度均是玉米田的2倍,但游离态颗粒有机质（fPOM）差异不显著.稻田土壤oPOM和MOM自身碳的浓度均显著高于玉米地,fPOM则相反.特别是oPOM组分,稻田是玉米地的近6倍.表明水稻土团聚体保护碳的能力高于旱地.稻田转换为玉米地19 a后,各组分δ¹³C值显著升高.fPOM、oPOM和MOM中来自玉米新碳的比例分别达到了54.6%、 24.7%和19.0%,平均驻留时间（MRT）依次增大,分别达到24、 67和90 a.上述结果进一步证明了稻田土壤比旱地更具固碳潜力,其优势主要体现在土壤中oPOM和MOM组分碳的富积.     

黄河三角洲碱蓬湿地土壤有机碳及其组分分布特征

应用物理分组方法研究了黄河三角洲典型碱蓬湿地土壤有机碳及其组分分布特征.结果表明,研究区土壤重组有机碳是土壤有机碳的主要组成部分,土壤重组有机碳含量、土壤颗粒有机碳含量与土壤总有机碳含量都显著正相关.研究区土壤轻组组分比例和含量范围分别在0.008%～0.15%和0.10～0.40 g·kg-1,颗粒有机碳分配比例范围为8.83%～30.58%,说明黄河三角洲碱蓬湿地土壤有机碳中非保护性组分较低,碳库相对稳定.     

气溶胶中不同类型碳组分粒径分布特征

了解气溶胶碳组分粒径分布特征对于研究区域气溶胶生成转化机制、辐射特性等非常重要,但北京地区针对气溶胶碳组分粒径分布特征的相关研究非常少.本研究利用MOUDI-120采样器在北京地区3个季节开展气溶胶分级样品的采集,并分析其中不同类型的碳组分的含量,进而系统研究不同季节及污染状况下,各碳组分的粒径分布特征、来源及相互关系.结果表明,碳组分主要富集在细粒子中,秋冬季细粒子中碳组分的比重高于夏季.碳组分主要分布在两个模态,即积聚模态和粗模态. OC1和OC2主要分布在积聚模态,在0. 056～0. 56μm范围内有较高比例,OC3+OC4在粗模态的分布较为明显.Soot-EC浓度较低,没有明显的粒径分布特征,在0. 10～0. 18μm粒径段浓度较高,表明高温燃烧排放的EC主要分布在超细粒径段. Char-EC浓度远高于Soot-EC,在EC中占绝大部分比重.各主要碳组分在白天和夜晚的分布形态基本一致.夏季和冬季较有利于SOC的形成,OC/EC比值明显高于秋季. OC/EC值在不同粒径区间中差异很大,由于水溶性有机物(WSOC)主要分布在0. 056～0. 10μm,OC/EC值明显高于其他粒径段.白天及高温有利于气态有机物氧化生成SOC,致使夏季白天的OC/EC比值明显高于夜晚.各碳组分之间,EC1和OC1相关性最强,此外EC1和K+也有很强的相关性.     

桂林会仙喀斯特湿地水位梯度下不同植物群落土壤有机碳及其组分特征

选择桂林会仙喀斯特湿地不同水位梯度下9种植物群落的土壤为研究对象,通过研究0～30 cm不同深度的土壤理化性质、土壤有机碳(SOC)、轻组有机碳(LFOC)、重组有机碳(HFOC)、易氧化有机碳(EOC)、可溶性有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)、微生物生物量碳(MBC)含量等变化趋势,以揭示水位梯度下不同植物群落土壤有机碳组分的分布特征及其影响因子.结果表明:①会仙湿地土壤0～30cm LFOC、HFOC占SOC的质量分数分别为11. 10%,88. 90%,土壤轻组分分配比相对较低,重组分分配比较高;②各群落土壤DOC,EOC; POC和MBC(除铺地黍群落外)含量均随土层深度的增加而减少;与SOC含量变化趋势基本一致,各群落DOC、EOC、POC占SOC的比例随土层变化均呈减小趋势;③华克拉莎群落的SOC、LFOC、HFOC、MBC、DOC、EOC、POC含量在各土层中均为最高,且显著高于其它植物群落;④SOC、全氮(TN)与土壤有机碳各组分含量显著正相关(P 0. 01),土壤pH与LFOC、HFOC、DOC和POC显著正相关,土壤容重与LFOC、HFOC、DOC、EOC和POC显著负相关(P 0. 01),黏粒含量与LFOC、HFOC、DOC、POC和MBC显著负相关;⑤土壤全氮、砂粒含量、pH和土壤含水量对HFOC含量的主要贡献均表现为通过影响其它因子而产生的间接作用效应;土壤TN对EOC、DOC和POC含量具有较强的直接正作用效应;土壤含水量对MBC含量的直接负作用最大.土壤理化特征因子之间的相互作用共同影响着LFOC、HFOC及有机碳各组分含量的变化.     

安徽省升金湖湿地土壤有机碳储存及分布

文章研究了安徽省升金湖湿地土壤有机碳储存和分布特征及其与土壤氮素的关系。结果表明,供试湿地土壤全土1m深有机碳密度达10.82±1.90kg.m-2,表层土壤(0—30cm)有机碳密度为5.19±0.68kg.m-2,高于报道的人工湿地——水稻土的碳密度;有机碳(SOC)含量分布随土壤深度(H)的递降符合幂函数方程,湿地土壤有机碳的表层积累强度和积累深度高于稻田;湿地土壤氮素是土壤固碳的有利因子,其氮素对土壤有机碳积累的效应高于水稻土;因湖泊沉积受河流动力学、土壤水分和植物生长条件的影响,湿地土壤有机碳含量存在显著的水平空间变异性。看来,长江中下游淡水湿地在陆地生态系统碳氮储存上具有重要意义。     

营养盐恢复对氮磷饥饿铜绿微囊藻生长的影响

在自然水体中微囊藻经常经历营养盐的限制和再补充,营养盐浓度的波动影响着微囊藻的生长和暴发.本文利用14C标记和荧光定量PCR研究了营养盐恢复对氮磷饥饿的铜绿微囊藻细胞生理和光合作用相关基因表达的影响.结果表明经过氮磷饥饿的铜绿微囊藻在补充营养盐后,都能快速生长,氮饥饿的藻细胞生长更快,但其经过快速增长期后很快开始衰亡.补充营养盐后,经过磷饥饿的藻细胞固碳能力和光合作用相关基因表达很快恢复至未经饥饿藻细胞的水平,而经过氮饥饿的藻细胞其固碳能力和相关基因虽然有很大提升,却难以恢复至未经饥饿的藻细胞的水平.这可能也是氮饥饿的藻细胞在饥饿解除后虽然能暂时地快速生长,但很快又进入衰亡的原因之一.     

黔西南高砷煤矿区钙镁离子对砷酸根联合生物毒性效应的影响研究

以隆线溞为受试生物,研究了黔西南高砷煤矿区水环境中广泛共存的Ca2+、Mg2+对砷酸根(AsO34-)的生物毒性效应的影响.结果表明,砷酸根单独存在条件下,对隆线溞24、48、72、96h的半致死浓度(LC50)分别为5.9817、5.1800、4.1884、3.2015 mg·L-1.Ca2+(20、60、100mg...     

硫酸盐/氨的厌氧生物转化试验研究

采用厌氧上流式生物膜反应器,通过控制不同的水力停留时间、进水n(NH+4-N)/n(SO2-4-S)和HCO-3浓度研究了无机营养条件下硫酸盐/氨的厌氧生物转化特性.结果表明,反应器中NH+4和SO2-4发生了同步去除,最大NH+4-N和SO2-4-S去除速率分别为47.6 mg·(L·d)-1和16.9 mg·(L·d)-1,稳定去除率最高分别超过了80%和43%;反应过程中有NO-3-N的明显生成,出水NO-3-N浓度最大时为77.6 mg·L-1,整个过程中,未检测到S2-的生成,有单质硫附着在生物污泥表面;由于控制条件的不同,会产生不同的n(NH+4-N)/n(SO2-4-S)转化比,表明NH+4和SO2-4的厌氧生物反应并不是简单地接续反应,反应器中存在更为复杂的反应过程和转化途径.     

直流电场处理后隆线溞趋光性对Cr6+ 和Hg2+ 的响应

为了利用水溞趋光性更灵敏地检测水体中的有毒物质,试验以自主选育的、趋光性强的隆线溞(Daphnia carinata)单克隆为材料,研究了直流电场对水溞趋光性的影响和对重金属Cr6+和Hg2+的响应.结果表明,在直流电场中,随电场强度增大和处理时间延长,隆线溞的趋光性由正变负.其中,不影响趋光性的临界电场强度和处理时间分别是0.01 mA和5 min.用0.01 mA的直流电场处理隆线溞5 min后,隆线溞对Cr6+或Hg2+的趋光指数检测下限显著降低,Cr6+的检测下限浓度由56μg·L-1(未经电场处理)下降为32μg·L-1(电场处理),Hg2+的检测下限浓度由5.6μg·L-1(未经电场处理)下降为4.2μg·L-1(电场处理).说明适当的直流电场处理隆线溞后,能显著降低水溞趋光指数检测毒物的下限,扩大检测范围,提高监测灵敏度.     

农田土壤自养微生物碳同化潜力及其功能基因数量、关键酶活性分析

研究农田土壤自养微生物碳同化潜力,对全面认识农田生态系统碳吸收和碳储存有着重要意义.选取6种典型农田土壤,通过14C连续标记示踪技术结合密闭系统模拟培养,量化了土壤自养微生物碳同化潜力及其向土壤活性碳库组分转化,同时结合分子生物学技术及酶学分析方法,探讨了不同土壤自养微生物细菌固碳功能基因(cbbL)丰度及关键酶(RubisCO)活性.结果表明,土壤自养微生物具有可观的CO2同化潜力,在本实验条件下,全球每年表层(0~20 cm)土壤通过自养微生物的同化作用可固定的碳为0.57~7.3 Pg.供试土壤的14C土壤有机碳(14C-SOC)含量范围为10.63~133.81 mg·kg-1,而14C可溶性有机碳(14C-DOC)、14C微生物生物量碳(14C-MBC)含量范围分别为0.96~8.10 mg·kg-1、1.70~49.16 mg·kg-1.土壤可溶解性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)和SOC的更新率分别为5.07%~14.3%、2.51%~13.12%和0.09%~0.64%.土壤细菌cbbL丰度范围为2.40×107~1.9×108copies·g-1,且RubisCO酶活性(CO2/soil)范围为34.06~71.86 nmol·(g·min)-1.相关分析表明,土壤14C-SOC与14C-MBC及RubisCO酶活性均呈极显著正相关关系(P<0.01).说明土壤对大气CO2的同化作用主要是由自养微生物参与的同化过程,且较高的RubisCO酶活性意味着较高的自养微生物CO2同化潜力.     

n(NO3--N)/n(NO2--N)对混培养菌与纯培养菌同步脱氮除硫的影响

在温度30℃、pH为7、硫氮比为5/3、厌氧条件下,对比研究了不同n(NO-3-N)/n(NO-2-N)对荧光假单胞菌和铜绿假单胞菌混培养菌同步脱氮除硫影响.随着n(NO-3-N)/n(NO-2-N)减小,荧光假单胞菌、铜绿假单胞菌对NOx-N去除率逐渐增高,而S2-去除率却依次减少,混培养菌对NOx-N去除效率先增加后趋于平稳.n(NO-3-N)/n(NO-2-N)对混培养菌去除S2-几乎没有影响.荧光假单胞菌能迅速将NO-3-N转化为NO-2-N,但NO-2-N转为N2却相对缓慢,培养液中出现NO-2-N累积;而铜绿假单胞菌将NO-2-N还原N2的能力明显比荧光假单胞菌强,培养液未反应的NOx-N以NO-3-N为主,未出现NO-2-N累积.混培养菌对NOx-N转化的情况介于荧光假单胞菌与铜绿假单胞菌之间.荧光假单胞菌同时获得较高NOx-N、S2-去除的n(NO-3-N)/n(NO-2-N)为5/5,铜绿假单胞菌为10/0,混培养菌为5.0/5.0.混培养菌对NOx-N、S2-的同步去除效果优于单菌株荧光假单胞菌和铜绿假单胞菌.     

高寒藏嵩草(Kobresia tibetica)草甸植物对土壤氮素利用的多元化特征

论文以藏嵩草草甸为研究对象,利用¹⁵N 同位素标记技术,野外原位定量研究高寒藏嵩草草甸7 个主要植物种对土壤有机氮（甘氨酸）和无机氮（铵态氮、硝态氮）的吸收,以证明不同植物对土壤氮素吸收的生态位分化特征。结果表明：① 高寒藏嵩草草甸7 种植物δ¹⁵N天然丰度值为0.840‰～5.015‰,变异范围为4.175‰,地上组织氮浓度为14.38～23.31g·kg^-1;② 从7 种植物吸收土壤甘氨酸、铵态氮和硝态氮的比例看,草地早熟禾偏好吸收土壤有机态氮,其体内氮的36%来源于土壤甘氨酸。冷地早熟禾和雅毛茛吸收土壤无机氮的能力最强,其体内氮的41%～43%来源于铵态氮。溚草偏好吸收土壤硝态氮,其体内氮的35%来自于硝态氮。③ 优势植物藏嵩草、华扁穗草和黑褐苔草对¹⁵N-Gly、¹⁵N-NO₃^-和¹⁵N-NH₄⁺的吸收均较低,仅为0.085～0.475 μmol ¹⁵N·g^-1 DW,表明这3 种莎草科植物不能有效吸收土壤中的甘氨酸和无机氮源。④ 高寒沼泽湿地生态系统中,不同植物种对土壤氮素的吸收存在差异和多元化的特点,其中莎草科植物对土壤氮的利用较低,而早熟禾、溚草禾本科牧草及双子叶植物雅毛茛以土壤无机氮和可溶性有机氮作为氮源。     

异丙甲草胺与锌共存对斜生栅藻毒性手性差异影响

为评价重金属与手性农药共存的生物选择性毒性,采用毒性试验标准方法研究了Rac-、S-异丙甲草胺单独及与锌共存对斜生栅藻的手性毒性差异.结果表明,Zn2+存在条件下Rac-、S-异丙甲草胺对斜生栅藻的生长趋势影响与除草剂单独作用时的趋势基本相同,Zn2+的存在降低了高浓度除草剂对斜生栅藻的生长抑制作用,处理初期(24 h)0.30 mg·L-1Rac-和S-异丙甲草胺单独对斜生栅藻生长的抑制率分别为49.61%和59.73%,与Zn2+联合作用其抑制率分别为38.41%和42.52%.Zn2+的存在增加了Rac-和S-异丙甲草胺对斜生栅藻的立体选择性毒性差异,使S-异丙甲草胺急性毒性增大的程度大于Rac-异丙甲草胺毒性的增加;与Zn2+的联合毒性作用类型表现为除草剂在低浓度下为部分相加作用,高浓度下为拮抗作用;除草剂单独及与Zn2+联合作用处理96 h后的斜生栅藻叶绿素含量变化与其生长趋势基本一致.     

砷-菲对蜈蚣草根部不同碳基团的影响

采用离体鲜根实验和固态13C核磁共振技术(13C-NMR)研究蜈蚣草根部对砷和菲的吸收特征及根部碳基团的影响作用.结果表明,蜈蚣草根部在无蒸腾作用的条件下能够有效地吸收砷和菲,添加菲能够促进离体鲜根对砷的吸收,添加砷也可提高菲的吸收,与对照相比,菲提高了15%~53%.蜈蚣草离体鲜根中以烷氧基C为主,羧基C比例最低,且主要为羧酸、酯和酰胺类羧基C,添加砷和菲会显著增加蜈蚣草离体鲜根中羧基C的比例.蜈蚣草离体鲜根为应对砷和菲的胁迫形成了分子结构更为稳定和复杂的芳香类有机质,从而提高离体鲜根的抗性和适应性.