土壤呼吸与土壤有机碳对不同秸秆还田的响应及其机制

以黄豆、玉米、水稻这3种农业秸秆为原料,崇明东滩围垦土地为试验样区,以景观植物地肤草为目标植物,研究土壤呼吸和土壤有机碳对不同秸秆还田的响应及其可能的机制.结果表明,不同秸秆直接还田的土壤呼吸和地上植物量均高于对照组;黄豆秸秆还田后土壤呼吸相对最低,土壤有机碳最高,因此黄豆秸秆还田的土壤碳封存能力高于玉米和水稻秸秆.秸秆还田显著促进土壤微生物活性,增加了土壤微生物量以及β-糖苷酶、脱氢酶活性,脱氢酶活性与土壤呼吸相关性最显著.黄豆秸秆还田脱氢酶活性最低,相应的土壤呼吸也最低.黄豆秸秆纤维素、木质素和C/N含量最高,可降解性最低,表明黄豆秸秆难以被微生物降解利用,因而还田后其土壤微生物活性最低,最终导致最低的土壤呼吸和较高的土壤有机碳.     

南海水域不同深度非光合微生物的固碳潜能及其对不同电子供体的响应

通过对南海水域多个区域不同深度的海水分别以H2、Na2S2O3、Na NO2为电子供体经过一定时间的驯化培养后,测定其中非光合微生物的固碳潜力,并统计南海水域不同深度非光合微生物在不同电子供体条件下固碳潜力的差异性,最后结合不同深度海水的主要固碳基因丰度差异,分析南海水域不同深度海洋非光合微生物在不同电子供体条件下固碳潜能差异的原因.结果发现以Na NO2为电子供体时,海洋非光合微生物固碳能力普遍较低,各深度之间没有显著差异;以H2为电子供体时,表层海水中的非光合微生物的固碳潜力显著高于深层海水中的;而以Na2S2O3为电子供体时,深层海水中的非光合微生物的固碳潜力显著高于表层海水中的.基因分析结果表明,固碳基因cbb L在表层海水中的丰度高于深层海水,而cbb M基因在深层海水中的丰度高于表层海水.硫细菌大多以拥有cbb M基因为主,而氢细菌大多以拥有cbb L基因为主.因此不同海洋深度非光合微生物对不同电子供体响应的差异性可能和优势菌群结构的差异有关.海洋表层和深层溶解氧、无机碳含量的差异是导致菌群结构差异,乃至固碳潜力差异的重要原因.     

废弃重组质粒DNA热处理效率的环境影响因素

为了解环境因素对质粒DNA热处理效率的影响以及热处理过程的有效性和安全性,以pET-28b质粒为材料,采用定量PCR技术结合质粒转化等方法分析了pH、NaCl、牛血清白蛋白(BSA)及EDTA浓度等因素对质粒DNA热处理的影响.结果表明,NaCl、BSA及EDTA的存在对热处理过程中的质粒DNA具有保护作用,且保护作用依次增强.在纯水中热处理30min后的质粒DNA可扩增的片段数仅是在0.1%的EDTA中热处理30min后质粒DNA可扩增片段数目的1.7%.由于生物实验室废水中通常含有上述有机或无机物质,因此,实际热处理过程中质粒DNA的降解半衰期可能远长于先前报道的2.7～4min,残留的转化活性也可能更高,这必须引起我们高度关注.但是,研究结果也表明,酸性条件下的热处理能加速质粒DNA的失活和降解,因此建议热处理过程可在弱酸性条件下完成,以强化其处理效果.     

非光合CO2同化微生物菌群的选育/优化及其群落结构分析

通过从海水及其沉积物中分离、筛选,并结合电子供体和无机碳源结构的优化以期获得不用光照与供氢的高效固碳微生物菌群;通过16S rDNA序列分析、比对等手段研究非光合固碳微生物菌群的结构,以期为优化群落配置,进一步提升固碳效率提供理论依据.结果显示,通过分离和长期驯化可从海洋中得到在普通好氧、厌氧条件下具有固碳能力的非光合微生物菌群.添加硫代硫酸钠、硫化钠和氢气作为电子供体可有效提升菌群的固碳效率,在以硫代硫酸钠为电子供体的好氧、厌氧条件下,该菌群的CO2同化效率分别可达10.44 mg/L和12.56 mg/L.该固碳菌群对混合无机碳源的同化效率显著高于单一碳源,在以CO2、碳酸氢钠及碳酸钠为混合碳源情况下,菌群好氧、厌氧固碳效率(以CO2计)分别可达110 mg.(L.d)-1,和72mg.(L.d)-1,接近氢氧化细菌的水平.微生物群落结构分析结果表明,添加不同电子供体后,固碳微生物菌群的优势种发生了显著变化,在发现的16个优势菌种中,11个是不可培养微生物,即其只能以共生方式存在.菌群混合培养时的固碳效率可能是多种菌共同作用的结果,因此优化固碳微生物菌群的结构和配比将有利于其固碳效率的进一步提升.     

土壤碳收支对秸秆与秸秆生物炭还田的响应及其机制

秸秆直接还田与秸秆炭化还田是目前最主要的秸秆还田措施.由于秸秆与秸秆生物炭结构和性质的差异以及还田过程的差异,其还田后的土壤呼吸和土壤碳收支必然有显著差异.采用室外盆栽的方式,以地肤草为目标植物,系统研究了土壤呼吸与土壤碳收支对多种秸秆与秸秆生物炭还田的响应及其可能的机制.结果表明,秸秆生物炭还田的土壤呼吸[均值为21.69μmol·(m2·s)-1]显著低于秸秆直接还田[均值为65.32μmol·(m2·s)-1],土壤有机碳含量(均值为20.40 g·kg-1)和植物的固碳量(平均植物生物量138.56 g)均高于秸秆直接还田(均值为17.76 g·kg-1和76.76 g);考虑了生物炭制备过程的碳丢失后,秸秆生物炭还田的土壤碳收支仍显著高于秸秆直接还田,是一种较低碳的秸秆还田模式;秸秆直接还田显著促进土壤脱氢酶活性﹑土壤β-糖苷酶活性和土壤活性微生物量,因此导致较高的土壤呼吸,而生物炭还田土壤的微生物活性普遍较低;秸秆生物炭的易氧化态碳含量和可生物降解性均显著低于秸秆对照,表明秸秆生物炭稳定性较高,难以被土壤微生物降解利用,因此其还田后土壤微生物活性普遍较低,秸秆碳可在土壤中长期保存.     

热处理重组质粒DNA的复性及其在水环境中的降解特性

为了考察热处理后的重组DNA进入水环境后可能存在的环境风险,以pET-28b质粒为材料,以质粒相对转化效率为指标,考察了热变性重组质粒DNA的复性可能性,并在此基础上构建了人工模拟水环境系统,研究了热变性质粒DNA在水环境中的降解速率和影响因素.结果表明,热变性pET-28b质粒经过30min后,其转移活性可以得到恢复,在4～37℃之间,温度越高越有利于热变性质粒的复性.热处理过程中未被降解的质粒DNA进入水环境后,在pH值为7、8时降解速率相对较慢,在pH值为5、6、9的条件下,降解较快,但在任何pH下,1.0h后仍存在未降解的质粒DNA.水环境中的NaCl对热处理质粒DNA有一定的保护作用,而且这种作用是随着NaCl质量分数的提高而增强.进入水环境中的热变性DNA有足够的时间复性,从而可能发生基因转移.因此,这些热处理的质粒DNA进入环境后理论上存在一定的生态风险.     

崇明东滩湿地土壤养分的分布特征及其环境效应

通过研究崇明东滩不同类型天然湿地土壤在不同潮间的有机质(OM)、全氮(TN)、全磷(TP)的含量与分布,进而分析不同类型滨海湿地土壤作为营养盐氮、磷汇与碳沉积的环境效应。结果表明,芦苇型沙质湿地土壤中有机质、全氮、全磷的平均值分别为1.36%、0.1%、0.03%,而芦苇/米草混合型黏质土壤中分别为2.41%、0.27%、0.07%。随着高程的增加(从光滩向高潮滩过渡),芦苇(Phragmitescommunis)型沙质湿地土壤与芦苇/米草(Phragmites communis/Spartina alterniflora)混合型黏质土壤中有机质、全氮含量平稳上升,但全磷变化并不显著。这表明芦苇/互花米草混合型黏质湿地土壤对造成沿海水域富营养化的氮、磷营养盐以及引起全球气候变化的碳排放具有更好的汇聚效应,同时高潮滩的汇聚功能总体较光滩为高。