O3对水稻叶片氮代谢、脯氨酸和谷胱甘肽含量的影响

臭氧(O3)被认为是重要的气污染物之一,水稻又是主要的粮食作物,因而准确地评估O3浓度升高对水稻生长发育的影响具有十分重要的意义。采用开顶式气室法模拟研究了O3对水稻叶片可见伤害症状、氮代谢、脯氨酸和谷胱甘肽含量的影响。结果显示,O3污染胁迫会导致水稻叶片产生明显的伤害症状,具体表现为:老叶叶鞘褪绿,有褐斑,直至完全干枯;稻穗小且黄化,籽粒不饱满;水稻成熟期提前等。O3浓度升高对水稻叶片的硝酸还原酶活性有显著影响。当O3浓度为40、80和120nL.L-1时,水稻叶片硝酸还原酶活性与对照组相比均降低,其中,分蘖期分别降低了25.3%、67.4%和86.3%;拔节期分别降低了57.4%、75.7%和97.8%;抽穗期分别降低了91.0%、97.2%和99.3%;乳熟期分别降低了89.5%、89.5%和96.7%。水稻叶片铵态氮和硝态氮含量随着O3浓度的升高而显著地降低,例如当O3浓度为40、80和120nL.L-1时,与对照相比,水稻叶片硝态氮含量分别降低46.3%、52.7%和65.7%,铵态氮含量分别降低6.5%、12.9%和43.4%。O3污染胁迫下水稻叶片脯氨酸含量在不同生长期变化不同,分蘖期、拔节期和抽穗期脯氨酸含量在40nL.L-1浓度O3熏蒸下急剧地提高,但是随着O3浓度的增加,脯氨酸含量又不断地降低。在水稻乳熟期,脯氨酸含量均随着O3浓度的增加而显著地下降。O3污染胁迫导致水稻叶片还原型谷胱甘肽(GSH)含量显著低于对照组,而氧化型谷胱甘肽(GSSG)含量显著高于对照组。当O3浓度为40、80和120nL.L-1时,乳熟期水稻叶片GSH含量分别比对照组降低68.7%、80.2%和78.2%,GSSG含量分别比对照提高494.4%、527.2%和439.8%。研究表明,O3污染胁迫对水稻叶片氮代谢和抗氧化系统产生了极显著的影响。     

镉污染下大气CO2升高和氮添加对森林土壤有机碳的影响

以森林土为生长基质和开顶生长箱(open-top chambers,OTCs)的近自然法,选择亚热带造林树种大叶相思(Acacia auriculiformis)、红锥(Castanopsis hystrix)、樟树(Cinnamomum camphora)、枫香(Liquidambar formosana)、海南蒲桃(Syzygium hainanense)的一年生树苗构建实验林,探讨土壤有机碳对重金属镉(Cd)污染下大气二氧化碳(CO₂)浓度升高和氮(N)添加的响应.实验处理如下：对照(CK)、加Cd(Cd)、加Cd加CO₂(Cd+CO₂)、加Cd加N(Cd+N)、加Cd加CO₂加N(Cd+CO₂+N);加Cd为10 kg hm^-2 a^-1,加CO₂浓度为700μmol/mol,加N为100 kg hm^-2 a^-1;每个处理3个重复.试验始于2017年4月,2020...     

铜胁迫对农田土壤酶活性、细菌和古菌数量的影响

为了研究铜矿周边农田土壤中不同Cu含量对土壤酶活性、细菌和古菌基因拷贝数的影响,在铜矿周边农田土壤中采集了8个不同Cu含量的土壤,测定土壤的酶活性、细菌和古菌基因拷贝数,结果表明,土壤总Cu含量为28.30~1 019.27mg·kg~(-1),酸可提取态Cu含量为335~415.11 mg·kg~(-1),细菌16S rRNA基因拷贝数在每克干土3.10×10~(10)~1.84×10~(11)个之间,古茵16S rRNA基因拷贝数在每克干土737×10~8~6.82×10~9个之间。土壤总Cu和酸可提取态Cu含量对土壤脲酶活性影响较大,但对土壤脱氢酶和转化酶活性影响不显著。土壤细菌基因拷贝数均与总Cu含量、各形态Cu含量呈极显著的负相关关系,同样土壤古菌基因拷贝数与总Cu含量、各形态Cu含量也均呈极显著的负相关关系,说明Cu胁迫对土壤细菌和古菌活性具有较大的抑制作用。     

速生杨人工林对土壤碳氮含量及微生物生物量的影响

以耕地为对照,在山东德州对4年生和7年生速生杨人工林下土壤有机碳、全氮和微生物生物量测定结果表明,土壤有机碳、全氮及微生物生物量主要集中分布在0-5和5-10 cm土层,林地土壤有机碳、全氮含量及微生物生物量都显著低于耕地,微生物生物量降低幅度比土壤有机碳和全氮大.10 cm以下土层检测指标在各样地间差异不显著.土壤有机碳与微生物碳、土壤全氮与微生物氮分别呈显著线性正相关,耕地转为林地后,土壤肥力下降.     

罗红霉素对不同生长期小麦土壤氮形态和脲酶活性的影响

抗生素类药物作为添加剂被用于养殖业中,大部分以原形或其代谢产物形式进入土壤环境,对土壤环境造成生态危害。通过盆栽实验,研究了不同浓度罗红霉素(ROX)对小麦各生长期根际土壤微生物生物量氮、脲酶和无机氮的影响。结果表明,添加ROX后土壤微生物生物量氮在小麦苗期、拔节期和抽穗期受到显著抑制,而在灌浆期和收获期,土壤微生物生物量氮却显著增长;与对照相比,低浓度(0.2和0.5 mg·kg~(-1))和中浓度(1.0和2.0 mg·kg~(-1))ROX胁迫显著抑制小麦生长苗期、灌浆期和收获期的根际土壤脲酶活性,而在拔节期和抽穗期,却显著诱导脲酶活性;但高浓度(10.0 mg·kg~(-1))ROX胁迫却显著抑制小麦生长期内脲酶活性。低、中浓度ROX胁迫显著诱导小麦生长期中根际土壤中铵态氮浓度增长,而高浓度组ROX胁迫显著抑制土壤中铵态氮浓度。ROX胁迫抑制硝态氮,显示出ROX会影响土壤氮循环。     

我国农田土壤碳氮耦合特征的区域差异

利用中国第2次土壤普查数据,分析了稻作和旱作方式下农田耕层土壤有机碳和全氮特征及其区域差异。结果表明,水田土壤有机碳和全氮含量分别为旱地的147.8%和145.5%,但水田碳氮含量的区域变异低于旱地。全国水田和旱地土壤有机碳氮比值分别为10.8和9.9,各区域水田土壤碳氮比值普遍高于旱地,其中东北水田最高,而华东旱地和西北旱地最低。旱地碳氮比值的区域变异显著,水田则不显著。农田耕层土壤有机碳和全氮含量呈显著正相关,除华北地区外,各区域无论水田还是旱地其碳氮含量之间相关系数都超过0.8,达极显著水平。由此可见,我国农田耕层土壤有机碳和全氮含量之间存在显著耦合关系,而且不同利用方式和区域之间差异显著;相同氮水平下,水田土壤可能储存更多的有机碳。     

冻融对湿地土壤可溶性碳、氮和氮矿化的影响

通过室内模拟试验,研究了不同冻融循环过程(-5-5℃或-25-5 ℃)对沼泽湿地土壤可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)以及土壤有机氮矿化过程的影响.结果表明,随着冻融次数的增加,土壤DOC和DON含量呈先增加后降低趋势,土壤DOC含量在冻融1次(-5-5 ℃或-25-5 ℃冻融循环处理)后达最大值,而土壤DON分别在冻融2次(-5-5 ℃冻融循环处理)和4次(-25-5 ℃冻融循环处理)后达最大值.这说明在短期内冻融交替对土壤DOC和DON含量的影响较明显.冻结温度和冻融次数显著影响土壤有机氮矿化过程,且-25-5 ℃冻融循环比-5-5 ℃冻融循环矿化累积量高.冻融循环促进了土壤有机氮的矿化,有利于土壤有效氮的累积,为春季植物生长提供足够的氮素,对维持湿地生态系统稳定具有重要意义.     

土地利用方式对紫色土丘陵区土壤剖面碳、氮影响

采取野外调查与室内分析相结合的方法研究了紫色土丘陵区林地、撂荒地、水田、旱地土壤剖面(0～40 cm)有机碳、全氮变化特征.结果表明.有机碳、全氮均随土层深度增加而逐渐减小,且林地、撂荒地有机碳递减幅度高于水田、旱地.相对于撂荒地和旱地,水田、林地更利于有机碳、全氮的积累.林地有机碳和全氮在0～5 cm土层表现出绝对优势;随土层递增,与水田、撂荒地和旱地的差异逐渐减小.水田有机碳和全氮在大于10 cm土层显示最大值.而撂荒地有机碳和全氮仅在土壤表层高于旱地.有机碳与全氮存在显著正相关关系;w(C)/w(N)随土层深度增加而降低,且林地、撂荒地降低幅度较大.因此相对于水田、旱地,林地和撂荒地w(C)/w(N)仅在0～10 cm显示较大值.可见,土地利用方式对陆地生态系统碳、氮蓄积有明显影响,通过旱地还林或撂荒可以增加土壤特别是表层土壤对碳、氮的积累.     

降水变化、氮添加对鼎湖山主要森林土壤有机碳矿化和土壤微生物碳的影响

全球变化对土壤有机碳(SOC)存贮与分解的影响在全球碳(C)循环中具有重要地位.分别通过室内土壤培养法和氯仿熏蒸法,研究了降水变化和氮(N)添加处理对鼎湖山3种不同演替阶段的季风常绿阔叶林、针阔混交林和马尾松针叶林SOC矿化和土壤微生物量碳(SMBC)的影响.结果表明:1)降水量增加能够提高森林演替晚期SOC累积矿化量和矿化速率,而对森林演替早期SOC累积矿化量和矿化速率没有显著影响(P>0.05).2)干旱条件(降水量减少)降低森林SMBC含量,且在鼎湖山季风林表层土壤(0～10 cm)中SMBC的减少达到显著水平(P<0.05).3)N添加处理对鼎湖山3种森林类型SOC累积矿化量、矿化速率以及SMBC都没有显著影响(P>0.05).未来关于SOC矿化对全球变化响应的研究,要综合考虑土壤有机质质量、C/N比例、外源性氮输入等因素的作用.图4表2参37     

O3浓度升高对不同生长期冬小麦叶片抗氧化系统的影响

由于人口的快速增长,人类活动导致近地层O3浓度不断提高,O3浓度升高将对植物、动物和人体健康产生极大的危害.采用开顶式气室(OTC)原位实验方法,研究O3浓度升高对不同生长期冬小麦叶片抗氧化系统的影响,进而分析O3对植物的伤害机制.结果表明,O3浓度升高可导致冬小麦拔节期和抽穗期叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶...     

长期定位施肥对土壤的碳氮共济效应情景分析

碳氮共济的概念体现了二者间共同依赖、共同转化、共同协作的关系,将土壤碳和氮均作为改善土壤质量的主动因素,这一概念有别于其它碳氮关系论述时只考虑元素间的被动耦合机制。土壤碳和氮之间存在着相互依存和相互制约的关系,土壤碳、氮在数量上和结构上需要处于什么样的状态才能够实现土壤碳氮的共济关系,土壤碳对氮有多大的承载能力等是值得探讨的问题。文章利用我国长期定位试验中的土壤碳氮数据,分析土壤的碳氮质量分数变化特征、施肥对土壤w（C）/w（N）比的影响、土壤碳对氮素的储存能力、碳氮共济关系及其情景分析,以便为充分挖掘土壤碳氮的生物学潜力、提高土壤生产力、改善环境和实现碳氮的良性循环提供依据。通过检索文献数据库,选取了69篇记载有土壤碳氮数据的有代表性的文章,获得土壤碳氮数据1782项。分析结果表明：土壤碳氮关系可以用yC＝7.66xN＋1.8162（r2＝0.734＊＊, n=737）表达,土壤平均全氮质量分数为1.17 g·kg-1,变化范围在0.08~3.52 g·kg-1之间,土壤平均有机碳质量分数为10.8 g·kg-1,变化范围在0.64~32.08 g·kg-1之间;土壤w（C）/w（N）比集中在7.6~10.7之间,占总样本的80%左右,有机无机配施有利于提高土壤的w（C）/w（N）比,单施化肥,特别是偏施某一种化肥时,将显著降低土壤的w（C）/w（N）比;在土壤氮素储存率为N 20 kg·hm-2·a-1,目标w（C）/w（N）比为9、10、11的情景下,目前已经处于碳饱和的土壤分别占：52.7%、72.1%、87.5%;储存率为N 50 kg·hm-2·a-1的情景下分别占：58.2%、78.2%、91.4%;储存率为N 100 kg·hm-2·a-1的情景下分别占68.7%、87.6%、95.8%。土壤碳氮质量分数变异很大,总体碳氮比稳定在7.66左右,偏施化肥将显著降低土壤的w（C）/w（N）比,较低的土壤w（C）/w（N）比和较高的氮素储     

近地层臭氧浓度升高对麦田土壤氨氧化与反硝化细菌活性的影响

利用臭氧FACE(free-air O3concentration enrichment,开放式空气臭氧浓度增高)试验平台,研究近地层臭氧浓度(臭氧摩尔分数平均为70 nmol.mol-1)升高对小麦不同生育期植株氮吸收量,土壤w(全氮)、w(矿质氮)、脲酶活性、氨氧化细菌数量、反硝化细菌数量以及小麦成熟期土壤硝化与反硝化作用强度的影响。结果表明,与对照(臭氧摩尔分数平均为45 nmol.mol-1)相比,臭氧浓度升高条件下小麦不同生育期氮吸收量总体趋于升高,土壤w(全氮)、w(铵态氮)和w(硝态氮)总体趋于下降,在小麦成熟期土壤w(全氮)和w(铵态氮)分别比对照下降9%和71%(P0.05),而w(硝态氮)比对照下降36%;臭氧浓度升高使小麦不同生育期土壤脲酶活性总体趋于增强,在拔节期、抽穗期和灌浆期均显著高于对照(P0.05);随着小麦的生长,臭氧熏蒸土壤氨氧化细菌和反硝化细菌数量也趋于升高,在小麦成熟期均显著高于对照(P0.05)。在小麦成熟期,尽管臭氧熏蒸土壤单个氨氧化细菌的硝化活性比对照下降57%,但土壤整体硝化强度却比对照提高123%;臭氧熏蒸土壤反硝化作用强度与对照相比无明显差异,但单个反硝化细菌的反硝化活性却比对照降低96%,达显著水平(P0.05)。认为臭氧浓度升高促进了小麦对土壤氮素的吸收,导致土壤氮素库存量降低,进而加快了土壤中氮素的转化,表现为脲酶活性升高,氨氧化细菌和反硝化细菌数量增加,但它们的代谢活性反而下降。     

培养基对大型溞(Daphnia magna)生长、繁殖和子代的影响

大型溞(Daphnia magna)急性活动抑制试验和繁殖试验是研究和评价新化学物质对水生生物危害性的重要手段之一。由于经济合作与发展组织(Organization for Economic Co-operation and Development, OECD)测试导则推荐的Elendt M4培养基中含有的乙二胺四乙酸(EDTA)可能会影响金属离子的活性,不适合用于含有金属离子样品的毒理学测试。为选出合适的替代培养基,采用Elendt M4培养基、美国材料与试验协会(American Society for Testing and Materials, ASTM)推荐的ASTM培养基和国际标准化组织(International Organization for Standardization, ISO)推荐的ISO培养基进行大型溞繁殖试验,并收集繁殖试验中亲溞产下的非头胎幼溞进行重铬酸钾的急性活动抑制试验。结果表明,3种培养基对大型溞的生长、存活均无抑制作用,ASTM培养基和ISO培养基中大型溞的繁殖量分别为111±10和70±13,显著低于Elendt M4培养基的132±4 (P 0.05)。3种培养基中大型溞的繁殖量均能满足OECD 211-2012大型溞繁殖试验标准中繁殖量大于60的要求,但在ISO培养基中有死胎出现。重铬酸钾对Elendt M4培养基、ASTM培养基和ISO培养基中繁殖幼溞的24 h半数效应浓度(24 h-EC_(50))值分别为1.29、1.84和0.772 mg·L~(-1),均在OECD 202-2004大型溞急性活动抑制试验标准要求的0.6～2.1 mg·L~(-1)范围内,说明3种培养基中繁殖的大型溞均能用于大型溞急性活动抑制试验的标准测试中。综上所述,进行含有金属离子样品的毒理测试时,ASTM培养基和ISO培养基均可用于大型溞的短期驯养和急性活动抑制试验,ASTM培养基还可以用于长期驯养和繁殖试验。以上结果为大型溞毒性试验中试验培养基的选择提供理论依据。     

Optimum Nitrogen Use and Reduced Nitrogen Loss for Production of Rice and Wheat in the Yangtse Delta Region

A long-term field and lysimeter experiment under different amount of fertilizer-N application was conducted to explore the optimal N application rates for a high productive rice–wheat system and less N leaching loss in the Yangtse Delta region. In this region excessive applications of N fertilizer for the rice–wheat production has resulted in reduced N recovery rates and environment pollution. Initial results of the field experiments showed that the optimal N application rate increased with the yield. On the two major paddy soils (Hydromorphic paddy soil and Gleyed paddy soil) of the region, the optimal N application rate was 225–270 kg N hm^–2 for rice and 180–225 kg N hm^–2 for wheat, separately. This has resulted in the highest number of effective ears and Spikelets per unit area, and hence high yield. Nitrogen leaching in the form of NO ₃ ^– -N occurs mainly in the wheat-growing season and in the ponding and seedling periods of the paddy field. Its concentration in the leachate increased with the N application rate in the lysimeter experiment. When the application rate reached 225 kg N hm^–2, the concentration rose to 5.4–21.3 mgN l^–1 in the leachate during the wheat-growing season. About 60% of the leachate samples determined contained NO ₃ ^– -N beyond the criterion (NO ₃ ^– -N 10 mg l^–1) for N pollution. In the field experiment, when the N application rate was in the range of 270–315 kg hm^–2, the NO ₃ ^– -N concentration in the leachate during the wheat-growing season ranged from 1.9 to 11.0 mg l^–1. About 20% of the leachate samples reached close to, and 10% exceeded, the criterion for N pollution. Long-term accumulation of NO ₃ ^– -N from leaching will no doubt constitute a potential risk of N contamination of the groundwater in the Yangtse Delta Region.     

纳米Al_2O_3和Cd联合暴露对铜锈环棱螺体内Cd的生物积累和抗氧化酶活性的影响

金属氧化物纳米颗粒的广泛应用导致它们大量地释放到水环境中,其独特的理化性质有可能改变水环境中其他共存污染物(如重金属)的生态毒性。为评价沉积物中纳米氧化铝(Al2O3-NPs)对重金属Cd生态毒性的影响,采用底栖生物慢性暴露研究了Al2O3-NPs存在条件下Cd在底栖动物铜锈环棱螺体内生物积累的变化和Cd对肝胰脏抗氧化防御系统关键成分超氧化物歧化酶(SOD)与脂质过氧化指标丙二醛(MDA)以及Ⅱ相反应的关键酶谷胱甘肽-S-转移酶(GST)的影响。结果表明,低Cd浓度(5μg·g-1)时,Al2O3-NPs对Cd生物积累没有影响;中、高Cd浓度(25、100μg·g-1)时,Al2O3-NPs显著促进Cd的生物积累,Al2O3-NPs对Cd的生物转运具有明显的携带效应。低Cd浓度时,无Al2O3-NPs处理组和Al2O3-NPs处理组的SOD活性与对照组相比均没有显著差异;中Cd浓度时,SOD活性显著升高,而高Cd浓度时,SOD活性显著下降,而且Al2O3-NPs处理组的SOD活性显著低于无Al2O3-NPs处理组,Al2O3-NPs的存在加重了Cd对肝胰脏细胞的氧化胁迫或损伤。高Cd浓度时,无Al2O3-NPs处理组和Al2O3-NPs处理组的MDA水平均显著升高,但Al2O3-NPs处理组的MDA水平显著低于无Al2O3-NPs处理组,进一步证明Al2O3-NPs对Cd氧化损伤的增强作用。中、高Cd浓度时,无Al2O3-NPs处理组和Al2O3-NPs处理组的GST活性均显著下降,但Al2O3-NPs处理组的GST活性均显著低于无Al2O3-NPs处理组,同样说明了Al2O3-NPs对Cd毒性的增强作用。本研究提供了在沉积物-底栖动物体系中Al2O3-NPs促进重金属生物积累的证据,而且Cd毒性的变化与肝胰脏中Cd的生物积累水平的变化基本一致,在中、高Cd浓度下,由于Al2O3-NPs的存在显著促进了Cd的生物积累,因而增强了Cd对铜锈环棱螺的生态毒性。