基于^(15)N稳定同位素示踪技术的植物组合湿地对氨氮去除途径研究

人工湿地是生态修复受污染水体的重要手段,对氮的去除效果显著,但不同植物湿地对氮去除效果差异明显,因此不同类型植物组合后的湿地对氮去除效果及去除途径值得进一步研究。通过室内控制试验,以常见浮水植物绿狐尾藻(Myriophyllum elatinoides)和挺水植物梭鱼草(Pontederia cordata)为研究对象,利用^(15)N稳定同位素示踪技术探究绿狐尾藻、梭鱼草及绿狐尾藻+梭鱼草植物组合对氨氮(NH_(4)^(+)-N)的去除途径。结果表明,绿狐尾藻+梭鱼草植物组合处理相较于单一绿狐尾藻和梭鱼草处理对氮的脱除量分别提高1.8%和3.6%。基于^(15)N质量平衡,绿狐尾藻、梭鱼草和绿狐尾藻+梭鱼草植物组合处理氮去除途径的底泥吸附贡献分别为8.30%、7.96%和6.94%,植物吸收贡献分别为41.76%、35.34%和48.67%,微生物作用去除贡献分别为49.94%、56.71%和44.39%。微生物作用在湿地脱氮过程中占主导地位。相较于单一植物湿地,植物组合湿地对氮的去除效果得到提升,同时促进了植物对水体NH 4+-N的吸收。该研究有助于更好地理解植物组合湿地对氨氮的脱除途径。

^(15)N同位素标记氮肥减施棉田养分利用效率分析

【目的】研究氮肥减施对棉花氮素吸收、转运及利用效率的影响,为绿洲滴灌棉田氮肥合理施用提供参考依据。【方法】利用^(15)N同位素示踪技术,采用盆栽试验,设置不施氮肥(N_(0))、氮肥减施(N_(1),225 kg/hm^(2))、当地推荐施肥(N 2,300 kg/hm^(2))3个处理,研究氮肥减施对棉花生物量、氮素吸收量、肥料氮吸收量以及氮肥利用率的影响。【结果】氮肥减施处理的棉花干物质积累量和氮素吸收量均显著高于不施氮处理(N_(0)),而与当地推荐施肥处理差异均不显著;氮肥减施处理棉花壳、籽的干物质量和籽的氮素吸收量均显著高于当地推荐施肥处理,分别增加了7.02%、6.81%和16.59%;2个施肥处理棉籽的肥料氮(^(15)N)积累量占比最高,占全株的26.02%~35.99%,其次为叶(22.40%~23.81%)和茎(14.48%~18.98%),絮中最少(3.05%~6.62%);氮肥减施处理生殖器官的肥料氮吸收量比当地推荐施肥处理高19.02%;2个施肥处理的棉株吸收的氮素来源于肥料氮的比例(Ndff%)为21.14%~21.70%;氮肥减施处理的氮肥利用率和表观利用率均显著高于当地推荐施肥处理,分别增加2.36%和3.12%。【结论】氮肥减施(225 kg/hm^(2))可以显著提高棉籽中的干物质量、氮素吸收量、肥料氮(^(15)N)吸收量、Ndff%以及棉花整株的氮肥利用率,在确保棉花产量不降低的前提下,适度的减少化肥施用量是提高化肥利用率最有效的措施之一。

基于^(15)N稳定同位素技术的斜生栅藻对硝氮和氨氮吸收研究

硝氮(NO3--N)和氨氮(NH4+-N)是水体中无机氮的主要形态。利用15N稳定同位素技术研究了斜生栅藻(Scendesmus obliquus)对NO3--N和NH4+-N的吸收特征。结果显示,在相同浓度条件下,斜生栅藻对NH4+-N的吸收速率显著高于对NO3--N的吸收率,在180min的试验中,对15NH4+-N的吸收速率为0.62～1.15μmol/(g·min);对15NO3--N的吸收速率为0.08～0.15μmol/(g·min)。在NO3--N和NH4+-N2种形态氮源同时存在的混合组中,斜生栅藻对NO3--N的吸收速率[0.12～1.00μmol/(g·min)]显著低于NO3--N作为唯一氮源的单一组[0.78～1.23μmol/(g·min)],表明NH4+-N的存在对藻类吸收NO3--N有抑制作用。在14NO3--N和15NO3--N同时存在时,斜生栅藻优先吸收14NO3--N,产生同位素分馏效应,但不同形态氮对藻类氮吸收的影响远远大于同位素的影响。

稳定同位素^(15)N技术在高寒草甸生态系统应用展望

稳定同位素技术是了解生物与其生存环境相互关系的强有力手段,在生态学的研究中应用广泛,稳定同位素^(15)N技术作为一种新方法和新技术,在生态系统氮素研究方面具有极为美好的应用前景,并显示出其强大的生命力。综述了国内外稳定同位素^(15)N技术研究进展,并对其在高寒草甸生态系统中的应用进行了展望,以期进一步发挥其在高寒草甸生态系统中的重要作用,从而在高寒草甸生态系统研究中取得重大进展。

地下水NH_4^+-^(15)N同位素测试技术进展

本文根据铵离子的物理化学性质,建立了各种测试分析技术。传统的NH4+-15N同位素测试过程包括样品中NH4+的收集、转化为适于质谱分析的气态N2以及用15N同位素质谱进行分析。其中NH4+的收集方法较多,包括蒸馏法、扩散法、离子交换柱法和沸石萃取法等。适于质谱分析气态N2的转化方法可分为化学湿法和干燃烧法。笔者就同位素分析测试过程中NH4+的收集、转化及15N测试各个步骤加以总结,分析各自方法的优缺点和适用范围,寻求问题的解决途径。并评述了最近出现的色谱-质谱联合分析法和叠氮法。最后对地下水NH4+-15N同位素测试技术的发展进行了展望,以期能够更广泛地应用于环境和水文地质领域。

^15N稳定同位素标记技术在草地生态系统氮循环中的研究进展

稳定性同位素标记技术在生态学的诸多研究领域中有着广泛应用,其中15N标记技术在草地生态系统氮素循环研究中发挥了重要作用。本文综述了15N标记技术在国内外草地生态系统中生物固氮、氮肥的去向和利用、氮素在土壤中的转化以及氮素损失方面的研究现状及进展,并对存在的问题和前景进行了分析和展望,为更好的利用氮肥、充分发挥草地生产潜力提供理论依据。图1,参53。

^(15)N同位素示踪技术研究辣椒器官氮素分配特性和基质氮素运移规律

为探究日光温室蔬菜基质栽培氮肥在栽培基质中运移和累积规律及其在辣椒植株各器官中吸收和分配特性。以辣椒(品种:陇椒10号)为试验材料,利用K^(15)NO_3同位素示踪法,将K^(15)NO_3分别标记于栽培基质剖面向下5～10 cm和15～20 cm深处,并设2个灌水下限60%(W60)和80%(W80),研究了日光温室基质栽培辣椒的生物量、辣椒各器官对氮素吸收与分配及栽培基质中氮素的运移规律。结果表明,60%灌水下限条件下较80%灌水下限显著增加了辣椒植株总生物量和氮的吸收量。在空间分布上,^(15)N标记施肥深度越深,则辣椒植株对^(15)N利用率下降;同时,^(15)N在基质层(0～20 cm)中的累积量也明显下降,损失量显著增加。其中60%灌水下限条件下基质中^(15)N的损失量少于80%灌水条件,且^(15)N在5～10 cm处的损失量较少,此时,减小了基质层15～20 cm处^(15)N的向下迁移量,并增加了60%灌水下限条件下辣椒植株各器官对全氮的吸收利用率。因此,W60F5处理可以提高辣椒植株的总生物量和氮肥的吸收量,减弱基质深层氮素向下运移量,有利于辣椒植株更好地吸收与利用,且辣椒植株各器官生物积累量与氮肥吸收量依次为叶>果>茎。

^(15)N同位素稀释法研究固氮菌接种对甘蔗生物固氮的影响

利用15N同位素稀释法,研究接种固氮菌klebsiella L03对甘蔗品种B8和ROC22的生物固氮的影响。结果表明:B8的固氮百分率最高为31.28%Ndfa,从苗期开始就显著高于ROC22,分蘖期和伸长初期的固氮量和固氮百分率与ROC22相比差异达到极显著水平。B8和ROC22的根、茎、叶都可发生固氮,以伸长初期(60d)叶片中的固氮能力最强。接种L03能显著提高B8和ROC22各器官的含氮量,其中对ROC22叶片和B8茎的含氮量提高作用最明显。不同甘蔗品种、相同品种的不同器官甚至相同器官的不同生长时期固氮作用有很大差异。

^(15)N同位素稀释法测定燕麦根际固氮菌固氮量的研究

用15N同位素稀释法对接种到燕麦上的不同固氮菌的固氮能力进行了测定,结果表明:固氮菌处理的地上植株15N原子百分超为1.0871%～1.3791%,其中Pseudomonas spN4最低(1.0871%);植株地下部分为1.0921%～1.2751%,Pseudomonas spN4也是最低(1.0921%)。Pseudomonas spN4、A.lipoferumO6和Zoogloea spW6固氮能力较好。植株全氮含量增加2.08%～39.58%,A.lipoferumO6处理的全氮含量最高(39.58%)。接种固氮菌能够提高燕麦的全氮含量、固氮百分率和固氮量。

基于δ^(15)N稳定同位素分析的人工防护林大型土壤动物营养级研究

稳定同位素δ15N是分析生态系统中的营养关系的重要方法。本研究采用该方法分析了人工防护林土壤动物的营养级及它们之间的营养关系。对3个地区人工杨树林12类大型土壤动物及其土壤、细根及植物枯落叶的稳定同位素δ15N分析结果显示,不同环境条件下土壤动物δ15N具有显著差异性(F=38.067,P<0.001),土壤动物δ15N值与土壤、植物细根及枯落叶δ15N值之间有明显的相关性,与全氮含量没有明显的相关性;根据不同土壤动物δ15N值的状况,12种土壤动物在土壤生态系统中大都处于第二至第四营养级,处于较低营养级位置的动物主要有大蚊幼虫(Tipulidae larvae)、蚯蚓(Lumbricidae)、金龟甲幼虫(Scarabaeidae larvae)等类群,较高营养级的为蜈蚣(Scolopendromorpha)、隐翅甲成虫(Staphylinidae adult)、叩甲成虫(Elateridae adult)、线蚓(Enchytraeidae)等动物,同类土壤动物在不同样地中营养级位置存在一定的差异。

^(14)N-^(15)N同位素交换技术及其在冶金动力学研究中的应用

氮对钢材性能影响很大,研究氮的溶解动力学对于控制钢中的氮含量很有必要.新的^(14)N-^(15)N同位素交换技术通过气相质谱仪在线监测反应过程中气体组分变化,可以消除传统研究方法中液相传质的影响,准确测定氮在钢液和熔渣表面溶解的速率常数,深入分析反应的动力学机理.简要介绍了^(14)N-^(15)N同位素交换技术的原理、实验过程、已有的研究成果,讨论了存在的问题.

同位素^(15)N稀释法测定豆科植物固N初步研究

定量豆科植物的固N作用是选择豆科作物种、根瘤菌系和改进农业技术措施的重要问题,可以减少对七壤N依赖和N肥用量并提高产量。测定豆科植物的固N有二类方法:一是N平衡法,二是应用同位素^(15)

脐橙叶片施用^(15)N和^(32)P同位素的运转分配规律和座果机制的研究

在萌芽期和花芽分化期叶片施用１５Ｎ硫铵、３２Ｐ磷酸二氢钠和１５Ｎ尿素，研究脐橙在萌芽期、初花期、生理落果期以及花芽分化期氮、磷营养吸收运转分配规律。结果表明开花过程需消耗大量氮、磷营养。在落花落果的３２Ｐ放射比强度和ＮＤＦＦ％都比座果的小，说明氮、磷营养不足是引起脐橙落花落果的主要原因之一。ＧＡ３＋ＢＡ或ＧＡ３激素处理能吸引氮、磷营养向幼果运输，从而提高座果率。

同位素质谱仪测定小麦植株各器官δ^(15)N值的考察

建立了15N标记的小麦植株各器官中δ^(15)N值的元素分析仪-同位素比质谱仪联用技术(EA-IRMS)的测定方法.对仪器的稳定性和线性进行了条件优化,标准气N_2的同位素比值的标准偏差为0.03‰,在同位素信号值1e^(-9)~1e^(-8)A范围内,总体线性为0.009‰/n A.称取不同量的小麦粉标准物质(OAS/Isotope)测定δ^(15)N值,进样量为4 mg时标准偏差最小,为最佳称样量.对硫酸铵标准物质(IAEA-N2-6)、小麦粉标准物质和^(15)N标记小麦植株样品各器官进行测定,δ^(15)N值的标准偏差均小于5%,测定精度和准确度较好.方法为研究氮素在小麦体内运转及利用效率提供了有效的技术手段.

稳定同位素^(15)N在我国农业研究中的应用进展

本文综述了近年来我国农业研究及生产中应用稳定同位素^(15)N所取得的成就;简介了稳定同位素分析技术的现状;阐明了稳定同位素^(15)N的发展方向及应用前景。

用^(15)N同位素稀释法研究沸石对氮肥利用率的影响

通过15N示踪研究不同沸石水平处理对玉米氮肥利用率的影响。结果表明 :( 1 )沸石和肥料混合使用促进了玉米的生长 ,第一茬玉米氮肥利用率以 0 7g kg土沸石用量为最高 ,其次是 1g kg土 ;( 2 )第二茬玉米的氮肥利用率则是以 0 1 %的沸石用量最高 ,其次是 0 1 3 %的沸石用量水平 ,与对照相比 ,沸石处理使两茬玉米的氮肥利用率分别提高了 2 3 2 %～ 3 3 1 % ;( 3 )沸石处理可以显著降低土壤中氮肥的损失 ,与对照相比 ,降低率达 2 5 9%～3 0 6% 。

15N同位素稀释技术和示踪技术在森林土壤N素研究中的应用

森林土壤N素形态、N库动态及其运移转化特征备受关注。采用稳定性^(15)N同位素稀释技术和示踪技术测定森林土壤总N转化速率和^(15)N回收率,可以揭示森林土壤N素特别是无机N的运移转化规律和持留机制。由此可见,稳定性^(15)N同位素技术在森林土壤N循环研究中的作用举足轻重。基于此,介绍^(15)N同位素稀释技术测定土壤总N转化速率的基本原理和^(15)N同位素示踪技术研究土壤N素运移规律的基本思路,并简要列举了稳定性^(15)N同位素技术和示踪技术在森林土壤N素转化、运移和持留机制研究中的应用实例,同时指出此法的不足和应用前景。

用^(15)N示踪技术研究高产小麦、玉米的施氮规律

利用稳定性同位素15N示踪技术 ,探索小麦、玉米在高N施肥下的N素营养规律。结果表明 :小麦、玉米对追加15N化肥的吸收利用率为 2 8 42 %～ 46 2 8% ,向籽粒运转量为 5 4 %～68% ,追施N的有效期可连续 3茬作物 ,累计利用率为 5 2 0 7%～ 60 39%。在较高土壤肥力基础上 ,小麦、玉米年产量达 1 5 0 0 0kg hm2 ,小麦最佳氮肥施量为 1 5 0～ 1 87 5kg hm2 ,玉米为 30 0～375kg hm2 。

^(15)N示踪技术在湿地氮素生物地球化学过程研究中的应用进展

稳定性同位素技术是现代生态学研究中的一门应用技术,它几乎在生态学研究的各个领域都有着广泛的应用。其中15N技术由于具有示踪和区分氮素物质的源与去向等优越性而在生态系统氮循环研究中发挥了极为重要的作用。文章主要从湿地氮素的输入过程、转化过程以及归趋过程三方面综述了该技术在当前国内外湿地氮素生物地球化学过程研究中的应用进展,特别指出当前基于该技术的湿地氮素生物地球化学过程研究尚缺乏一定的系统性、深入性和广泛性。最后,文章就该技术在湿地氮素生物地球化学过程研究中的应用前景进行了展望研究。

应用^15N示踪技术研究水稻对氮肥的吸收和分配

运用15N示踪技术研究了不同生育时期水稻对肥料氮的吸收和分配。结果表明:15N分别标记基肥(N1)、分蘖肥(N2)和拔节孕穗肥(N3)处理中,水稻吸收的氮素在分蘖盛期、拔节孕穗期和开花期分别有23.1%、8.3%和19.9%来自肥料;从开花期到成熟期,不同时期标记的15N转运量大小为:拔节孕穗期追肥(N3)>基肥(N1)>分蘖期追肥(N2),但基肥的氮素转运效率最高,其他两次追肥氮素转运效率相当;在成熟期,N1、N2、N3处理残留在稻草中的15N分配比例分别为24.3%、26.7%和30.4%。无论是氮肥基施,还是分蘖期或拔节孕穗期追肥,水稻开花期之前所吸收的15N主要分配在叶片中,其次是鞘,再次是茎,开花期后,随着15N从营养器官向籽粒中的转移,叶片、茎秆和鞘中的15N分配百分比逐渐下降,籽粒15N的分配百分比逐渐上升。试验结果还显示,基肥15N标记时,分蘖盛期所吸收的氮来自肥料最高,为23.1%,随生育期的推进逐渐下降,到成熟期仅为10.6%,成熟期吸收的氮来自分蘖期和拔节孕穗期追施的氮肥分别为5.9%和12.4%。表明(1)当土壤氮素含量不高时,基肥对水稻整个生育期生长很重要,基肥适量增加可显著增加水稻茎蘖数,对水稻群体质量建成有决定作用;(2)拔节孕穗肥可显著促进水稻生育后期的籽粒灌浆和充实,增加拔节孕穗期的氮素供应,有利于提高水稻的氮素收获指数;(3)分蘖期追肥氮素损失较大,水稻吸收较少,可以适量增加水稻基肥而不施分蘖肥,或在水稻分蘖后期水稻生物量较大时适量施肥以促进水稻吸收。