^(15)N标记土壤连续培养过程中扩散法测定无机氮同位素方法改进

扩散法用于测定土壤浸提液中铵态氮和硝态氮同位素比值已被广泛应用。但是测定15N标记培养的不同生态系统土壤浸提液时,因其同位素丰度高,并且随着培养时间的延长变化较大,目前仍缺少一个系统的方法体系以确定在标记实验中扩散法的同位素分馏效应。本研究对扩散法进行了改进和评估。其中,氨气吸收液改为10μL的KHSO4、培养瓶为500 mL时,培养液体积设为100 mL,使气液比为4∶1,MgO和Devarda合金的量减少至250 mg,在培养温度统一设定为25℃条件下,分别测定了高含氮量和低含氮量的无机氮同位素丰度。结果显示,理论值和实际测量值差别不显著,说明该方法的细节改进有利于大批量测定土壤长期培养过程中铵态氮和硝态氮含量和同位素比值的不断变化。

两种豆科植物及各器官对不同形态氮的吸收、分配研究

豆科植物在氮素缺乏的荒漠生态系统中大量存在,是该生态系统提供有效氮的中心,也是这一区域重要的先锋物种。该文选择古尔班通古特沙漠广泛分布的弯花黄芪(Astragalus flexus)和镰荚黄芪(Astragalus arpilobus)作为研究对象,分别在0~5、5~15 cm土层添加3种不同形态氮(^(15)N-NH_(4)^(+)、^(15)N-NO_(3)^(-)、^(15)N-glycine),研究两种植物及各器官对不同形态氮素的吸收、分配策略。结果表明:(1)在不同土层中,两种植物均偏好吸收硝态氮,并且弯花黄芪、镰荚黄芪对硝态氮的最高吸收速率均为3.26、2.59μg·g^(-1)·h^(-1)。(2)在不同土层中,植物各器官间均对不同氮源吸收及分配有显著性差异(P<0.05),弯花黄芪根的^(15)N吸收量均大于镰荚黄芪的,3种不同形态氮主要分配于叶。(3)在不同土层中,不同氮源对两种植物的贡献率均为^(15)N-NO_(3)^(-)>^(15)N-glycine>^(15)N-NH_(4)^(+),硝态氮对弯花黄芪氮素吸收的贡献率在37%~41%之间,而对镰荚黄芪氮素吸收的贡献率最高可达45%。(4)植物各器官间均对不同形态氮的回收率存在显著性差异(P<0.05);在0~5 cm土层中,植物各器官对硝态氮的回收率均为叶>茎>根,而在5~15 cm土层中,弯花黄芪表现为叶>根>茎。总体上,在古尔班通古特沙漠生态系统中,不同生活型豆科植物对氮素吸收及分配能力既有一致性也有差异性,并且受到不同土壤深度、氮形态的影响。该研究结果为新疆干旱、半干旱区豆科植物的氮吸收利用及分配提供了理论依据。

单细胞稳定同位素标记技术在固氮微生物中的应用研究

生物固氮是指固氮微生物将大气中氮气还原为生物可利用氨的过程,是环境中新氮的主要来源,调控初级生产力并影响氮储库的收支平衡。由于环境中大部分固氮微生物不可纯培养,不依赖培养且具有高空间分辨率水平的单细胞技术,成为研究固氮微生物的有力手段。15N2稳定同位素标记技术,以微生物对15N的同化量或速率为依据,是表征微生物固氮活性的最直接手段。本文对15N2稳定同位素标记结合两种单细胞技术,即纳米二次离子质谱(NanoSIMS)和单细胞拉曼光谱,用于固氮微生物研究的最新进展进行了综述,内容包括揭示环境中高活性固氮微生物、空间分布、与其他生物的共生关系、细胞生理状态等,并进一步对近期发展的基于单细胞拉曼光谱的固氮微生物研究进行了展望。

燕麦花生间作系统作物氮素累积与转移规律

【目的】研究燕麦‖花生间作系统中燕麦和花生的地上部干物质和氮素积累、花生根瘤固氮酶活性、固氮量及花生向燕麦的氮素转移量,明确间作花生固氮特性及花生向燕麦的氮素转移规律,进一步探索间作体系下氮素的循环机理。【方法】本研究在大田不施用氮肥的试验条件下,通过采用随机区组试验设计的方法,设置不同种植模式(燕麦单作、花生单作、燕麦‖花生间作),采用传统挖根法和15N同位素标记法探索燕麦与花生的干物质积累量和氮素积累量,花生根瘤的生物固氮效率以及花生体内氮素向燕麦的转移规律。【结果】与单作燕麦相比,燕麦‖花生间作体系下,燕麦的地上部干物质量和氮素积累量均显著增加(P<0.05)。随着生育时期的推移,燕麦的地上部干物质量和氮素积累量在单作和间作模式下均呈现逐渐增加的趋势,成熟期达到最大值。成熟期,间作燕麦地上部干物质积累量比单作两年平均增加了40.6%,地上部氮素积累量平均增加了49.0%。间作花生的地上部干物质积累量与单作相比呈下降趋势,生育前期差异不显著,到成熟期,间作花生的干物质积累量两年平均比单作下降了20.6%(P<0.05)。开花结荚期间作花生的根瘤数和根瘤重比单作两年分别降低了21.3%和16.8%,单位质量的固氮酶活性平均降低了26.2%(P<0.05)。2011年和2012年,虽然在生理成熟期间作花生的固氮效率与单作相比分别提高了10.3%和37.1%,但花生生物固氮量分别降低了52.3%和26.3%(P<0.05)。2012年间作花生向燕麦的氮素转移率达到21.4%,转移氮量为15.3 mg/株。【结论】燕麦‖花生间作显著降低了开花结荚期花生单位质量的根瘤固氮酶活性,但提高了成熟期花生的固氮效率,促进了花生固氮能力的发挥,且在燕麦和花生共生期内,花生体内氮素可以转移到燕麦,从而增加了燕麦对氮素的吸收利用,实现地上与地下的相互调节和促进作用,因而,燕麦‖花生间作是东北农区农田生态系统优化氮素管理的重要途径之一。

土地利用方式对万木林土壤氨氧化微生物丰度的影响

以我国亚热带地区典型花岗岩发育酸性红壤为研究对象,选取福建建瓯万木林自然保护区封禁保护下5种自然植被和1种人工种植植被土壤,采用荧光实时定量PCR(Real-time PCR)技术测定了土壤氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的群落丰度,采用15N稳定同位素成对标记和数值模型相结合的方法测定了土壤初级硝化速率。结果显示,长期封禁保护下的自然植被土壤pH低,土壤AOB数量偏低。人为种植和管理显著提高了土壤pH,促进了AOB的生长,其丰度比自然条件下提高了2个数量级,土壤初级硝化速率也显著提高,并与AOB数量存在显著的相关性,表明AOB是硝化作用的主要贡献者。5种自然植被条件下AOA的amoA基因拷贝数占泉古菌16S rRNA基因的比例都小于1%(0.01%～0.64%),在农业利用方式下上升到5.32%,表明并非所有泉古菌都具备氨氧化功能基因amoA,氮肥施用可能促进了氨氧化古菌的生长。

早熟油菜氮素分配特征研究

通过15N标记方法研究氮素的吸收、分配、再分配与油菜早熟的内在关系。研究结果表明,早熟油菜品种中油116(ZY116)生育期比中晚熟油菜品种中双11号(ZS11)短9d,在营养生长期和生殖生长期分别短5d和4d。早熟品种ZY116在全生育期吸收的氮素比中晚熟品种ZS11更多的向籽粒中转移,而中晚熟品种ZS11则是花期吸收的氮素向角果皮中转移的更多,角果期氮素从角果皮转移到籽粒的更少,均达显著水平。早熟品种ZY116在营养生长阶段吸收的氮素在后期的分配速度明显快于ZS11,如ZY116苗期吸收的氮素从花期生长到角果期时再分配速度为3.22mg/d,从角果期生长到收获期时再分配速度为3.71mg/d,而ZS11分别为2.48mg/d和3.10mg/d。

油菜的氮素吸收、分配与利用特性研究

【目的】探究油菜的氮素吸收、分配与利用特性。【方法】选用矮秆油菜MJ01(V_(1))和高秆油菜川油36(V_(2)),设置两种密度(2株/盆,4株/盆)处理,采用^(15)N同位素示踪方法开展了盆栽试验研究。【结果】V_(1)品种的成熟期植株干重和籽粒产量均低于V_(2)品种,经济系数则相对较高;V_(1)品种氮素积累量显著低于V_(2)品种,氮收获指数则相对略高;V_(1)品种茎秆和角果壳中^(15)N的分配比例均低于V_(2)品种,而籽粒中^(15)N的分配比例则略高于V_(2)品种。增加密度,降低了肥料^(15)N在叶片中的分配比例,但显著提高了肥料^(15)N在茎秆中的分配比例。相同密度下,V_(1)品种的标记^(15)N回收率(41.8%~42.0%)显著大于V_(2)品种(36.8%~37.7%),标记^(15)N损失率(19.3%~25.1%)则显著低于V_(2)品种(32.3%~34.0%)。密度对成熟期植株氮素积累、氮收获指数、植株^(15)N积累量和籽粒^(15)N的分配比例和标记^(15)N回收率均无显著影响。【结论】盆栽条件下,油菜对肥料^(15)N的当季吸收比例为36.8%~42.0%,植株吸收的^(15)N在茎秆、角果壳和籽粒中的分配比例分别为13.07%~16.49%、13.70%~17.77%以及66.52%~70.53%,肥料^(15)N损失率为19.3%~34.0%。

燕麦–绿豆间作效应及氮素转移特性

为探究燕麦(Avena sativa)–绿豆(Phaseolus radiatus)间作效应及氮素转移特性,在不施氮肥的大田试验条件下,设置3种种植模式(燕麦单作、绿豆单作和燕麦–绿豆间作),采用传统挖根法和^(15)N同位素标记法进行研究。结果表明,间作系统中燕麦侵袭力强于绿豆,绿豆生长受到抑制。整个生育期,间作燕麦地上部干物质积累量比单作增加14.9%–33.1%,2年成熟期间作燕麦的氮素积累量比单作分别提高53.1%和44.8%;间作减少了开花结荚期绿豆氮素积累量和根瘤重量,降低了绿豆的固氮效率,绿豆的固氮效率2年平均降低23.7%,生物固氮量平均减少11.66%。间作绿豆向燕麦的氮素转移率2年平均值达31.7%,氮素转移量为212.16 kg·hm^(–2)。燕麦–绿豆间作降低了开花结荚期绿豆的根瘤固氮酶活性和固氮效率,但绿豆体内氮素转移增加了燕麦对氮素的吸收利用,实现了地上部与地下部生长的相互调节和促进,优化了农田生态系统的氮素管理。

伊乐藻和氮循环菌技术对太湖氮素吸收和反硝化的影响

从太湖梅梁湾采集无扰动泥芯样,分别添加固定化氮循环细菌、水生植物伊乐藻建立室内微宇宙,模拟生态修复,探讨不同修复处理下,硝氮的去除机制.采用15N标记结合同位素配对技术测定了各生态模拟柱中的反硝化速率和植物吸收速率.结果表明,不同处理的实验柱反硝化速率差异明显,同时添加了水生植物和固定化氮循环细菌的实验柱反硝化速率最高,为99.35μmol·(m2·h)-1,植物氮吸收速率为36.55μg·(m2·h)-1.沉水植物伊乐藻在自身吸收氮素的同时也提高了耦合硝化反硝化的作用.与植物吸收相比,反硝化过程是主要的氮去除途径.沉水植物与固定化氮循环菌组合生态修复技术促进了湖泊水体氮素的脱除,起到了净化作用.