Synergistic precipitant powered self-assembly of papain for cross-linked enzyme crystals preparation

In this study,we prepared cross-linked enzyme crystals(CLECs)of papain to further broaden the application of the enzyme with high activity in extreme environments.Initially,papain crystals were successfully obtained based on the micro-batch,batch,and expanded batch crystallization experiments.Specifically,ammonium sulfate and polyethylene glycol 6000(PEG6000)were synergistically used as the precipitants,while L-cysteine was applied to enhance the activity of papain.Furthermore,the interaction between L-cysteine and papain was modeled by molecular docking technique.It was found that L-cysteine could form a hydrogen bond with aspartic acid residue(Asp)at site 158,and the electrostatic attraction with lysine residue(Lys)at site 156 was also quite obvious.Then the enzyme crystals were cross-linked by glutaraldehyde at optimized conditions.The papain CLECs were identified by various methods,and it was found that the thermal stability and enzymatic activity both increased compared to the raw enzyme.More importantly,it could be applied at more rigorous conditions,for example,pH of 4.

CRYSTALLIZATION AND MELTING OF POLY(ETHYLENE OXIDE)CONFINED IN NANOSTRUCTURED PARTICLES WITH CROSS-LINKED SHELLS OF POLYBUTADIENE

Small fixed aggregates of a poly(ethylene oxide)-block-polybutadiene diblock copolymer(PEO-b-PB)in THFsolution were obtained by adding a selective solvent for PB blocks,followed by cross-linking the PB shells.Themorphologies of the nanostructured particles with a cross-linked shell were investigated by atomic force microscopy andtransmission electron microscopy.The average behaviors of the PEO crystallization and melting confined within thenanostructured particles were studied by using differential scanning calorimetry experiments.For the deeply cross-linkedsample(SCL-1),the crystallization of the PEO blocks was fully confined.The individual nanoparticles only crystallized atvery low crystallization temperatures(T_cs),wherein the homogenous primary nucleation determined the overallcrystallization rate.For the lightly cross-linked sample(SCL-2),the confinement effect was T_c dependent.At T_c(?)42℃,thecrystallization and melting behaviors of SCL-2 were similar to those of the pure PEO-b-PB diblock copolymer.At T_c>42℃,SCL-2 could form PEO lamellae thicker than those of the pure PEO-b-PB crystallized at the same T_c.

RNA binding protein BOULE forms aggregates in mammalian testis

Amyloids have traditionally been considered pathologic protein aggregates which contribute to neurodegeneration.New evidence however increasingly suggests that non-pathological amyloids are formed in animals during normal development.Amyloid-like aggregate formation was originally thought to be a conserved feature of animal gametogenesis.This hypothesis was based on findings which suggest that regulated amyloid formations govern yeast meiosis by way of meiosis-specific RNA binding proteins.Additional support came from studies which demonstrate that DAZL,a mammalian gametogenesis-specific RNA binding protein,also forms SDS-resistant aggregates in vivo.Here,we report evidence of aggregated BOULE formations,another DAZ family protein,during sperm development.Data suggest that in mouse testis,BOULE forms SDS-resistant amyloid-like aggregates.BOULE aggregate formation correlates with dynamic developmental expression during spermatogenesis but disappeared in Boule knockout testis.We also mapped essential small region in vitro BOULE aggregations,immediately downstream DAZ repeats,and found that aggregations positively correlated with temperature.We also performed enhanced UV cross-linking immunoprecipitation on BOULE aggregates from mouse testes and found that aggregates bind with a large number of spermatogenesis-related mRNAs.These findings provide insight into the amyloidogenic properties of gametogenesis-specific RNA binding proteins as a conserved feature in mammalian reproduction.Further investigation is warranted to understand the functional significance of BOULE amyloid-like formation during mouse spermatogenesis.

露天矿排土场接种AMF对3种植物根系发育与土壤团聚体稳定性的影响

[目的]探究丛枝菌根真菌(AMF)对植物根系和土壤团聚体稳定性的影响规律,为露天矿排土场生态修复提供理论基础。[方法]对复垦3年的紫穗槐、沙棘、柠条3种植物的对照和接菌样地的土壤理化性质、土壤酶活性、植物根系形态、土壤团聚体稳定性等指标进行采样和测定,并进行相关性分析。[结果]3种植物接菌处理能够显著提高植物根系的平均直径,接菌样地是对照的1.33~2.24倍;在压实土壤条件下,菌丝可能一定程度上代替植物细根系为植物提供水分和养分,使紫穗槐和沙棘样地接菌降低了根系的总根长。接菌显著提高了土壤酶活性,增加了土壤有机质含量,碱性磷酸酶活性最高提高了335.62%,脲酶活性最高提高了44.73%,易提取球囊霉素含量最高提高了82.56%,土壤有机质含量最高提高了64.74%。接菌通过增加土壤有机质含量,提高土壤酶活性等途径,显著增强了土壤团聚体的稳定性,平均重量直径提高了24.14%~34.29%,团聚体破坏率降低了18.25%~24.35%。[结论]露天矿排土场接种AMF能够显著提高土壤生物活性,提高养分含量,促进植物根系发育,从而提高土壤团聚体的稳定性。

两种芒萁覆盖度下毛竹林土壤酶活性及生态化学计量特征比较研究

[目的]探究毛竹林下不同盖度芒萁对土壤酶活性及生态化学计量特征的影响。[方法]在亚热带选取低芒萁盖度(PE:7.75%)和高芒萁盖度(DD:63.25%)的毛竹林为研究对象,测定土壤团聚体不同粒径碳(C)、氮(N)、磷(P)含量、参与土壤C、N、P循环的酶活性及其生态化学计量特征(E_(C:N:P))和不同类群微生物量。[结果](1)PE和DD样方土壤β-葡糖苷酶活性和N-乙酰-葡糖苷酶活性无显著差异,与PE样方相比,DD样方显著增加了亮氨酸氨基肽酶、酸性磷酸酶和多酚氧化酶活性,但显著降低了过氧化物酶活性,且这种差异主要在大团聚体和中团聚体。(2)与PE样方团聚体粒径间E_(C:N)和E_(N:P)无差异不同,DD样方微团聚体E_(C:N)显著高于大和中团聚体,而E_(N:P)显著低于大和中团聚体;大和中团聚体E_(C:N:P)在PE和DD样方之间无显著变差异,但DD样方微团聚体的E_(N:P)和E_(C:P)显著低于PE样方。(3)除丛枝菌根真菌和放线菌分别调控PE和DD样方土壤酶活性变异外,土壤全磷含量(TP)也是影响DD样方酶活性变异的主要因子;此外,土壤全氮含量(TN)和TP分别是调控大团聚体和中团聚体土壤酶活性变异的重要因子,且大团聚体土壤酶活性变异亦受到真菌生物量影响。[结论]毛竹林下不同盖度芒萁群落显著改变了土壤团聚体不同粒径参与C、N、P循环的酶活性及其生态化学计量特征,研究区生态系统同时受到C和P的限制作用,但P限制作用更强,且高盖度的芒萁种群加剧了该作用。

复合蛋白酶交联酶聚集体制备枸杞蛋白多肽

该研究利用交联酶聚体技术制备出复合蛋白酶交联酶聚体固定化酶,以酶活回收率为指标,通过单因素实验得到复合蛋白酶交联酶聚集体最佳制备条件:风味蛋白酶与木瓜蛋白酶比例为3∶1,沉淀剂硫酸铵浓度为60%,戊二醛浓度0.5%,交联时间为50分钟,交联pH为7.5。此时最大酶活回收率为80.32%。相比单一蛋白酶,复合蛋白酶交联酶聚集体具有更好的热稳定性和pH稳定性,同时表现出良好的连续多次水解枸杞蛋白的性能。以蛋白水解度为指标,优化后复合蛋白酶交联酶聚集体最佳水解条件为:温度为60℃,pH为6,酶浓度为10 mg/mL,水解时间为100 min,在此条件下枸杞蛋白水解度为41.21%,比游离复合蛋白酶提高了6.9%。

长期秸秆还田对水稻土团聚体有机碳及胞外酶的影响

土壤团聚体有机碳和胞外酶对于改善土壤结构和提高土壤碳固存能力至关重要,且易受农艺生产措施的影响。为探讨秸秆还田下土壤有机碳组分及胞外酶活性变化,开展了35年水稻-小麦轮作试验。本试验设置了无肥区(CK)、化肥区(NPK)和秸秆还田+化肥区(NPKS),研究了不同农艺措施对土壤团聚体有机碳(SOC)及其活性组分(可溶性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(EOC)、微生物生物量碳(MBC))含量与碳循环相关胞外酶(β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、β-1,4-木糖苷酶(BX)、β-D-纤维二糖水解酶(CBH))活性的影响。结果发现,大于0.25 mm团聚体中SOC、DOC和MBC含量显著高于小于0.25 mm粒级,且均以NPKS处理的效果最优,促进了土壤大团聚体有机碳组分更新。各粒级团聚体中MBC/SOC和DOC/SOC比值相对稳定,这表明MBC和DOC与SOC的动态变化趋势较为一致,可作为评价土壤有机碳的敏感指标。2~0.25mm粒级是团聚体胞外酶主要载体,均以NPKS处理活性最高;但大于2mm团聚体酶活性在不同农艺措施之间差异不显著。土壤团聚体中有机碳组分与胞外酶表现为互相促进的关系,其中SOC、DOC和MBC分配差异的主要影响因子为CBH,次要影响因子是BG;而EOC仅受到CBH的正向影响。CBH和BG可促进土壤有机碳周转,且在2~0.25 mm大团聚体中互促作用更剧烈。综上,长期秸秆还田配施化肥不仅有利于提升大团聚体碳的更新和周转速率,还提高了SOC含量,是稻田土壤可持续固碳的重要农艺途径。

有机肥等氮量替代化肥对稻麦轮作水稻土有机碳矿化特征的影响

采用大田试验和室内培养试验相结合的方法,研究有机肥等氮量替代化学氮肥对稻麦轮作模式下土壤有机碳赋存转化及功能酶活性的影响。结果表明:连续3年有机肥等氮量替代化学氮肥后土壤有机碳含量提高2.0%~17.5%,全氮含量提高1.4%~30.5%。替代10%最有利于提升>2.00和<0.053 mm团聚体中有机碳和全氮含量,替代40%最有利于提升0.25~2.00和0.053~0.25 mm团聚体中有机碳和全氮含量。有机肥等氮量替代化学氮肥各处理土壤有机碳矿化速率整体上高于仅施化学氮肥处理,其中替代30%、40%最有利于提升土壤有机碳累积矿化量,前者也最有利于提升土壤有机碳矿化率。有机肥等氮量替代化学氮肥处理会导致土壤外切-β-1,4-葡聚糖酶/纤维二糖苷酶(S-C1酶)活性下降,替代20%最有利于提升土壤蔗糖酶和β-葡萄糖苷酶活性,替代50%最有利于提升土壤酸性磷酸酶活性。综上,有机肥等氮量替代化学氮肥可显著提高土壤0.025~2.00和>2.00 mm团聚体碳氮含量,土壤有机碳含量与土壤全氮含量以及β-葡萄糖苷酶与土壤蔗糖酶呈显著正相关,替代20%有利于土壤有机碳矿化,替代40%有利于土壤碳固定。

有机无机氮肥比例对稻田土壤肥力和作物产量的短期效应

【目的】研究短期内(<5年)有机无机氮配施比例对土壤肥力以及水稻产量的影响,以明确提升地力与兼顾产量的养分管理措施。【方法】田间定位试验于2017—2021年在长江中下游的红壤双季稻田进行。共设6个处理:不施肥(CK),单施化肥(CF),有机氮比例分别为25%、50%、75%与100%的有机无机肥配施处理(25%ON,50%ON,75%ON,100%ON)。2021年,早、晚稻成熟后测产;晚稻收获后采集耕层土壤样品,分析土壤物理性状(容重与大团聚体含量)、化学性状(pH、有机质、全氮、全磷、全钾、有效氮、有效磷、速效钾、有效锌、有效硅)与生物学性状(脲酶、酸性磷酸酶、β-葡糖苷酶、微生物生物量碳、微生物生物量氮),采用土壤肥力综合指数(IFI)评价不同比例有机肥料的培肥效果,运用偏最小二乘路径模型(PLS-PM)分析有机无机肥配合比例对IFI以及产量的影响。【结果】随着有机肥比例的提高,有机无机肥配施提升土壤物理、化学、生物学性状的效果也随之提升。土壤有机质含量和β-葡糖苷酶活性与其它所有指标的相关关系均达显著水平,有机碳含量与碳循环过程对土壤物理结构、养分以及微生物活性均有较强影响。相对于其他指标,土壤全磷与有效磷的变异系数较大,受有机肥投入的影响较大。施肥显著提高了土壤IFI,有机无机肥配施的肥力指数显著高于单施化肥,且随着有机肥配施比例升高而递增,而双季稻产量则随着有机肥配施比例升高而递减,有机肥配施比例≤50%时,产量与单施化肥持平,>50%时表现为减产。PLS-PM分析结果显示,有机肥和无机肥投入对IFI均有显著影响,有机肥的效应大于无机肥;有机肥对产量无显著影响,而无机肥投入量对产量影响显著。【结论】有机无机肥配施可以全面改善土壤环境,提高土壤肥力,且有机肥配施比例越高效果越好。但如果培肥时间较短(5年以内),化肥氮对产量的贡献占绝对优势,有机氮的投入比例应控制在50%以下,才能兼顾地力提升与产量的维持。

氮添加对马尾松人工林土壤团聚体氮矿化及土壤酶活性的影响

土壤氮库是生态系统氮素重要的源和汇。以三峡库区马尾松(Pinus massoniana)人工林为研究对象,从团聚体视角出发分析土壤养分和酶活性对氮添加的响应规律,以及相应的变化对氮矿化的影响,为预测该地区在大气氮沉降持续增加的背景下土壤氮动态提供参考。设置4种量的氮添加处理(N0:0 kg N hm^(-2)a^(-1);N30:30 kg N hm^(-2)a^(-1);N60:60 kg N hm^(-2)a^(-1);N_(90):_(90) kg N hm^(-2)a^(-1)),将土壤按粒径分为>2000μm(大团聚体)、250—2000μm(小团聚体)和<250μm(微团聚体)3个组分的团聚体,观察团聚体氮矿化特征。结果表明:(1)与对照相比,N30和N60处理提高了有机质(SOM)含量,但土壤SOM和全氮(TN)含量在N_(90)下开始出现下降;氮添加降低了土壤速效磷(aP)含量,在小团聚体中表现最为显著。除微团聚体中的POD和NAG以外,其余3种酶的活性均在N30和N60处理之下被提高。(2)土壤平均净硝化速率整体高于土壤平均净氨化速率;大团聚体和小团聚体中净氨化速率在氮添加处理后显著降低,大团聚体净硝化速率低于其他两个粒径;土壤净氮转化速率在N_(90)处理下最高。(3)土壤养分和无机氮含量与土壤酸性磷酸酶(AP)、N-乙酰-β-D-葡糖苷酶(NAG)、过氧化物酶(POD)、硝酸还原酶(NR)和脲酶(UE)的活性呈显著相关,酶活性变化是多因子综合作用的结果;RDA分析显示,UE与土壤净氨化速率存在显著正相关,NAG和POD是与净氮转化速率分别存在显著正相关和显著负相关的关键土壤酶。综上所述,硝化作用是土壤净氮转化的主要贡献者,微团聚体在土壤氮矿化中发挥主要作用,NAG和POD是改变土壤净氮转化的主要生物酶。此外,氮添加会引起土壤氮素的流失,引起土壤的磷限制,并对土壤养分循环产生显著影响。

秸秆还田对银北盐碱地土壤主要肥力指标及细菌群落多样性的影响

为探索粉碎玉米秸秆对银北盐碱地土壤肥力的可持续提升效果,于2016-2021年建立5a连续玉米秸秆粉碎还田定位试验,以未还田为对照,分别设置1/3全量还田(3000 kg·hm^(-2))、2/3全量还田(6000kg·hm^(-2))、全量还田(9000 kg·hm^(-2))处理,分析不同还田量下土壤肥力及细菌群落多样性变化。结果表明:相比未还田处理,秸秆还田处理虽降低0~20 cm土层含水量,但能显著增加土壤水稳性团聚体的平均质量直径,且降低土壤团聚体破坏率。其中,还田量9000 kg·hm^(-2)处理相比未还田处理显著降低土壤全盐含量15.06%,增加有机质14.06%,增加全氮50.82%及微生物量氮71.75%。酶活性在秸秆还田措施下均明显提升,但各处理下差异不显著。基于16s rDNA测序发现,相比未还田处理,秸秆还田增加不同分类水平下的OTU数,还田量9000 kg·hm^(-2)处理显著增加Chao1、Simpson指数以及优势菌群变形菌门的相对丰度。相关性发现,土壤微生物量氮、土壤含水量与群落结构组成间存在显著性差异。总之,秸秆还田有利于改善盐碱地土壤结构,增加土壤养分及微生物氮含量,抑制盐分表聚,提升土壤酶活性,提高土壤细菌微生物多样性及丰富度。

一种基于儿茶素的多酚氧化酶交联聚集体制备及其高效催化合成茶黄素-3,3’-双没食子酸酯研究

为了更加高效低成本地制备茶黄素,以儿茶素作为多酚氧化酶蛋白的交联试剂,对巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)来源的多酚氧化酶进行了酶交联聚集体的制备并应用于茶黄素-3,3’-双没食子酸酯的合成。通过对酶交联参数优化以及交联前后的酶催化性能研究,结果表明,在pH 4.0,EGCG为0.5 mg·mL^(-1),多酚氧化酶活性200 U·mL^(-1),交联时间50 min时,可以获得交联酶的最佳酶活回收率。与游离酶相比,交联酶表现出更优异的催化性能(热稳定性、有机溶剂耐受性、底物耐受性)。交联酶被用于合成茶黄素-3,3’-双没食子酸酯时,产物质量浓度可达800μg·mL^(-1),且交联酶能被重复循环使用至少3个批次,利用该方法制备茶黄素,可以显著降低酶的应用成本,具有潜在工业化应用价值。

不同种植模式对坡耕地红壤团聚体中酶活性及养分含量的影响

为探究不同种植模式下坡耕地红壤团聚体中的酶活性和养分含量,为改善耕地质量提供理论依据,以坡耕地红壤为研究对象,设置大豆单作(DD)、玉米单作(MM)、大豆玉米间作(MD)、裸地(CK)4个处理,利用干筛法获得2~1、1~0.25、<0.25 mm粒径团聚体,并测定了其中的酶活性和养分含量。结果表明:①与CK、DD、MM处理相比,MD处理显著提高了2~1 mm粒径团聚体的含量,增幅分别为22.2%、13.3%、16.2%。②MD处理显著提高了2~1 mm粒径团聚体中的有机质、有效磷、碱解氮含量,分别较DD和CK处理提高11.9%、29.2%,51.1%、57.5%和16.5%、29.1%;速效钾含量均表现为DD处理显著高于CK、MM、MD处理。③与CK、DD、MM处理相比,MD处理显著提高了2~1 mm和1~0.25 mm粒径团聚体中的脲酶活性,增幅分别为61.0%、18.8%、14.5%和65.0%、17.9%、13.8%,显著提高2~1 mm粒径团聚体中的蔗糖酶活性和<0.25 mm粒径团聚体中的酸性磷酸酶活性,增幅分别为63.8%、57.1%、32.8%和80.4%、44.3%、74.1%。④冗余分析表明,2~1 mm粒径团聚体中的脲酶和蔗糖酶活性与有效磷、有机质含量显著正相关,1~0.25 mm粒径团聚体中的酶活性与有机质、有效磷、碱解氮含量显著正相关,<0.25 mm粒径团聚体中的酶活性与碱解氮、有效磷含量显著正相关。研究表明,合理的种植模式不仅可以促进大团聚体的形成,还能提高大团聚体中的酶活性和养分含量,从而提高土壤肥力,改善耕地质量。

陶粒与微生物菌剂对露天煤矿土壤的改良及植物生长效果

采用盆栽种植紫花苜蓿,设置空白对照(原土种植紫花苜蓿)、陶粒1%、陶粒3%、陶粒5%、微生物菌剂0.1%、微生物菌剂0.3%、微生物菌剂0.5%不同处理,分析以陶粒、微生物菌剂作为土壤改良剂时,其对土壤团粒结构、理化性质、酶活性和植物生长状况的影响。结果表明:表面疏松多孔的陶粒增加了土壤的蓄水保持能力,陶粒添加量为1%时土壤改良效果最好,随着陶粒添加量增加土壤砂粒含量、团聚体含量、含水率、有机质含量、过氧化氢酶活性、蔗糖酶活性、碱性磷酸酶活性、脱氢酶活性呈逐渐减小趋势,过量陶粒没有改良效果,甚至破坏原始土壤。微生物菌剂直接提高土壤中有益菌含量,适量的微生物菌剂通过对植物根系分泌物、土壤有机质、矿质颗粒的分解,提高了土壤有效养分,微生物菌剂添加量为0.3%时改良效果最佳,过量则起到抑制作用。

雅鲁藏布江下游隧道工程对土壤有机碳稳定性的影响

隧道在高原山岭等地区道路建设中被广泛采用,但其对土壤有机碳稳定性的影响研究较少。土壤有机碳稳定性是评价土壤生态系统对外界环境变化响应的重要指标。为阐明土壤有机碳(SOC)对隧道工程建设的抗干扰能力,本研究以雅鲁藏布江下游隧道建设为依托,设置工程影响区(ED)和非影响区(CK)监测样地,从土壤活性有机碳(LOC)、团聚体和土壤酶活性等角度探究隧道建设对SOC稳定性的影响。结果表明,工程影响区SOC、LOC含量分别为291.40和110.28 mg·kg^(-1),CK区域中分别为255.31和91.19 mg·kg^(-1),两个区域差异不显著(P> 0.05)。ED和CK中,土壤粒径> 0.25 mm的团聚体占比均超过80%,随着团聚体粒径减小,ED的SOC含量呈现降低趋势,但ED与CK差异不显著。本研究表明,隧道建设未改变植被凋落物量,对SOC的输入与输出未产生显著影响。ED与CK区土壤酶、微生物生物量碳及土壤团聚体组成无显著差异,表明隧道工程建设对SOC稳定性的微生物学调控机制及土壤团聚体物理保护机制无显著影响,对SOC稳定性无显著影响。综上,雅鲁藏布江下游隧道工程建设对土壤有机碳稳定性未产生显著影响,本研究为隧道建设对环境的影响评价提供了参考依据,也为雅鲁藏布江下游地区生态环境保护提供数据和理论依据。

复合生物炭基功能肥对植烟根际土壤水稳性团聚体和酶活性的影响

【目的】探明复合生物炭基功能肥对植烟根际土壤水稳性团聚体和酶活性的影响,为优质烤烟专用生物炭基肥的研制提供参考。【方法】采用田间小区试验,以单施生物炭基肥为对照(CK),研究生物炭基肥60 g/穴+氟吡菌酰胺1 g/穴(T1)和生物炭基肥60 g/穴+淡紫紫孢霉2×10^(9)个孢子/穴(T2)对植烟根际土壤团聚体稳定性和关键酶活性的影响。【结果】连续施肥2年后,大方和金沙试验地各处理[0.25,+∞)mm粒级土壤水稳性团聚体的含量均增加。与2020年比,2021年大方和金沙单施生物炭基肥、生物炭基肥+氟吡菌酰胺和生物炭基肥+淡紫紫孢霉处理[0.25,+∞)mm粒级土壤水稳性团聚体含量分别增加74.2%、39.2%、3.1%和99.5%、117.0%、135.5%;土壤水稳性团聚体平均质量直径(MWD)分别增加240.0%、161.7%、47.0%和270.3%、397.7%、310.7%,几何平均直径(GMD)分别增加378.5%、224.4%、68.2%和391.2%、462.8%、331.2%,且MWD和GMD均与[5,+∞)mm粒级土壤水稳性团聚体呈极显著正相关关系。与CK比,2020年大方试验地生物炭基肥+氟吡菌酰胺处理土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性分别显著提高21.6%、37.2%和12.9%,生物炭基肥+淡紫紫孢霉处理土壤脲酶和蔗糖酶活性分别显著提高22.1%和35.9%;金沙试验地生物炭基肥+氟吡菌酰胺处理土壤过氧化氢酶活性显著提高13.2%,生物炭基肥+淡紫紫孢霉处理土壤蔗糖酶和过氧化氢酶活性分别显著提高105.2%和11.2%。2021年大方试验地生物炭基肥+氟吡菌酰胺处理土壤脲酶和蔗糖酶活性分别显著降低11.2%和61.8%,生物炭基肥+淡紫紫孢霉处理土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性分别显著降低20.9%、59.2%和4.0%;金沙试验地生物炭基肥+氟吡菌酰胺处理土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶分别显著降低10.3%、37.7%和9.1%,生物炭基肥+淡紫紫孢霉处理分别显著降低15.7%、29.0%和11.2%。【结论】连续2年施用复合生物炭基功能肥对大方土壤水稳性团聚体的作用效果表现不明显,金沙以施用生物炭基肥60 g/穴+淡紫紫孢霉2×10^(9)个孢子/穴效果最佳;土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性表现出2020年提高,2021年降低现象。

半干旱草地土壤团聚体氮磷转化相关酶活性对氮添加的响应

日益加剧的大气氮沉降对土壤养分循环过程产生了深刻影响,土壤养分转化相关酶是其关键调控途径,而土壤不同粒级团聚体结构和环境差异导致其中酶活性介导的养分转换过程可能不同。但目前对半干旱区土壤团聚体水平养分转化相关酶活性对氮沉降的响应还不清楚。基于黄土高原自然草地持续3年的野外氮添加控制试验,分析不同氮添加水平下土壤不同粒级团聚体中的基础理化性质、氮(亮氨酸氨基肽酶LAP和β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶NAG)和磷转化相关的酶(磷酸单酯酶PME、磷酸二酯酶PDE和植酸酶phyA)活性及酶计量比,探索氮添加对团聚体酶活性的影响。结果表明:(1)氮添加导致了不同粒级团聚体中pH显著降低;高氮添加引起土壤团聚体有机碳、全氮、硝态氮、C∶P和N∶P升高;(2)随氮添加浓度增加,不同粒级团聚体中PME、PDE和phyA活性先降低后升高,而LAP、NAG和酶活性氮磷比均逐渐升高;团聚体酶活性总体表现为小团聚体(<0.25 mm)>中团聚体(0.25—2 mm)>大团聚体(>2 mm);(3)在中和大团聚体中氮添加通过影响土壤N相关养分调控P转化相关酶活性。总之,氮添加通过改变团聚体养分及其计量比、pH等影响氮、磷转化相关酶活性。

桉树人工林土壤团聚体碳氮相关酶分布特征

以广西国有大桂山林场为研究区域,选择林龄为1、2、4 a的桉树人工林土壤以及邻近撂荒地土壤(CK)为研究对象。采集表层原状土样(0~20 cm),通过湿筛法将其分为>2 mm、1~2 mm、0.25~1 mm和<0.25 mm粒径团聚体,并测定了不同粒径团聚体中碳氮相关酶(β-葡糖苷酶、蔗糖酶、蛋白酶和脲酶)活性。结果表明:不同林龄桉树人工林土壤碳氮相关酶活性在<0.25 mm粒径团聚体中最高,说明该粒径团聚体对土壤酶具有一定保护作用。在种植桉树过程中,各粒径团聚体的酶活性呈先升高后降低的变化趋势,在林龄为2 a的桉树人工林中最高。因此,在桉树种植后期(2 a以后),应重视土壤碳氮相关酶的保护,从而维持土壤养分循环和提升土壤肥力水平。

模拟氮沉降增加条件下土壤团聚体对酶活性的影响

氮沉降增加改变了森林土壤生态系统物质输入,影响土壤生物及酶活性,而土壤团聚体内相对稳定的微域生境可能减弱或延缓土壤生物和酶对氮沉降增加的响应强度。以广东省东莞大岭山森林公园荷木人工林为研究对象,用模拟N沉降方法,分析了2011年12月到2012年11月一年内氮沉降增加条件下表层混合土壤和土壤团聚体内脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性的变化及影响因素,旨在理解氮沉降增加条件下土壤团聚体对酶活性的影响。结果表明:氮沉降增加对表层混合土壤中脲酶和蔗糖酶的抑制作用不显著,而酸性磷酸酶受氮沉降显著影响,表现为低氮(50 kg N hm-2a-1)促进,高氮(300 kg N hm-2a-1)抑制的规律。表层土壤团聚体内脲酶活性随氮沉降增加而降低,N300处理显著低于对照;蔗糖酶和酸性磷酸酶活性随氮沉降增加先降低后增加,N100处理最低,分别比其他处理降低了6.46%—25.53%和42.33%—68.25%。试验区内各粒径土壤团聚体内酶活性高于混合土壤,且随团聚体粒径增加酶活性均为先增加后降低。不同粒径土壤团聚体的3种酶活性均以2—5 mm最高,但脲酶、酸性磷酸酶在各团聚体粒径间差异不显著,蔗糖酶活性2—5 mm显著高于5—8 mm。土壤酶相对活性指数和相对活性综合指数结果显示,超过85%的团聚体粒径内的相对酶活性指数大于1,而土壤酶相对活性综合指数均大于1。以上结果表明,氮沉降增加条件下土壤团聚体对其团聚体内的土壤酶活性有隔离保护作用,但其隔离保护效果与酶的种类和土壤团聚体粒径有关。

黄土高原长期培肥土壤团聚体中养分和酶的分布

土壤养分和生物酶是衡量土壤肥力的指标,土壤团聚体性质则决定了土壤物理结构的好坏,探讨不同培肥措施下土壤养分和生物酶在团聚体中的分布,对合理培肥和改善土壤性状具有重要的实际意义。对连续25a的长期有机培肥定位试验地进行测定,结果表明:培肥增加了大级别土壤团聚体、特征微团聚体的数量,显著地改善了土壤结构。培肥土壤团聚体平均重量直径、特征微团聚体CF0.01较无肥对照土壤有显著增加。长期培肥增强了土壤化学、生物性质的“微域”变异性。相同培肥措施下土壤主要养分含量和酶活性均随土壤团聚体直径的增大而减小。除厩肥处理土壤碱性磷酸酶和蔗糖酶外,其它各培肥土壤的养分含量和酶活性均在<0.01mm级别特征微团聚体中含量高、活性大。相同级别团聚体和特征微团聚体中,养分含量和酶活性在不同培肥土壤间基本表现出施厩肥处理>施秸秆处理>施化肥处理>对照的规律性。将团聚体的含量和养分含量或酶活性在团聚体中的丰度结合考虑,发现>5mm级别团聚体中养分含量或酶活性对土壤的贡献率最大。结果充分地显示着土壤性质在不同空间尺度下、不同管理措施下变异的复杂性和多样性。