利用~(15)N天然丰度法评估森林生态系统植物的固氮能力

利用森林生态系统中植物茎叶与土壤氮的氮同位素组成(~(15)N天然丰度值)的变化评估植物固氮能力,为野生固氮植物资源调查提供一种简便易行的测试方法。试验测定了小五台山自然保护区内的豆科植物、非豆科植物和土壤样品的氮含量及其~(15)N天然丰度值。植物茎叶的δ~(15)N值明显不同于表土的δ~(15)N值。豆科植物能固定大气N_2,其茎叶的δ~(15)N值接近大气N_2的δ~(15)N值(0‰)。在估测森林生态系统中固氮植物％Ndfa值时,对不固氮参照植物的选择进行了讨论。油松等少数非豆科植物的δ~(15)N值接近大气δ~(15)N的δ~(15)N值,很可能具有固氮能力。     

几种饲用牧草的δ~(15)N值及其固氮能力初评

不同种、不同品种豆科牧草茎叶的δ~(15)N值相差甚大,表明了它们的固氮能力的明显不同。某些禾本科牧草茎叶的δ~(15)N值很低,接近大气N_2的δ~(15)N值(0‰),表明它们很可能通过联合固氮等途径获取生长所需的N素,值得进一步研究。     

几种饲用牧草的δ~(15)N值及其固氮能力初评

不同种、不同品种豆科牧草茎叶的δ~(15)N值相差甚大,表明了它们的固氮能力的明显不同。某些禾本科牧草茎叶的δ~(15)N值很低,接近大气N_2的δ~(15)N值(0‰),表明它们很可能通过联合固氮等途径获取生长所需的N素,值得进一步研究。     

利用δ~(15)N值评估田间苜蓿的固氮作用

研究了盆栽和田间苜蓿的固氮作用,测定了在无氮介质中生长的7种紫花苜蓿和1种白三叶固氮过程的氮同位素分馏效应(β值),评估了不同生长季节的不同品种苜蓿茎叶和生长在不同条件下不同牧草茎叶的δ~(15)N值的变化,用~(15)N天然丰度法、~(15)N同位素稀释法和全氮差值法估算了苜蓿的％Ndfa(苜蓿植株全氮中来自空气氮所占的比例),并比较了各方法的精度。     

利用δ~(15)N值评估田间苜蓿的固氮作用

研究了盆栽和田间苜蓿的固氮作用,测定了在无氮介质中生长的7种紫花苜蓿和1种白三叶固氮过程的氮同位素分馏效应(β值),评估了不同生长季节的不同品种苜蓿茎叶和生长在不同条件下不同牧草茎叶的δ~(15)N值的变化,用~(15)N天然丰度法、~(15)N同位素稀释法和全氮差值法估算了苜蓿的％Ndfa(苜蓿植株全氮中来自空气氮所占的比例),并比较了各方法的精度。     

用~(15)N同位素稀释法评估诱发结瘤春小麦的固氮作用

盆载试验表明,2,4-D加田菁固氮根瘤菌处理麦苗能成功地诱发根部结瘤,其植株生育正常。株高和干重明显高于不固氮参照组(2,4-D加灭活田菁固氮根瘤菌处理)。ARA法证实其根系呈现固氮酶活性;Kjeldahl法表明其植株,特别是根部,全氮产量大多高于参照组;~(15)N同位素稀释法测得其茎叶~(15)N原子百分超低于不固氮参照组,表明,2,4-D加田菁固氮根瘤菌诱发的小麦“类瘤”能固定大气氮。连续4年多次试验表明,2,4-D加田菁固氮根瘤处理能使小麦百分之百诱发结瘤,但并非诱发瘤都能固氮。用~(15)N同位素稀释法测定表明,其固氮能力较低,波动甚大。每盆净固氮量约为0.05～18.1mg纯氮(合0.01～3.87mg N/株),占植株全氮量的2.32％～18.07％。~(15)N同位素稀释法还证实了盆载试验条件下的田菁固氮根瘤菌的自生固氮活性,其固氮产物能为小麦植株吸收。最后还提出了准确计算结瘤小麦固氮百分率的数学方程式。     

用~(15)N同位素稀释法评估诱发结瘤春小麦的固氮作用

盆载试验表明,2,4-D加田菁固氮根瘤菌处理麦功成功地诱发根部结瘤,其植株生育正常。株高和干重明显高于不固氮参照组(2,4-D加灭活田菁固氮根瘤菌处理)。ARA法证实其根系呈现固氮酶活性;Kjeldahl法表明其植株,特别是根部,全氮产量大多于高于参照组;~(15)N同位素稀释法测得其茎叶~(15)N原子百分超低于不固氮参照组,表明,2,4-D加田菁固氮根瘤菌诱发小麦“类瘤”能固定大气氮。连续4年多次试验表明,2,4-D加田菁固氮瘤处理能使小麦百分之百诱发结瘤,但并非诱发瘤都能固氮。用~(15)N同位素稀释法测定表明,其固氮能力较低,波动甚大。每盆净固氮量约为0.05～18.1 mg纯氮(合0.01～3.87mg N/株),占植株全氮量的2.32％～18.07％。~(15)N同位素稀释法还证实了盆载试验条件下 的田菁固氮根瘤菌的自生固氮活性,其固氮产物能为小麦植株吸收。最后还提出了准确计算结瘤小麦固氮百分率的数学方程式。     

环境同位素示踪法的农业应用

对环境同位素示踪法的相关农业应用研究的基本原理、一般模式和常用公式进行了概述。其内容包括：^13C自然丰度变异δ^13C对植物光合作用途径鉴别，植物水分利用效率测定，土壤有机质周转研究和能量饲料利用率评估；δD在植物不同水源的利用率测定中的应用；δ^15N在作物固氮量的测定和自然界氮循环研究中的应用。     

连续施用不同量污泥堆肥对土壤氮组分及δ~(15)N的影响

为探明连续施用无害化污泥堆肥(以下简称堆肥)对土壤全氮(TN)、不同活性氮组分含量及土壤δ~(15)N的影响,为堆肥改良和培肥沙质潮土提供理论依据。本研究以河南省小麦-玉米轮作区沙质潮土为研究对象,通过2013-2016年田间连续定位试验,基于不同土壤活性氮组分分组技术和氮稳定性同位素技术,分析土壤活性氮组分和土壤δ~(15)N对堆肥施入量的响应特征。结果表明,1)连续施用堆肥显著增加了土壤碳氮含量,随施入量增加而显著增加,其中施堆肥量达45t·hm-2时效果最为显著,较单施化肥(CK)处理分别增加了265.83%和284.31%(P0.05)。施用堆肥可以提高活性有机氮组分含量,其中颗粒态有机氮(PON)增加了104.57%~280.91%;处理间各活性氮组分含量呈现:颗粒态有机氮(PON)轻组有机氮(LFON)水溶性有机氮(DON)微生物量氮(SMBN)。增加堆肥施入量提高了PON/TN和SMBN/TN分配比例,显著降低了LFON/TN和DON/TN分配比例(P0.05),从而降低土壤活性氮组分在全氮中的分配比例,说明高堆肥施用量促进土壤氮素以稳定态有机氮形式储存,有利于土壤氮素的累积。2)施用堆肥显著降低了土壤δ~(15)N,通径分析和主成分分析表明,土壤δ~(15)N与土壤氮含量受堆肥施入量影响显著;相关性分析表明,δ~(15)N与土壤TN、PON和LFON含量呈显著相关性,表明土壤δ~(15)N变化特征可指示土壤氮组分受堆肥处理作用的响应。3)冗余分析表明,土壤pH、土壤水分及土壤肥力水平(IFI)均会对土壤氮组分含量、活性氮组分分配比例及δ~(15)N产生影响,其中对土壤IFI和土壤pH作用显著(P0.05),解释率分别达48.2%和17.5%。综上可知,施用堆肥提高了土壤有机物含量,施用量达45t·hm-2时,显著提高了土壤氮储量和活性氮组分含量,对沙质潮土的培肥效果明显,同时,土壤稳定性同位素δ~(15)N变化特征可作为堆肥对沙质土壤质量提升效果的指示指标。     

天山北坡土壤有机碳δ~(13)C组成随海拔梯度的变化

本文选择天山北坡三工河流域作为研究区,基于碳稳定同位素技术,分析土壤有机碳(SOC)δ~(13)C值随降雨量的变化,研究不同海拔梯度土壤剖面δ~(13)C值随采样深度的变化。结果显示,三工河流域降雨量在300mm以下的采样点,SOCδ~(13)C值随降雨量的增加呈递减趋势(R2=0.97),而降雨量在300mm~500mm的采样点,δ~(13)C值随降雨量变化不明显(R2=0.04);三工河流域纯C3植物采样点土壤剖面δ~(13)C值随采样深度呈现明显的富集效应,即土壤剖面下层δ~(13)C值大于上层,其平均差值为1.01‰,与其他相关区域研究结果一致;而沙质荒漠和土质荒漠采样点剖面下层与上层SOCδ~(13)C平均差值为4.33‰,其变化趋势与纯C3植物采样点相反,且其表层δ~(13)C值接近C4植物来源,底层接近C3植物来源,推断其地上历史植被可能经历了由C3到C4的演替过程。     

利用同位素~(15)N对豆科作物固氮量测定的研究

本文报导了利用同位素~(15)N对豆科作物固氮量测定的研究。结果表明,~(15)N-A值法和总氮差值法测定五个大豆品种和两种豆科牧草的固氮量值显著相关,两方法的测定结果明显地呈线性关系。通过比较非固氮作物重复间总氮测量值和~(15)N％原子超测定值变异系数的大小,表明用A_N值法估计固氮百分率比用总氮差值法可靠,试验结果还表明,A_N值法测定固氮量比总氮差值法和乙炔还原法具有一定的优越性。     

吉西他滨-~(13)C,~(15)N_2及其代谢产物的合成

以自制的尿素-~(13)C,~(15)N_2为前体,与3-乙氧基丙烯腈反应制备胞嘧啶-~(13)C,~(15)N_2,用BSA保护后,经与2-脱氧-2,2-二氟-D-赤式-五呋喃糖-3,5-二苯甲酯-1-甲磺酸酯反应生成2′,2′-二氟-2′-脱氧胞嘧啶核苷-3′,5′-二苯甲酸酯-~(13)C,~(15)N_2,分离纯化后经NaOH水解生成吉西他滨-~(13)C,~(15)N_2,再进一步降解脱氨得到吉西他滨-~(13)C,~(15)N_2代谢产物。产品经HPLC,LC-MS和~1H NMR表征确定,化学纯度高于98%,~(13)C同位素丰度为99%,~(15)N同位素丰度为98%。结果表明,合成的吉西他滨-~(13)C,~(15)N可用于药物代谢研究。     

辐照土壤使作物增产及机理研究初报

土壤经2.5×10~4Gy ~(60)Coγ射线照射后,冰草的地上部干重增加86.49％,茎叶含氮量提高37.68％。冬小麦株高增加17.30％,单株干重增加49.18％,穗粒数增加30.67％,千粒重提高15.69％,产量提高48.41％。经~(15)示踪表明,辐照土壤对冰草的有效养分氮素的供应量(A_N)由未辐照组的1616.8 mgN/盆增加到5112.8 mgN/盆,为原土壤的3.2倍。冰草茎叶~(15)N丰度下降了50.45％,得到显著稀释。土壤经γ射线辐照后,速效N、P和有效Mn分别增加了21.3％、30.8％和47.0％,有机质含量、pH值、α和β放射性及土壤中的N、P、K、Mn全量值未见变化。     

应用~(15)N示踪研究秸秆对保存和提高氮肥肥效的影响

应用~(15)N示踪技术研究了作物秸秆不同施用方式对保存和提高施入氮肥肥效的影响。氮肥硫酸铵标记丰度为8.92％,经三年盆栽和田间小区试验表明,化肥氮与秸秆配合铺施(~(15)N 铺)或混(翻压)施(~(15)N 混或翻),作物可增产5.4～30.0％(盆栽春小麦、夏谷)和18～23％(田间冬小麦、夏玉米)。~(15)N示踪试验表明,在~(15)N 铺处理下,盆栽四季作物对施入的化肥氮的利用率分别为57.8％、65.8％、36.6％和8.5％,较单施~(15)N的分别增高3.7％、10.2％、21.5％和2.8％;随土壤渗漏水流失的氮量较单施~(15)N的减少50％;以气态逸失的氮量减少30.3％;进入土壤腐殖质的化肥氮较单施~(15)N的增多21.1％,证明了秸秆的不同施用方式调控了土壤微生物的活性,从而起到了保存和提高土壤肥效的作用。     

应用~(15)N示踪研究秸秆对保存和提高氮肥肥效的影响

应用~(15)N示踪技术研究了作物秸秆不同施用方式对保存和提高施入氮肥肥效的影响。氮肥硫酸铵标记丰度为8.92％,经三年盆栽和田间小区试验表明,化肥氮与秸秆配合铺施(~(15)N 铺)或混(翻压)施(~(15)N 混或翻),作物可增产5.4～30.0％(盆栽春小麦、夏各)和18～23％(田间冬小麦、夏玉米)。~(15)N示踪试验表明,在~(15)N 铺处理下,盆栽四季作物对施入的化肥氮的利用率分别为57.8％、65.8％、36.6％和8.5％,较单施~(15)N的分别增高3.7％、10.2％、21.5％和2.8％;随土壤渗漏水流失的氮量较单施~(15)N的减少50％;以气态逸失的氮量减少30.3％;进入土壤腐殖质的化肥氮较单施~(15)N的增多21.1％,证明了秸秆的不同施用方式调控了土壤微生物的活性,从而起到了保存和提高土壤肥效的作用。     

~(15)N标记的莴苣残体、废纸浆及容重对土壤反硝化及矿化作用的动态影响

介绍了不同量的~(15)N标记的莴苣残体、废纸浆及土壤容重对反硝化及矿化作用的动态影响。试验结果表明:仅施加莴苣残体能在短期内(8d)增加土壤中反硝化作用,其N_2O释放最大量为对照的15倍;仅施用废纸浆在同期内不能增加N_2O释放量。与上述两种处理比较,二者混合施用可以刺激微生物活性和增加反硝化作用,但却比仅施莴苣残体的处理N_2O释放量小,说明同单纯施用莴苣残体相比混合施用可以增加氮的固定。CO_2释放量在     

发酵优化制备L-赖氨酸盐酸盐-~(13)C_6、~(15)N_2

采用北京棒杆菌(Corynebacterium pekinense)ZLD118(HS~-、AEC~r)发酵制备稳定同位素双标记的L-赖氨酸盐酸盐-~(13)C_6、~(15)N_2。对菌种的发酵培养条件和发酵培养基配方进行优化,采用优化后的发酵工艺制备高丰度稳定同位素~(13)C、~(15)N双标记L-赖氨酸,经离子交换树脂提纯、活性炭脱色精制后,产品的~(13)C丰度达98.61%,~(15)N丰度为98.15%,纯度为98.47%,产率为88.8%。结果表明,该工艺可进一步用于放大制备。     

~(90)Sr在棉花等作物体内分布及高浓集植物的筛选

植物通过根系从土壤中吸收的~(90)Sr,经代谢作用,转移分布到地上部各器官,但大部分积累在茎叶中。茎叶和荚壳中~(90)Sr的积累量占地上部总积累量的90.6％～99.3％,籽实部分的积累量只占0.7％～9.4％。用核电站周围的水稻土和北京褐土进行植物对~(90)Sr浓集能力的筛选试验,结果表明,葫芦科植物对~(90)Sr的浓集能力最强,禾本科植物最弱。浓集系数的范围:水稻土是16.8～0.6,褐土是6.0～0.5。禾本科植物在拔节-孕穗期,葫芦科和豆科植物在孕蕾-开花前进行筛选,较为适时而经济。     

~(15)N标记的莴苣残体、废纸浆及容重对土壤反硝化及矿化作用的动态影响(英文)

介绍了不同量的~(15)N标记的莴苣残体、废纸浆及土壤容重对反硝化及矿化作用的动态影响。试验结果表明:仅施加莴苣残体能在短期内(8d)增加土壤中反硝化作用,其N_2O释放最大量为对照的15倍;仅施用废纸浆在同期内不能增加N_2O释放量。与上述两种处理比较,二者混合施用可以刺激微生物活性和增加反硝化作用,但却比仅施莴苣残体的处理N_2O释放量小,说明同单纯施用莴苣残体相比混合施用可以增加氮的固定。CO_2释放量在不同处理中的全部107天中呈递减趋势,混合施用的处理中CO_2释放量每天均高于其它处理。在上述处理中,通过施加不同的压力(2,6,18kg)造成三种不同土壤容重。试验结果表明,70％的样本随容重增加N_2O与CO_2释放量增加,但差异显著性较弱或不明显。土壤容重的增加影响废纸浆的分解速率和NO_3~-与NH_4~ 浓度。     

微生物发酵法批量制备高丰度~(15)N同位素标记L-精氨酸

采用均匀设计实验方法建立5L罐发酵生产L-精氨酸-~(15)N_4的优化调控模型。在菌体生长24h进入产酸阶段,控制转速820r/min,pH7.8,温度30℃,通气2.5L/min,流加总量60%的葡萄糖,理论产酸最高可达到22.49g/L,验证实验产酸19.69g/L,达到理论高值的88%。利用~(15)N丰度99.68%的尿素和丰度99.43%的硫酸铵发酵生产得到L-精氨酸-~(15)N_4的产品丰度为98.7%,化学纯度为98.5%,丰度下降1%。可以满足批量生产的要求。