单宁在植物-土壤氮循环中作用的研究进展

单宁是高等植物产生的次级代谢产物。单宁和单宁-有机氮络合物在植物与土壤间的氮循环过程中扮演着重要的角色。单宁参与氮素循环的机制主要包括络合有机氮、影响土壤微生物活性以及影响土壤酶活性。以往的研究并未深入探讨单宁对各种有机氮的络合能力,以及菌根真菌和腐生真菌对单宁-有机氮络合物的降解机制。因此,本研究着重讨论了单宁对各种有机氮的络合能力、络合物的降解机制、单宁对土壤酶活性的抑制作用以及单宁对土壤微生物的影响,并综述了单宁在氮循环过程中的作用,如减缓凋落物分解,抑制净氮矿化,影响净硝化和氮固持等。结果表明:单宁能够络合大部分有机氮;单宁的结构和浓度可显著影响其对土壤酶活性和净氮矿化的抑制效果以及对土壤微生物活性和多样性的作用,该结论可为进一步理解单宁在植物与土壤间氮循环过程中的角色奠定基础。     

植物单宁的微生物降解及其调控反刍动物瘤胃发酵的研究进展

植物单宁是一类广泛存在于陆生植物中的多酚类聚合物。由于化学结构复杂及其对微生物的广谱拮抗作用,使得植物单宁的微生物降解有一定的困难。然而,依赖于肠道单宁降解菌及单宁降解酶,反刍动物可通过胃肠道微生物相互作用实现对植物单宁的降解,从而减少瘤胃中蛋白质降解、防止瘤胃鼓胀、抑制甲烷生成、增加动物体重、改善产奶量和繁殖性能等。因此,近年来,植物单宁对反刍动物瘤胃发酵的调控受到越来越多的关注。但是,由于结构、种类、添加剂量以及试验动物种类和饲养方式的不同,使得植物单宁调控瘤胃发酵的效应也有所差异。为此,本文在综述微生物降解植物单宁的机制与单宁降解酶的基础上,重点探讨了植物单宁对反刍动物瘤胃发酵的影响,以期为植物单宁作为潜在的绿色添加剂在调控瘤胃发酵及改善反刍动物机体健康等方面提供理论依据。     

氮素添加对黄土高原典型草原土壤氮矿化的影响

为了解氮沉降对黄土高原典型草原土壤氮矿化的影响,通过人工氮肥添加模拟试验,采用埋置PVC 管的树脂芯方法原位测定了土壤氮素净氨化、净硝化和净矿化量的季节变化规律,探讨了氮素添加初期对氮矿化/固持贡献量和硝态氮淋溶损失量的影响。结果表明：黄土高原典型草原土壤氮矿化以硝化作用为主,夏季净硝化速率显著高于秋季。氮添加初期改变了半干旱草地氮矿化的季节模式,夏季表现为氮固持,秋季表现为氮矿化,并增加了氮矿化/固持的变异度,氮添加和季节因素对土壤氮矿化/固持有显著的交互作用。氮添加初期高氮添加未抑制氮的矿化过程。夏秋2季树脂硝态氮的含量随模拟氮沉降强度增加而显著增加,但硝态氮淋失量小,仅占施氮量的1.72%～4.74%。     

青藏高原退化高寒草地土壤氮矿化特征以及影响因素研究

为了明确青藏高原退化高寒草地土壤氮矿化特点以及影响因素,以高寒草甸和高寒草原为研究对象,运用原位培养法对健康与退化条件下2类型草地中土壤硝化速率、氨化速率以及氮素转化微生物、植物和土壤等因子进行了研究。结果表明:1)草地退化显著降低了高寒草甸和草原土壤净硝化速率和净氨化速率;2)草地退化降低了2类高寒草地土壤硝化细菌和氨化细菌数量,降低了土壤蛋白酶、脲酶活性;3)草地退化显著降低了NH₄-N和NO₃-N含量,降低了微生物生物量氮含量。相关分析表明,高寒草地中土壤硝化速率和氨化速率与土壤硝化细菌和氨化细菌的数量以及蛋白酶和脲酶密切相关。植物生物量、土壤含水量、有机碳、全氮含量通过影响微生物数量、微生物生物量及酶活性而成为影响土壤氮素转化的主要因素。因此,草地退化通过降低高寒草地硝化细菌和氨化细菌、土壤酶活性而降低土壤氮素转化速率和土壤有效氮的供给。     

冻融与氮输入对草地土壤氮转化和氧化亚氮排放的影响

冻融通过改变土壤理化和生物学特性成为影响土壤氮转化及N₂O排放的重要因素。冻融期外源氮输入将进一步改变土壤氮素有效性，从而可能对土壤氮转化过程及N₂O排放产生更为复杂的影响。但关于土壤冻融与氮输入耦合作用对草地土壤氮转化和N₂O排放的影响效应和作用机制尚不清楚。本文系统论述了冻融作用、外源氮输入以及两者耦合作用的特性及其影响下的草地土壤氮转化和N₂O排放特征，指出土壤冻融格局与氮转化过程关系密切，春季冻融期是N₂O排放的关键期，对全年N₂O排放具有重要贡献。冻融频次增加、冻结强度增大以及冻结持续时间延长有利于土壤氮矿化速率加快。氮输入通过增加土壤氮素供应，增强微生物活性进而促进氮的矿化、硝化及N₂O排放。冻融与外源氮的耦合效应具有复杂性，气候条件、冻融格局、以及外源氮含量和类型等的不同易导致草地土壤氮转化和N₂O排放通量的差异性响应。研究结论有助于加深关于土壤冻融与氮输入对草地生态系统氮素生物地球化学循环影响效应...     

分根装置中丛枝菌根真菌影响蚕豆秸秆降解作用研究

为了研究丛枝菌根对植物凋落物降解的作用,采用四室分根装置即土壤室、根室、菌根室和菌丝室,分室间用37.4 μm尼龙网和有机板分隔,尼龙网袋包埋蚕豆秸秆于不同分室内,以玉米为宿主植物,接种丛枝菌根真菌Glomus mosseae。试验分别在移栽后第20、30、40、50、60 天时取样,通过比较不同分室内在降解过程中土壤中酸性磷酸酶、蛋白酶和过氧化氢酶活性的动态变化、微生物量碳和氮及土壤呼吸的动态变化。研究结果表明:经60 d的培养后,与非根际土壤室(S)相比,根室(R)、菌根室(M)和菌丝室(H)蚕豆秸秆降解量分别提高了15.61%,20.54%和7.74%,降解系数分别提高了25.87%、35.00%和12.17%。M室中土壤酸性磷酸酶、蛋白酶、过氧化氢酶活性较其他三室都有显著提高,同时菌根室(M)和菌丝室的微生物量碳、氮与土壤呼吸作用也显著增加。因此,丛枝菌根真菌和宿主植物形成共生体系后,通过提高土壤酶活性、增加微生物量的大小和活性来作用于蚕豆秸秆的降解过程,成为造成玉米秸秆降解加快的重要原因,这也表明了丛枝菌根真菌土壤碳氮循环中的重要作用。     

植物缩合单宁抗氧化作用机制的研究进展

体外和体内试验研究表明,植物缩合单宁具有显著的抗氧化生物活性。以往研究多关注缩合单宁对机体抗氧化酶活性的影响,近年来发现,缩合单宁通过启动Keap1-Nrf2/ARE抗氧化信号通路,上调抗氧化酶及相关因子基因表达而发挥抗氧化作用。缩合单宁亦能够与动物肠道菌群发生互作,通过促进抗氧化细菌增殖,抑制有毒有害微生物生长的方式,增强机体抗氧化状态。文章综述了缩合单宁的抗氧化作用机理研究进展,以期为植物提取物缩合单宁作为新型饲料添加剂的开发与应用提供参考。     

植物单宁的生物降解研究进展

单宁存在于多种植物性饲料中,能降低畜禽采食量、抑制消化酶活性和降低蛋白质消化率,对机体产生毒性,是一种重要的抗营养因子。单宁对微生物有生长抑制作用,筛选具有降解能力的菌株,采用生物降解是消除单宁抗营养特性的有效途径。     

丹江口水库生态屏障区柑橘—小飞蓬模式净氮矿化特征

为探明水库生态屏障区典型植物群落氮矿化特征以及植物间是否存在相互作用,选取丹江口水库柑橘(Citrus reticulate)和小飞蓬(Conyza canadensis)群丛,采用室内模拟试验(25℃下培养61d),采取单一叶处理、单一根处理和根+叶混合处理,分别测定第1、3、7、14、21、31、41、51、61天的土壤氮矿化量,系统分析添加植物的土壤氮矿化特征。结果表明,1)添加植物后,土壤有机氮矿化表现出3个阶段,1-7d是土壤微生物适应期,7-41d土壤无机氮含量迅速变化,41-61d无机氮含量基本处于平衡;2)对土壤有机氮总矿化量进行方差分析,对同一器官处理,柑橘叶(GL)在整个试验期间均表现为显著(P0.05)高于小飞蓬叶(PL),柑橘根(GR)与小飞蓬根(PR)试验中期和后期差异不显著(P0.05)。同种植物间,GL与GR在整个试验期间差异显著,PL与PR除第41天外,试验期间差异显著;3)试验结束时,单一处理仅GL对土壤净氮矿化有促进作用,其它处理无效应,混合处理GL+PL和GL+PR表现促进作用,GR+PL和GR+PR无效应;4)相关性分析和主成分分析表明,植物全氮是影响土壤净氮矿化最重要的植物化学性质。总之,植物化学性质对土壤净氮矿化有重要影响,植物间混合处理是否具有激发效应受植物化学性质和培养条件等因素综合影响。     

温度变化对尕海湿地不同退化梯度土壤氮矿化的影响

氮矿化是土壤中氮素循环的重要过程，研究温度变化对不同退化梯度高寒湿地土壤净氮矿化速率的影响，对于理解全球气候变暖背景下土壤氮循环过程具有重要意义。以甘肃省甘南尕海湿地为研究对象，采用室内培养和间歇淋洗的方法，研究不同温度（15、25、35 ℃）培养下，4种退化梯度湿地（未退化、轻度退化、中度退化及重度退化）的土壤在0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm土层的氮矿化特征。结果表明：1）同一湿地退化梯度，土壤净氮矿化速率和硝化速率随温度的升高逐渐增大，氨化速率随温度的升高先增大后减小。一级动力学方程的拟合值显示，35 ℃培养条件下土壤的氮矿化势（N₀）最大。在同一温度下，不同退化梯度的土壤氮矿化势值变化显著，因而反映了土壤氮矿化潜力。2）在不同的培养时间下，随着温度的升高，土壤氮矿化速率和硝化速率均呈现上升的趋势；在整个培养期，不同退化梯度湿地的土壤在同一土层中的净氮矿化速率均随着培养时长的延长而呈现下降的趋势，在培养初期（12~24 d），土壤氮矿化速率显著升高，在培养后期，氮矿化速率逐渐减缓。3）湿地不同退化梯度对土壤氮矿化影响差异显著，4种退化程度下土壤净氮矿化量在不同温度下排序为35 ℃>25 ℃>15 ℃。温度对土壤氮矿化过程具有一定影响，高温有利于土壤氮矿化过程的进行。     

北方农牧交错带赖草草地土壤氮矿化对不同放牧强度的响应

北方农牧交错带的草地是我国重要的畜牧业基地，但长期不合理的放牧使其土壤氮素的供应能力发生变化，草地生态和生产功能受到影响。因此，为探究不同放牧强度对土壤氮矿化的影响，本试验于2016年设置4个放牧强度，分别为不放牧（No Grazing，NG）、轻度放牧（2.35 Sheep Unit （SU） hm^-2·生长季；Light Grazing，LG）、中度放牧（4.80 SU hm^-2·生长季；Medium Grazing，MG）和重度放牧（7.35 SU hm^-2·生长季；Heavy Grazing，HG），分别在2017年和2018年采用顶盖埋管培养法测定土壤净氮矿化速率。结果表明：不同放牧强度对土壤无机氮含量有显著影响（P<0.05），生长季不同月份土壤无机氮含量存在极显著差异（P<0.01）；重度放牧的净氮矿化速率最大，轻度放牧最低；放牧主要通过影响土壤温度和水分的变化进而影响土壤净氮矿化速率。可见，短期内重度放牧会使土壤无机氮累积，提高植被可利用氮含量，显著提高土壤的净氮矿化速率，但造成地上生物量减少，地表裸露，草地有退化的风险，因此，为更好地维持北方农牧交错带草地生态系统的稳定，还需进行长期的试验监测来确定适宜的放牧强度。     

短花针茅荒漠草原土壤氮素矿化对载畜率的响应

氮矿化是决定土壤提供可利用性氮的关键生态环节,同时也是当今国内外土壤氮素循环的研究热点,荒漠草原作为草地生态系统中极特殊的一种草地类型,其资源贫乏,气候严酷,植被结构相对简单,因此研究荒漠草原氮素的可利用性对维持荒漠草原稳定发展十分必要。鉴于此,本研究以内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原为对象,采用顶盖埋管培养法,通过在整个生长季的跟踪调查,主要探讨了净氮矿化速率对4个载畜率梯度[0(对照)、0.91(轻度放牧)、1.82(中度放牧)、2.71(重度放牧)羊/(hm²·a)]的响应,并结合土壤温湿度,分析其与土壤氮矿化的关系,旨在为荒漠草原生态系统氮素可持续利用的研究提供基础数据及管理参考。结果显示,土壤的净氮矿化速率在整个生长季呈现出先降后增的趋势,并且在生长高峰期7月及8月受载畜率的影响较大。4种载畜率梯度下中度放牧处理[1.82羊/(hm²· a)]具有最高的净氮矿化速率,重度放牧处理中[2.71羊/(hm²·a)]净氮矿化速率最低。皮尔森相关分析表明硝化速率与净氮矿化速率显著正相关,在整个生长季中净氮矿化速率受硝化作用影响较大。不同载畜率梯度下,土壤水分与净氮矿化速率极显著负相关,而土壤温度则与净氮矿化速率无显著相关性。综上所述中度载畜率水平[1.82羊/(hm²·a)]是维持荒漠草原稳定矿化速率的理想载畜率。     

温度和湿度对紫花苜蓿土壤氮矿化的影响

为确定温度和水分对土壤氮矿化特征的影响,以取自甘肃庆阳黄土高原4年龄(4a)和8年龄(8a)紫花苜蓿草地0~10cm土壤为对象,在不同的温度(5,15和25℃)和水分(30%,50%和70%田间持水量)组合下进行了室内培养。结果表明温度是影响黄土高原紫花苜蓿草地土壤净氮矿化速率的主效因素,培养14d后净硝化率和净矿化率最大值均出现在25℃/70FC下,分别为0.481μg/(g·d)(4a)和0.942μg/(g·d)(8a),0.293μg/(g·d)(4a)和0.632μg/(g·d)(8a);在5℃/30FC下4a土壤的净氮固持率最大,为0.232μg/(g·d),8a土壤则在5℃/70FC下净氮固持率最大,为0.127μg/(g·d);8a苜蓿土壤培养后微生物碳含量显著高于4a苜蓿土壤,在15℃/50FC的组合下8a土壤是4a的1.44倍。土壤有机质含量不同是导致2个年龄苜蓿土壤净硝化率、净矿化率和微生物生物量碳差异的主要原因。     

尕海湿地区沼泽草甸退化对土壤氮转化酶活性的影响

为探讨高寒湿地退化对土壤氮转化酶活性的影响,以青藏高原东缘尕海湿地未退化（ND）、轻度退化（LD）、中度退化（MD）和重度退化（HD）4种不同退化程度0~40 cm土层沼泽草甸为研究对象,研究不同退化与土层中土壤氮转化酶（蛋白酶、脲酶、硝酸还原酶和亚硝酸还原酶）活性的变化特征及其与土壤理化性质之间的关系。结果表明：1）随沼泽草甸退化程度加剧,土壤含水量、全氮、铵态氮和微生物生物量氮含量均显著降低,土壤温度与硝态氮含量却显著增加。2）随退化程度加剧,各土层土壤脲酶活性增加、蛋白酶活性降低,且仅在20~40 cm土层存在显著差异;硝酸还原酶活性增加、亚硝酸还原酶活性降低,在0~20 cm土层存在显著差异。3）各退化程度中,土壤脲酶、蛋白酶、亚硝酸还原酶活性均随土层深度的增加而显著下降,硝酸还原酶活性仅在HD显著下降。4）退化程度和土层对4种土壤氮转化酶活性均存在显著影响,且对土壤硝酸酶和亚硝酸还原酶活性存在显著交互作用。5）冗余分析表明土壤含水量对土壤氮转化酶活性变化的贡献率高达67.1%,其是驱动尕海沼泽草甸退化演替过程中土壤氮转化酶活性变化的主导因素。研究结果可为高寒湿地生态系统退化中的土壤酶活性变化规律提供理论依据。     

青藏高原退化草甸土壤微生物量、酶化学计量学特征及其影响因素

探明草地退化过程中土壤微生物量和酶的变化趋势及其化学计量学特征,对理解草地的退化机理有重要意义。本研究以青藏高原高寒草甸4种不同退化程度（未退化、轻度退化、中度退化、重度退化）草甸为研究对象,分析了土壤微生物量和酶化学计量学特征及其影响因素。结果表明,随草甸退化程度的加剧,土壤有机碳（Soil organic carbon,SOC）、全氮（Total nitrogen,TN）、速效钾（Available potassium,AK）、微生物量碳（Microbial biomass carbon,MBC）和微生物量氮（Microbial biomass nitrogen,MBN）含量显著降低;未退化草甸β-1,4-葡萄糖苷酶（β-1,4-Glucosidase,BG）和β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（β-N-Acetylglucosaminidase,NAG）活性显著低于轻度、中度和重度退化;重度退化草甸土壤氮/磷、MBN/MBP显著低于未退化,ln（NAG+LAP）/lnALP取值范围为0.77~0.83,高于全球均值0.44,说明退化引起了该地区的土壤氮限制;相关分析表明微生物量和酶的化学计量比受有机碳和全氮的影响显著。综上,微生物量和酶的化学计量学特征对土壤养分变化响应敏感且能反映土壤养分限制情况。     

氮添加对退化高寒草地土壤微生物量碳氮的影响

若尔盖高寒草地生态系统脆弱,对环境因子的改变响应敏感。本试验以若尔盖高寒退化草地为研究对象,在2015-2016年每年返青期,以尿素作为氮源在野外开展控制试验,4个氮处理分别为CK(0g·m^-2·a^-1)、N5(5g·m^-2·a^-1)、N10(10g·m^-2·a^-1)、N20(20g·m^-2·a^-1),分析了氮添加下4个不同退化程度的高寒草地土壤微生物量碳氮以及土壤理化性质的变化规律,探讨若尔盖高寒草地对氮添加的响应机制,旨在为脆弱生境草地的治理与恢复提供参考。结果表明,不同退化草地的土壤微生物量碳氮对氮添加的敏感性随退化程度加剧而逐渐降低。氮浓度20g·m^-2·a^-1处理下土壤微生物量碳氮含量变化趋势发生显著变化:轻度退化草地>未退化草地>中度草地>重度退化草地。相关分析表明,土壤微生物量碳氮与速效磷、硝态氮、全氮、全磷、有机碳具有显著正相关,可在一定程度上表征土壤养分状况。氮添加下,土壤微生物量碳氮与土壤理化性质的相关关系发生变化,尤其在N20处理下土壤微生物量碳、氮与其他理化因子间无显著相关关系,需要进一步从土壤微生物对土壤养分的吸收利用方面解释其原因。氮浓度变化显著改变土壤微生物C/N:CK重度退化草地的土壤微生物量碳氮比显著高于其他3个退化样地。N5和N10条件下不同退化草地土壤微生物C/N无显著差异,而N20处理下未退化草地土壤微生物C/N与CK比显著提高33.7%,而重度退化草地与CK比下降了62.5%,说明氮添加在一定程度上对土壤微生物的组成和群落结构产生了影响。     

高寒草甸土壤团聚体碳氮磷对退化的响应及其影响因素

植物和土壤微生物是土壤团聚体黏合物和养分的重要来源,因此土壤团聚体组成及其养分库的变化可指示生态系统退化过程。本文在长江源区根据植被群落特征选取未退化、中度和严重退化高寒草甸,研究其土壤中大团聚体(>250μm)、微团聚体(55～250μm)和游离态粉粒黏粒(<55μm)含量、不同粒级团聚体碳氮磷含量及储量随草地退化的变化特征,并分析了植物和微生物活动与这些变化特征的关系。结果表明：未退化和中度退化高寒草甸土壤以微团聚体为主。退化使高寒草甸大团聚体和微团聚体碳氮含量及储量显著下降,但磷含量及储量未发生显著变化。游离态粉粒黏粒氮磷储量在严重退化高寒草甸显著增加。各团聚体碳氮含量与地上生物量和微生物量碳正相关,磷含量与微生物量碳负相关。本研究表明植物及受其影响的土壤微生物变化是造成高寒草甸退化后不同团聚体碳氮磷库变化的主要原因。     

牦牛粪沉积对青藏高原高寒草甸土壤酶活性的影响

牦牛粪归还是维持青藏高原草地生态系统功能的主要途径之一.以往的研究主要关注牦牛粪沉积对土壤理化性质的影响,但是对土壤微生物群落及其功能的研究较少.本研究分析了牦牛粪沉积对青藏高原高寒草甸土壤酶活性及其潜在调控因子的影响,结果表明:牦牛粪添加显著增加了土壤微生物生物量碳(MBC)(P<0.001)和土壤微生物生物量氮(MBN)(P<0.001)含量,分别增加了14.24％和20.29％.牦牛粪添加显著增加了土壤β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)(P<0.001)、β-1,4-木糖苷酶(BX)(P<0.001)和脲酶(URE)(P<0.001)活性,分别增加了8.4％、8.2％和6.6％.牦牛粪添加显著增加了土壤水分含量(SMC)(P<0.01)、可溶性有机碳(DOC)(P<0.001)和可溶性有机氮(DON)(P<0.001)含量,但降低了土壤pH(P<0.001).冗余分析表明,土壤酶活性与DOC(P<0.001)、DON(P<0.001)、MBC(P<0.001)和MBN(P<0.001)呈显著正相关关系,而与土壤pH(P<0.05)呈显著负相关关系.此外,可利用性基质(DOC和DON)对土壤酶活性的调控比微生物生物量(MBC和MBN)更重要.本研究结果表明,牦牛粪沉积通过为土壤微生物提供易于利用的碳源和养分,促进了土壤微生物活动,在调节青藏高原放牧生态系统土壤碳和养分循环中起着重要作用.