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Photosynthesis by phytoplankton cells in aquatic environments contributes to more than 40% of the global primary production (Behrenfeld et al., 2006). Within the euphotic zone (down to 1% of surface photosynthetically active radiation [PAR]), cells are exposed not only to PAR (400-700 nm) but also to UV radiation (UVR; 280-400 nm) that can penetrate to considerable depths (Hargreaves, 2003). In contrast to PAR, which is energizing to photosynthesis, UVR is usually regarded as a stressor (Hader, 2003) and suggested to affect CO2-concentrating mechanisms in phytoplankton (Beardall et al., 2002). Solar UVR is known to reduce photosynthetic rates (Steemann Nielsen, 1964; Helbling et al., 2003), and damage cellular components such as D1 proteins (Sass et al., 1997) and DNA molecules (Buma et al., 2003). It can also decrease the growth (Villafane et al., 2003) and alter the rate of nutrient uptake (Fauchot et al., 2000) and the fatty acid composition (Goes et al., 1994) of phytoplankton. Recently, it has been found that natural levels of UVR can alter the morphology of the cyanobacterium Arthrospira (Spirulina) platensis (Wu et al., 2005b). On the other hand, positive effects of UVR, especially of UV- A (315-400 nm), have also been reported. UV- A enhances carbon fixation of phytoplankton under reduced (Nilawati et al., 1997; Barbieri et al., 2002) or fast-fluctuating (Helbling et al., 2003) solar irradiance and allows photorepair of UV- B-induced DNA damage (Buma et al., 2003). Furthermore, the presence of UV-A resulted in higher biomass production of A. platensis as compared to that under PAR alone (Wu et al., 2005a). Energy of UVR absorbed by the diatom Pseudo-nitzschia multiseries was found to cause fluorescence (Orellana et al., 2004). In addition, fluorescent pigments in corals and their algal symbiont are known to absorb UVR and play positive roles for the symbiotic photosynthesis and photoprotection (Schlichter et al., 1986; Salih et al., 2000). However, despite the positive effects that solar UVR may have on aquatic photosynthetic organisms, there is no direct evidence to what extent and howUVR per se is utilized by phytoplankton. In addition, estimations of aquatic biological production have been carried out in incubations considering only PAR (i. e. using UV-opaque vials made of glass or polycarbonate; Donk et al., 2001) without UVR being considered (Hein and Sand-Jensen, 1997; Schippers and Lurling, 2004). Here, we have found that UVR can act as an additional source of energy for photosynthesis in tropical marine phytoplankton, though it occasionally causes photoinhibition at high PAR levels. While UVR is usually thought of as damaging, our results indicate that UVR can enhance primary production of phytoplankton. Therefore, oceanic carbon fixation estimates may be underestimated by a large percentage if UVR is not taken into account.
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The type species of the cyprinid genus Sinilabeo was misidentified as Varicorhinus tungting, and the species under the generic name belong to Bangana and Linichthys. In order to make Sinilabeo available, its type species is fixed under Article 70.3.2 of the 1999 edition of the International Code of Zoological Nomenclature as S. hummeli, a new species herein described from the upper Yangtze River basin in Chongqing City and Sichuan Province, South China. A re-definition is provided for Sinilabeo. It resembles Qianlabeo in having an upper lip only present in the side of the upper jaw and uncovered by the rostral fold, but missing in the median part of the upper jaw that, instead, bears a thin, flexible, and cornified sheath, covered by the rostral fold, a character that can separate both from all other existing genera of Asian labeonins. However, Sinilabeo is distinguished from Qianlabeo in the presence of a rostral fold disconnected from the lower lip; a broadly interrupted postlabial groove only restricted to the side of the lower jaw; an upper lip, which is only present in the side of the upper separated from it by a groove; 9-10 branched dorsal-fin rays; two pairs of tiny maxillary barbels.
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The growth and activity of photosynthetic CO2 uptake and extracellular carbonic anhydrase (CA(ext)) of the marine diatom Skeletonema costatum were investigated while cultured at different levels of CO2 in order to see its physiological response to different CO2 concentrations under either a low (30 mumol . m(-2) . s(-1)) or high (210 mumol . m(-2) . s(-1)) irradiance. The changes in CO2 concentrations (4-31 mumol/L) affected the growth and net photosynthesis to a greater extent under the low than under the high light regime. CAext was detected in the cells grown at 4 mumol/L CO2 but not at 31 and 12 mumol/L CO2, with its activity being about 2.5-fold higher at the high than at the low irradiance. Photosynthetic CO2 affinity (1/K-1/2(CO2)) of the cells decreased with increased CO2 concentrations in culture. The cells cultured under the high-light show significantly higher photosynthetic CO2 affinity than those grown at the low-light level. It is concluded that the regulations of CA(ext) activity and photosynthetic CO2 affinity are dependent not only on CO2 concentration but also on light availability, and that the development of higher CA(ext) activity and CO2 affinity under higher light level could sufficiently support the photosynthetic demand for CO2 even at low level of CO2.
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Hydrogenolysis of mono(cyclopentadienyl)-ligated rare-earth-metal bis(alkyl) complexes Cp'Ln-(CH2SiMe3)2(THF) (Ln = Y (1a), Dy (1b), Lu (1c); Cp' = C5Me4SiMe3) with PhSiH3 afforded the mixed hydride/alkyl complexes [Cp'Ln(mu-H)(CH2SiMe3)(THF)](2) (Ln = Y (2a), Dy (2b), Lu (2c)). The overall structure of complexes 2a-c is a C-2-symmetric dimer containing a planar symmetric Ln(2)H(2) core at the center of the molecule. Deprotonation of ArOH (Ar = C6H2-Bu-t(2)-2,6-Me-4) by the metal alkyl group of 2a-c led to formation of the mixed hydride/aryloxide derivatives [Cp'Ln(mu-H)(OAr)](2) (Ln = Y (3a), Dy (3b), Lu (3c)), which adopt the dimeric structure through hydride bridges with trans-accommodated terminal aryloxide groups.
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Cobalt porphyrin complex ((TPPCoX)-X-III) (TPP = 5, 10, 15, 20-Tetraphenylporphyrin; X = halide) in combination with ionic organic ammonium salt was used for the regio-specific copolymerization of propylene oxide and carbon dioxide. A turnover frequency of 188 h(-1) was achieved after 5 h, and the byproduct propylene carbonate was successfully controlled to below 1%, where the obtained poly(propylene carbonate) (PPC) showed number average molecular weight (M-n) of 48 kg/mol, head-to-tail content of 93%, and carbonate linkage of over 99%.
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Reactions of Ln(III) acetate (Ln = Pr and Nd) and a polydentate Schiff-base in a mixture of methanol and acetonitrile resulted in the unprecedented assembly of novel Ln(10) aggregates containing two Ln(5) pentagons templated by mu(5)-CO32-, introduced via spontaneous fixation of atmospheric carbon dioxide. Magnetic analysis using an expression including the ligand field effects and molecular field approximation indicates weak antiferromagnetic coupling between the metal ions. This synthetic approach may represent a promising new route toward the design of new lanthanide clusters and novel multifunctional materials.
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豆科植物凝集素基因和血红蛋白基因在对根瘤菌的识别作用和类菌体在低氧分压下的共生固氮中起重要作用。本文的目的是试图将这两个基因转移到非豆料植物烟草和水稻,使其能识别根瘤菌,探讨非豆科植物的共生和联合固氮的可能性。 构建了含有豌豆凝集素(P-Lec)基因、Parasponia andersonii血红蛋白基因、gus基因及植物选择标记潮霉素磷酸转移酶基因(hpt)的两个植物表达载体pCBHL和pCBHUL;同时,还构建了含有P-Lec基因、gus基因及植物选择标记PPT乙酰转移酶基因(bar)的植物表达载体pBBUL。在pCBHL中,CaMV35S启动子调控P-Lec基因的表达,而在pCBHUL和pBBUL中,该基因由玉米Ubiquitin 1启动子调控。 用农杆菌法将pCBHL导入烟草,得到53株再生植株,PCR检测表明转化频率为88%。用基因枪法分别将pCBHUL和pBBUL导入水稻幼胚或幼胚诱导的愈伤组织。转pCBHUL的材料共得到40株再生植株,经分子检测有18株分转基因植株,转化频率为0.9%。转pBBUL的幼胚愈伤组织经PPT筛选,只得到能分化出小芽的抗性愈伤组织。 PCR检测、Southern杂交表明P-Lec基因和Paraspoina血红蛋白基因都已经整合到转基因烟草及水稻的基因组中,转基因水稻植株中两个外源目的基因的拷贝数较高。Western杂交分析转基因植物中P-Lec基因的表达情况,结果表明该基因在转基因的烟草和水稻叶片中得到正确地表达。同时,GUS组织化学染色表明转基因烟草的嫩茎和幼根,转基因水稻的嫩叶和幼根中都有gus基因的表达。转基因烟草中外源基因的表达频率高于转基因水稻。T1代转基因烟草幼根的蛋白原位免疫杂交显示P-Lec正确定位于正在生长的幼根根毛的顶端,与对照豌豆中的P-Lec基因表达部位相一致。关于Parasponia血红蛋白基因,以前本实验室对转基因烟草和水稻的研究表明有转录水平的表达,国外实验室证实转基因烟草中有转译表达。 上述结果有可能为进一步研究转基因非豆科植物与根瘤菌的相互作用奠定一定的基础。
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生物固氮和植物光合作用作为全球生态系统的两个基本生物学过程, 在碳氮循环、自然生态系统的维持和演替,以及农业生产中起了重要作用。尽管过去关于共生固氮与光合作用的研究取得了巨大成就,但是,很少将两者直接联系起来。本研究通过比较低光效和高光效大豆接种高效固氮根瘤菌后固氮与光合作用的差异,比较接种根瘤菌和施用铵态氮肥对大豆光合生理的影响或光照强度对大豆光合固氮的影响,以及C4基因转化C3 豆科植物—苜蓿的研究,试图将两者偶联起来。研究获得以下结果: 1.用nifA和dct工程根瘤菌接种低光效和高光效大豆后,与出发菌株比,均提高了大豆的固氮和光合作用。两者相比,nifA工程菌对低光效大豆黑农37号发挥了比较好的作用,大豆的光合作用参数,固氮活性和植物株高、株重等产量参数比dct工程菌好;dct工程菌接种高光效大豆黑农40号后,尽管固氮酶活性与nifA工程菌相比没有明显差异,但是大豆光合作用和产量参数有了比较明显的提高。 2.光照培养条件下,对大豆进行了接种根瘤菌(108细菌/ mL)、低氮(5 mmol/L (NH4)2SO4)和高氮(30 mmol/L (NH4)2SO4)处理。测定的大豆生长状况和光合作用系列参数结果表明:低氮处理的最好,接种根瘤菌的次之,高氮处理的最差。由此说明单纯接种根瘤菌满足不了大豆发育过程中的氮营养要求,其光合作用和生长受到不利影响。但是,高氮处理也并没有提高大豆的光合作用,其生长发育甚至受到抑制。该结果为生产实践中合理施肥提供了光合生理方面的参考。 3.接根瘤菌和不接根瘤菌的大豆在正常光强(150μmol photons m-2s-1)下生长三周后进行遮光(15μmol photons m-2s-1,7天)和复光(正常光强,7天)处理,大豆的光合作用有下降和回复。测定的一系列光合参数、叶绿素荧光参数,以及植物的生长生理参数结果表明:接根瘤菌大豆与不接根瘤菌的大豆对遮光的响应有不同。正常光照下,接种根瘤菌能促进大豆生长与光合作用;遮光处理后,根瘤菌对大豆的促进作用不显著。 4.获得了不同苜蓿品种的愈伤组织及其诱导的再生植株。并作了用小米、甘蔗的PEPC基因转化苜蓿的研究。由于在实验过程中,考虑转基因植物的安全性,着重于用甘露糖筛选转化体系的研究工作,忽略了用抗生素筛选转化体。用PCR法从苜蓿中扩增出甘露糖异构酶基因(pmi),表明苜蓿体内含有自己的甘露糖异构酶基因,使得甘露糖筛选没有成功。
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水文研究了北京东灵山地区落叶阔叶林和人工油松林的能量环境和能量固定,以及相关的生态学过程。重点研究了落叶阔叶林林冠表面、灌木层表面和草本层表面的总辐射、直射辐射、散射辐射、反射辐射、净辐射和长波将辐射、分光谱辐射,强调了自然条件下斜坡对上述辐射分量的影响。上述分量随森林内层次的下降而剧减,光谱组成也发生变化,长波辐射和短波红外辐射所受的影响较小。天气对辐射通量的日进程和月际变化都有重大影响。 落叶阔叶林主要树种叶片净光合速率在7月底8月初达到最大值,以辽东栎的最高,五角枫最低。除大叶白蜡外,正午或稍后有明显的午休现象。油松小技的光合速率上层)中层)下层,7月底和8月全月都是光合速率高峰期。白天净光合速率在中午没有明显的“午休”现象 自然环境下油松不同年龄的针叶的光合速率与光强度的关系近似于一种抛物线关系,而不是人工控制条件下测定所出现的双曲线关系。 主要落叶阔叶乔灌木和油松树干的呼吸速率7月份最高,10月最低,24小时连续测定结果表明,乔木树种树干呼吸在下午或傍晚达到最大值,是因为树干温度落后于空气温度的变化节奏造成的。 以油松为例,研究了树木侧枝长的年增长规律,发现侧枝年增长量随着年份发生有规律的变化,与气候因子的关联分析与回归分析表明,枝长的年增长量与空气温度、年降水量和年蒸发量关系最为密切。最后利用光合生产潜力逐步修正的途径和Lieth-Box途径,估算了被研究森林的潜在生产力,并分析了造成估计值偏高或偏低的原因。
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GCTE(全球变化和陆地生态系统),作为IGBP的核心计划之一,其目的是研究陆地生态系统与全球气候变化及人类社会经济和土地利用改变之间相互作用的耦合机理关系,预测生态系统结构、功能的未来变化。其中,植物个体水平的生理生态学模型研究是GCTE中必不可少的重要环节,它不仅可以揭示植物在个体水平上对全球变化的动态响应机制,而且可通过揭示大尺度响应所隐含的微观生物学机理,为大尺度研究提供重要的生理学参数和规律,在全球变化各尺度研究中发挥着不可替代的作用。本文主要围绕植物个体的生理生态学模型开展了如下研究:在开顶式气室CO2倍增大豆生长实验基础上,建立描述植物主要生理过程的生理生态模型,分析植物个体的光合作用、气孔传导度、蒸腾作用以及水分利用效率在全球场变化下的动态响应机制;在此基础上,建立起以统计性天气模型驱动的植物个体生长发育系统动力学模型,通过敏感度分析探讨植物个体的生理生态特性,如光合、呼吸、绿色及非绿色生物量等,对全球变化,特别是对CO2增加,气温升高及降水改变共同作用的响应机制;针对固氮植物的特点,将前一模型发展成为基于共生固氮和同化过程相互作用机制的植物个体生理生态系统动力学模型,模拟不同CO2浓度、气候变化以及固氮与不固氮条件下植物个体生物量的动态响应,并分析CO2浓度、气候条件和是否具固氮能力在对植物生长发育影响方面的相互作用;以中间锦鸡儿为研究材料进行水分控制实验,观测水分对植物同化物分配等过程的影响;将水分利用效率模型应用到NECT样带的主要植物种,得出各植物种的描述其水分利用效率特性的参数,结合样带上各植被类型的结构特征,得到沿样带各植被类型在植物种类组成方面的水分利用效率参数;应用系统聚类分析、因子分析等多元统计方法对样带上锡林河流域122种植物的化学成分与植物类群和所处生境的关系进行了定量分析。结果表明: 1)CO2倍增情况下,净光合速率提高45%,其中光量子效率显著增加,而CO2传导系数略有下降;气孔传导度、蒸腾速率下降约30%;水分利用效率随CO2浓度增加几乎呈线性增长,倍增后提高近一倍。(当气温,水分适宜,光合有效辐射为1000μmol photons m-2 s-1); 2)在北京地区仅CO2倍增而气候条件维持现状的情况下可导致大豆总生物量峰值提高70%,绿色部分提高56%,其中,全生育期内总净光合量增加,而单位干重的暗呼吸速率下降;由于受同化物分配中物候因素的影响,绿色生物量比总生物量提前10日左右到达其峰值。 3)CO2浓度增加和具固氮能力在模拟范围内对植物生长均产生正效应;而在水分为植物生长限制因子的干旱半干旱地区,降水增加对植物生长产生正效应,气温升高则具负效应; 4)随着C供给条件的好转,具固氮能力对植物生长的影响增强;反之随植物吸收N能力的提高,C供给对植物生长的作用加剧。 5)气温、降水在对植物生长发育影响方面,随着一方条件的好转,另一方对植物生长产生的效应增强; 6)具固氮能力对植物生长的正效应随气候条件的好转而增强,气候变化对植物生长的影响随植物具备了固氮能力而加剧; 7)气候条件越恶劣,如在此半干旱区变得更为干旱,CO2浓度增加对植物生长的正效应越加显著;且随CO2浓度的增加,气候因子的效应逐渐减弱。这主要是因CO2增加提高了植物个体的水分利用效率,从而使得CO2的正效应在水分胁迫下更为明显;同时由于水分利用效率的提高,使得植物个体抵御和适应外界环境变化,特别是由气温、降水改变导致的水分条件变化,的能力得到增强。 8)锦鸡儿水分生理生态实验的初步结果表明,土壤水分状况影响着植物的同化物分配,随着水分胁迫的加剧,同化物分配向根部集中,植物的根冠比增加。 9)沿样带水分递减梯度,植被类型在植物种类组成方面的反映水分利用效率特性的参数kv逐渐增加,从而显示出随着水分条件的不足,植被类型中耐旱品种,尤其是C4种增加;人为活动干扰,主要是对草场等的过度利用而导致的盐渍化、沙化,使得退化了的植被类型中k_v值显著提高,表明原有的植物种逐渐被耐旱、耐盐碱的品种,特别是C4植物所代替;在样带动上,这种由于人为活动干扰所引起的植被类型在植物种类组成方面反映水分利用效率特性的参数kv的变化明显大于因样带水分梯度改变而带来的变化。 10)锡林河流域草原植物化学成分一方面与植物类群有关,受自身历史演化的决定,另一方面更受到所处生境条件的极度大影响和制约。其中,禾本科、豆科植物分别具有明显的化学成分特征;撂荒地群落与自然群落中植物、沙质与非沙质生境中植物化学成分差异较显著;因子分析中认为存在大量元素与微量元素两个公共因子,豆科与禾本科相比,豆科植物因其固氮能力,所含大量元素水平较高,而禾本科植物因细胞壁硅质化,含微量元素稍高;沙质生境因其养分贫瘠,植物的大量与微量元素均较非沙质生境中的低;特别是本区地带性土壤-栗钙土与特异性生境沙带中的疏林沙土相比,疏林沙土上植物大量与微量元素含量较栗钙土区植物明显偏低。
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以内蒙古干旱半干旱草原上的固氮蓝藻-普通念珠藻和发状念珠藻为研究对象,对其分布、生态特点、形态结构、生物量及不同条件下的固氮活性进行了研究,并根据降水与气温状况对其年固氮量进行了估算。结果表明:同发状念珠藻相比,普通念珠藻的分布更为广泛,其形态也有较大的差异。普通念珠藻的生物量在以禾本科为主的退化草场和沙地上较大,在pH值偏碱、含水量300%和温度30℃的情况下,其固氮活性较高,达2500nmolC2H2/g•h(干重)以上,年固氮量也高达4.19kg/h.m2,占草原氮素总输出的10%左右。由此可见,在维持干旱半干旱草原与荒漠草原生态系统的氮素平衡中,固氮蓝藻这类低等固氮植物可能起着重要作用。
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通过调查东灵山地区7个典型植被类型的物种多样性,并测定各林型中植物叶片养分特征,凋落物品质,土壤理化特性,豆科植物的生物固氮作用以及土壤有机质的净N矿化与硝化作用,研究了不同林型及其物种多样性对氮素转化过程的可能影响。结果表明: 1) 各林型乔灌草三层13个物种多样性指数之间都不同程度存在差异,且都表现基本一致的大小顺序,各样地乔灌草三层3个丰富度指数和5个多样性指数之间大都表现草本层>灌木层>乔木层的大小顺序。 2) 林型对植物叶片养分特征、叶片凋落物品质指标、土壤的大多数理化特性都有显著影响,其中,落叶阔叶林与针叶林之间的差异最为明显,优势种不同的针叶林之间也不同程度地存在差异。各林型物种多样性对植物叶片养分特征,凋落物品质和土壤理化特性也都不同程度存在显著影响,且乔灌草三层的物种多样性的影响不同。我们的结果支持物种多样性对生态系统过程存在显著影响的观点。 3) 胡枝子(Lespedeza bicolor)%FNDA值较低,在0~53.3%之间,与国外学者对某些木本豆科固氮植物的研究结果接近,但低于三叶草、野豌豆等草本豆科固氮植物。胡枝子生物固氮具有明显的季节差异,不同样地生境对胡枝子%FNDA值也存在显著影响,大都都表现铁塔辽东栎样地>重力点样地>站下灌丛样地>垭口样地的趋势。除胡枝子之外的其他豆科植物的%FNDA都高于胡枝子,且存在种间差异,以三籽两型豆(Amphicarpaea capillipes)最高(100%),歪头菜(Vicia unijuga)最低(平均66.4%),这些结果与国外相关研究接近。不同林型之间和同一林型不同样地之间也影响豆科植物的%FNDA。东灵山地区有相当数量的植物种具有和固氮植物相近的δ15N值和全N含量,具有潜在的生物固氮能力。6个林型中所有豆科植物的%FNDA平均值主要受乔木层和草本层物种多样性的影响,乔木层和草本层物种多样性提高,豆科植物的%FNDA将随之显著降低。 4) 气温、土壤温度和降水量显著影响各林型净氮硝化速率的季节动态,都表现为温度升高,降水量增加,净氮硝化速率也随之增大。 5) 在不同取样时间,不同林型在土壤NH4+、N03-含量,矿化、硝化速率以及年度总净矿化、硝化量之间均不同程度存在显著差异,其中,以辽东栎落叶阔叶林与针叶林之间,常绿针叶林与落叶针叶林之间,纯林与混交林之间的差异最为明显。 6) 土壤初始N0_3含量与年度总净硝化量,年度总净矿化量及其占TKN的百分比呈显著正相关关系;植物叶片全N浓度与净氮矿化、硝化作用呈显著负相关:植物叶片凋落物的品质指标与净氮矿化、硝化作用没有显著相关。 7) 胡枝子固氮作用(%FNDA值)越强,土壤有机氮的净硝化量就越大,胡枝子在从大气中获取大量N,的同时,很可能会增加氮素的淋溶损失量。胡枝子固氮作用(%FNDA值)与净氮矿化量不存在显著相关关系。 8) 只有乔木层和草本层部分种多样性指数对净氮矿化、硝化量存在显著影响。乔木层均匀度提高,土壤净氮碳化量将随之增大;而草本层物种多样性提高,均匀度提高,净氮矿化、硝化作用将随之降低,草本层植物对土壤氮素矿化作用具有显著抑制作用。 9) 落叶阔叶林与针叶林的供氮能力和维持无机氮素的能力之间存在比较明显的差异,而不同针叶林的矿化/硝化作用也有所差别。其中,辽东栎落叶阔叶林的供氮能力和维持氮素能力均高于针叶林和山杏灌丛;油松林的供氮能力与防止氮素损失的能力显然要强于落叶松林和山杏灌丛。 10) 尽管箭叶锦鸡儿灌丛植物叶片与凋落物中全N、全P浓度在大多数取样点上都低于硕桦(高于草甸),但表层土中全N浓度高于硕桦和草甸,且其土壤有机质的供氮能力以及维持氮素能力都高于硕桦林和草甸,表明,锦鸡儿灌丛为侵入草甸和硕桦入侵提供了良好的养分条件,在该演替序列的发展过程中起了一定的推动作用。