高等植物光系统II大量捕光色素蛋白复合体的稳定性研究

光合作用是地球上最重要的化学反应，它主要发生在叶绿体的类囊体膜上。光能是整个光合作用反应的驱动力，因此光能的捕获和传递过程将会直接影响整个生物体的光合作用表现。在高等植物中，光系统II（PSII）的大量捕光色素蛋白复合体（LHCIIb）作为最主要的、含量最多的光能捕获和传递器官，在光合作用过程中发挥着极其重要的作用。经过数十年的研究，认为LHCIIb主要的功能有以下四个方面：捕获和传递光能、光保护和过剩能量耗散、调节光能在两个光系统中分配和维持类囊体膜的结构。同时对其空间结构也在2.72Å的水平上进行了解析，发现每个单体含有14个叶绿素分子（Chl），其中8个叶绿素 a（Chl a）和6个叶绿素 b（Chl b），2个黄体素（Lut），一个新黄质（Neo）和一个紫黄质（Vio），3个跨膜α-螺旋和2个双亲α-螺旋。尽管目前对其空间结构和基本功能有了初步的了解，但以往研究均是对LHCIIb的三个色素蛋白复合体（Lhcb1、Lhcb2和Lhcb3）的混合研究，而关于Lhcb1、Lhcb2和Lhcb3各自的氨基酸组成、色素组成、各种光谱性质和稳定性研究还处于起步阶段。对Lhcb1、Lhcb2和Lhcb3各自的特性研究可以使我们更加深刻地理解LHCIIb的结构和功能。 本论文首先利用RT-PCR技术从豌豆（Pisum sativum L.）中提取了编码大量捕光色素蛋白复合体的三个脱辅基蛋白基因，分析了它们编码蛋白的氨基酸序列，并系统地研究了三个蛋白与其他物种中的三个蛋白之间的亲缘关系;然后在体外进行了成功的表达和与色素重组，进而对重组LHCIIb的色素组成及光谱特征进行了系统地对比和研究。实验结果表明，Lhcb1和Lhcb3的保守性高于Lhcb2，且Lhcb3最高，Lhcb1和Lhcb2的蛋白序列相似程度高于Lhcb3;Lhcb1同质三聚体的Neo含量和α-螺旋含量高于Lhcb1单体，Lhcb2单体和Lhcb3单体的α-螺旋含量高于Lhcb1单体;与Lhcb1单体和Lhcb2单体相比，Lhcb1同质三聚体和Lhcb3单体的荧光发射光谱明显红移，与核心复合物的光谱特征更加接近，这一区别可能更加有利于能量向核心传递;吸收光谱中表明，Lhcb1和Lhcb2存在两个Chl a吸收峰，根据分析超快吸收得到的模型（Amerongen & Grondelle，2001），这两个吸收峰可能代表Chl a的两个吸收中心。 在对LHCIIb各种基本特性研究的基础之上，本论文使用三氟乙酸（TFA）、离液剂尿素、离子性去污剂SDS、非离子型去污剂Triton X-100对Lhcb1单体进行了处理，使用不同温度对Lhcb1单体和同质三聚体、Lhcb2单体和Lhcb3单体进行处理。研究了它们在不同条件下的稳定性，主要结果如下： 1) 低浓度的尿素不能使Lhcb1变性，但可以影响色素之间的能量传递效率和相互作用。尽管SDS可以使Lhcb1解体，但解体后的蛋白仍旧保留了部分α-螺旋结构。TFA和非离子型去污剂Triton X-100可以使Lhcb1完全解体，并且可以完全破坏蛋白α-螺旋结构，TFA主要是通过影响色素结构和增加蛋白内部的分子间排斥力来破坏Lhcb1，而Triton X-100主要是通过破坏疏水作用力来破坏Lhcb1。高温可以使LHCIIb解体，但不能使蛋白二级结构完全消失。 2) 尿素、温度和Triton X-100均不引起色素本身的破坏，SDS和三氟乙酸使氢置换叶绿素卟啉环所螯合的镁离子，产生去镁叶绿素，造成色素本身结构的严重破坏。 3) 随着温度的升高，色素蛋白复合体的结构和功能会遭到破坏。在Lhcb1和Lhcb2中首先被破坏的是长波长吸收的Chl a。 4) .就功能而言，Lhcb1同质三聚体最为稳定，其次为：Lhcb1单体 > Lhcb3单体 > Lhcb2单体;.就结构而言，Lhcb1单体和Lhcb1同质三聚体相似，稍微较Lhcb2和Lhcb3稳定。 5) 不同处理方式均发现色素蛋白复合体的变性过程依次为：以Chl a为主的相互作用消失，其后依次为以Chl b为主的相互作用消失，以类胡萝卜素为主的相互作用，最后消失的是蛋白的二级结构。在结构受到破坏的同时，能量传递最先受到影响。 6) 解体过程并不是折叠过程的逆过程。

光系统I及其亚组分的分离纯化与光破坏特性的研究

光系统I（photosystem I，PSI）是光合膜上参与光合作用原初反应过程的主要膜蛋白超分子复合体之一。高等植物的PSI是由核心复合体（14个亚基）和捕光色素蛋白复合体I（light-harvesting complex I, LHCI，含4个Lhca蛋白）组成的超分子复合体，它的主要功能是调节光诱导的从囊腔侧的质体兰素（plastocyanin，PC）向基质侧的铁氧还蛋白（ferredoxin，Fd）的电子传递。研究PSI的结构与功能对于揭示植物光合作用高效吸能、传能的分子机理具有重要意义。在本文中，我们首先建立了分离制备PSI及其亚组分的方法（Qin et al., 2007），并在此基础上对PSI在强光破坏的过程中结构与功能的变化进行了比较深入的研究。本论文的主要研究结果如下： 1．快速、高效分离纯化PSI及其亚组分方法的建立。 国际上传统的PSI分离方法（Bassi and Simpson, 1987; Croce et al., 1998; Påsllon et al.1995; Schmid et al. 2002），耗时长较长（分离PSI颗粒一般需要多于20h的蔗糖超速离心过程，而分离PSI的亚组分则需要25-60h的蔗糖超速离心过程）、得率较低，这不便于PSI方面的研究，为此我们首先改进了传统的分离纯化方法。新方法以高等植物菠菜叶片作为原材料，使用Triton X-100作为增溶剂，通过差速离心技术获得的粗制品，然后使用十二烷基麦芽糖苷(n-Dodecyl β-D-maltoside, DDM)增溶PSI粗制品，之后采用100,000×g，垂直转头（Beckman VTi 50）0.1-1 mol/L蔗糖梯度离心3h获得纯度较高的PSI颗粒。然后使用DDM和3-(N, N-Dimethylpalmitylammonio) propanesulfonate （zw 3-16）两种增溶剂处理PSI，后经100,000×g，垂直转头（Beckman VTi 50）蔗糖梯度离心4h获得纯度较高的PSI core、LHCI-680、LHCI-730复合体。采用吸收光谱、荧光光谱技术研究了各样品的基本光谱学特性，采用HPLC分析了各样品的色素组成，结果显示平均每个Lhca蛋白结合1.5-1.6黄体素，1.0紫黄质, 0.8-1.1 β-胡萝卜素，该方法制备的LHCI比传统方法制备的LHCI减少了类胡萝卜素的丢失。这一工作为以后结构与功能的研究工作奠定了良好的基础。 2．PSI复合体及其亚组分的特性研究。 PSI颗粒具有一定的适应环境酸碱变化的能力，在我们的试验条件下PSI颗粒在pH 5-10相对稳定。PSI、LHCI很难通过加入Mg2+、Ca2+、Na+阳离子聚集沉淀。经绿胶鉴定我们制备的LHCI-680、LHCI-730是二聚体形式;而把PSI绿胶后再进行第二向十二烷基硫酸钠－聚丙烯酰氨凝胶电泳（SDS-PAGE）电泳，结果发现在稍强烈的绿胶增溶条件下，LHCI-730是以二聚体的形式存在，但是LHCI-680却是以单体的形式出现。这说明LHCI形成的二聚体，尤其是LHCI-680，较容易受到增溶处理而分离成单体形式，解释了以生化分离手段得到的LHCI-680的聚集形式是单体还是二聚体这个目前国际上还有有争议的问题。 3．PSI、LHCI光破坏的基本特点。 采用白光（2500 μmol•m-2•s-1）照射PSI颗粒，通过SDS-PAGE及室温吸收光谱检测光照过程中PSI复合体的变化，结果表明：去氧处理能够大大延缓PSI的光破坏，而PSI脱辅基蛋白不会发生光破坏，这说明PSI发生的光破坏可能与Chl与O2的相互作用有关。采用白光（1000 μmol•m-2•s-1、300 μmol•m-2•s-1）处理LHCI-680、LHCI-730，发现LHCI-680被破坏的速度明显快于LHCI-730被破坏的速度，这是首次在体外分离的水平上揭示了不同LHCI光破坏方面的差异。LHCI-680与LHCI-730在光破坏方面的差异可能与两种天线蛋白结合的类胡萝卜素的种类和数量不同有关，还可能与二者结合的长波长Chl的情况有关，但是具体的原因还有待于进一步的研究。 4．结合不同的捕光色素蛋白复合体（light-harvesting complex，LHC）对PSI光破坏的影响。 为了研究结合不同的捕光天线对PSI光破坏的影响，我们制备了PSI-LHCII、PSI、PSI core三种复合体。使用白光（2500 μmol•m-2•s-1）照射这三种复合体，并通过测定各复合体在光破坏过程中蛋白亚基、吸收光谱、PSI活性及P700含量的变化，对比三者光破坏的速度，结果发现PSI-LHCII在这三种复合体中光破坏速度最快，而PSI和PSI core两种复合体光破坏速度基本一致。我们推测在光照过程中部分光系统II捕光Chl a/b蛋白复合体II（light-harvesting complex II，LHCII）能够向PSI core传递能量，另外PSI-LHCII绿胶分析的结果表明发生了LHCII三聚体向单体的转变，这种强光下发生的LHCII聚合形式的转化可能是高光强下调节光能捕获的一种机制，由于植物体内具有较完整的保护系统，体内PSI-LHCII的光破坏可能与体外情况不同;另外LHCI与PSI core的解离可能发生在强光照射的早期，具有保护PSI core减少光破坏的积极作用。该部分的研究首次观察了结合不同的捕光天线对PSI光破坏的影响。

光系统II大量捕光色素蛋白复合体（LHCIIb）结构和功能关系 的定点突变研究

定点突变技术可以对某个已知基因的特定碱基进行定点改变、缺失或者插入，从而改变对应的氨基酸序列和蛋白质结构，因而成为研究蛋白质结构和功能之间的复杂关系的有力工具。对突变基因的表达产物进行研究有助于我们了解蛋白质结构和功能的关系，探讨蛋白质的结构/结构域。 植物体光系统II的大量捕光色素蛋白复合体（LHCIIb）具有多种功能，在自然界不同日光光强下分别执行捕获、传递光能或将过度激发能非光化学耗散的功能。最新的近原子分辨率LHCIIb晶体结构揭示出在LHCIIb穿膜螺旋B/C之间的环区具有复杂的超二级结构，其中一个新发现就是在此环区靠近穿膜螺旋C的区域中存在一个反平行股的结构，其功能不明。为了研究此反平行链对于LHCIIb复合体在结构和功能上的意义，我们将了这一区域的3个氨基酸（Val119、His120、Ser123）分别定点突变成Phe、Leu和Gly，并研究了这三个定点突变对LHCIIb结构和功能上的影响。结果如下：1，CD光谱揭示出该反平行链对于调节新黄质及其附近色素群的构象十分重要。虽然这三个突变只造成很少的新黄质丢失（V119F, 0.09; S123G, 0.17; and H120L, 0.26），但是却使色素构象发生了巨大变化。2，将S123突变成G导致复合物对光破坏更加敏感并且更易于聚集，在介质酸化后复合物的荧光淬灭更加显著。这些结果说明这段反平行链对于调节LHCIIb色素构象以及控制LHCIIb聚集体形成和叶绿素荧光产量具有重要作用。 以结构为基础的计算设计方法与定向进化相结合是蛋白质工程的一个发展方向。最近，通过计算设计已成功地向蛋白质引入了新的催化活性、提高了蛋白质的稳定性、设计了酶的催化活性位点、改变了酶的底物特异性等. 目前还没有见到有研究定向地，以理性方式对LHCIIb进行蛋白质设计。我们使用蛋白质的计算机辅助设计工具——RosettaDesign鉴定出一个可以显著提高LHCIIb光、热稳定性的定点突变I124L，并且突变体的的结构和功能与野生型无异。这是首次将计算机辅助设计应用于提高LHCIIb稳定性的研究。

不同膜脂环境中PSII核心复合物和外周天线之间的功能关系

光合作用过程中光能的吸收、传递和转化都是在类囊体膜中进行的，它是由脂质双层膜和色素蛋白复合物构成的。光系统II（PSII）是存在于类囊体膜中的多亚基色素蛋白复合物，主要功能是吸收光能，进行光诱导的电荷分离，产生电子传递并催化水的光解。光系统II捕光天线复合物（LHCII）与PSII核心复合物结合形成的PSII-LHCII超分子复合物，是PSII在体内的基本结构和功能单元，这一结构保证了LHCII吸收的能量快速有效的传递到PSII反应中心，进行原初光化学反应。膜脂与膜蛋白的相互作用在调节PSII-LHCII超分子复合物各亚基之间的结构和功能方面起着重要作用，而在类囊体膜脂中，非双层脂单半乳糖甘油二脂（MGDG）含量最多，约占50%，在光合膜蛋白的结构和功能中具有重要作用。 本论文利用脂质体重组等技术研究了LHCII和放氧核心超分子复合物（OECC）之间的功能关系，MGDG的作用以及微量天线的功能。主要结果如下： 1. MGDG能和Chl a、PC或其它类囊体膜脂一起与PSII蛋白构建蛋白脂质体，脂质体形状较规则统一，基本呈圆球状，阻止了MGDG反六角相结构的形成。脂质体的直径大小在100-500 nm之间，属于小单层脂质体。PSII膜蛋白LHCII和OECC能在MGDG脂质体中实现重组，形成LHCII-OECC超分子复合物，在结构上相互偶联，LHCII-OECC蛋白颗粒直径在15-25 nm之间。LHCII吸收的能量能够传递到核心复合物OECC中，形成功能上的偶联，而且LHCII的结合增加了功能天线的大小和捕光截面积，从而提高了PSII的光化学活性。 2. MGDG对蛋白脂质体的结构和功能有影响。低温荧光发射光谱和PSII光化学活性的结果显示，MGDG影响了PSII复合物色素和蛋白的存在状态；MGDG能增强LHCII和OECC之间的相互作用，促进能量从LHCII到核心复合物的传递，提高PSII的光化学活性。 3. MGDG促进类囊体膜脂和PC-MGDG蛋白脂质体的放氧活性的原因不同。在类囊体膜脂脂质体中，MGDG主要通过膜蛋白疏水部分的横向压力增加PSII偶合的天线量，提高PSII的光化学活性；而在PC-MGDG蛋白脂质体中，MGDG不能加强PSII与天线的偶合，可能是通过MGDG与LHCII的相互作用，增加PSII的光化学活性。 4. 微量天线不是大量天线和核心复合物重组和相互作用所必需的，但微量天线的存在，能促进大量天线与PSII核心复合物之间的能量传递和放氧活性，大量天线与PSII核心复合物之间的偶联作用得到增强。而且蛋白脂质体放氧活性的证据表明，MGDG能促进微量天线的这种作用。

Consumption of fa cai Nostoc soup: A Potential for BMAA exposure from Nostoc cyanobacteria in China?

Grown in arid regions of western China the cyanobacterium Nostoc flagelliforme - called fa cai in Mandarin and fat choy in Cantonese - is wild-harvested and used to make soup consumed during New Year's celebrations. High prices, up to $125 USD/kg, led to overharvesting in Inner Mongolia, Ningxia, Gansu, Qinghai, and Xinjiang. Degradation of arid ecosystems, desertification, and conflicts between Nostoc harvesters and Mongol herdsman concerned the Chinese environmental authorities, leading to a government ban of Nostoc commerce. This ban stimulated increased marketing of a substitute made from starch. We analysed samples purchased throughout China as well as in Chinese markets in the United States and the United Kingdom. Some were counterfeits consisting of dyed starch noodles. A few samples from California contained Nostoc flagelliforme but were adulterated with starch noodles. Other samples, including those from the United Kingdom, consisted of pure Nostoc flagelliforme. A recent survey of markets in Cheng Du showed no real Nostoc flagelliforme to be marketed. Real and artificial fa cai differ in the presence of beta-N-methylamino-L-alanine (BMAA). Given its status as a high-priced luxury food, the government ban on collection and marketing, and the replacement of real fa cai with starch substitutes consumed only on special occasions, it is anticipated that dietary exposure to BMAA from fa cai will be reduced in the future in China.

Age and growth of Schizothorax waltoni in the Yarlung Tsangpo River in Tibet, China

Age and growth were studied for Schizothorax waltoni in the middle reaches of the Yarlung Tsangpo River in Tibet, southwest of China, from April 2004 to September 2006. A total of 201 specimens were collected ranging from 110 to 580 mm in standard length (SL). In contrast to other otoliths, sectioned lapillus showed a clear pattern of alternating opaque and hyaline zones. Marginal increment analyses showed that the increments, each composed of one opaque and one hyaline zone, are deposited annually. Opaque edges were prevalent from May to August. The von Bertalanffy growth parameters based on sectioned otolith data were L (t) = 689.8{1 - exp[0.051 (t + 3.275)]} for males, and L (t) = 691.1{1 - exp[0.056 (t + 2.466)]} for females. The slow growth and long life indicate that S. waltoni is vulnerable to overfishing and that harvesting strategies for the species should be conservative.

ApcD is necessary for efficient energy transfer from phycobilisomes to photosystem I and helps to prevent photoinhibition in the cyanobacterium Synechococcus sp PCC 7002

Phyrobilisomes (PBS) are the major light-harvesting, protein-pigment complexes in cyanobacteria and red algae. PBS absorb and transfer light energy to photosystem (PS) II as well as PS I, and the distribution of light energy from PBS to the two photosystems is regulated by light conditions through a mechanism known as state transitions. In this study the quantum efficiency of excitation energy transfer from PBS to PS I in the cyanobacterium Synechococcus sp. PCC 7002 was determined, and the results showed that energy transfer from PBS to PS I is extremely efficient. The results further demonstrated that energy transfer from PBS to PS I occurred directly and that efficient energy transfer was dependent upon the allophycocyanin-B alpha subunit, ApcD. In the absence of ApcD, cells were unable to perform state transitions and were trapped in state 1. Action spectra showed that light energy transfer from PBS to PS I was severely impaired in the absence of ApcD. An apcD mutant grew more slowly than the wild type in light preferentially absorbed by phyrobiliproteins and was more sensitive to high light intensity. On the other hand, a mutant lacking ApcF, which is required for efficient energy transfer from PBS to PS II, showed greater resistance to high light treatment. Therefore, state transitions in cyanobacteria have two roles: (1) they regulate light energy distribution between the two photosystems; and (2) they help to protect cells from the effects of light energy excess at high light intensities. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

STUDIES ON THE PURIFICATION AND RECLAMATION OF WASTE-WATER FROM A MEDIUM-SIZED CITY BY AN INTEGRATED BIOLOGICAL POND SYSTEM

The feasibility of an inexpensive wastewater treatment system is evaluated in this study. An integrated biological pond system was operated for more than 3 years to purify the wastewater from a medium-sized city, Central China. The experiment was conducted in 3 phases with different treatment combinations for testing their purification efficiencies. The pond system was divided into 3 functional regions: influent purification, effluent upgrading and multi-utilization. These regions were further divided into several zones and subzones. Various kinds of aquatic organisms, including macrophytes, algae, microorganisms and zooplankton, were effectively cooperating in the wastewater treatment in this system. The system attained high reductions of BOD5, COD, TSS, TN, TP and other pollutants. The purification efficiencies of this system were higher than those of most traditional oxidation ponds or ordinary macrophyte ponds. The mutagenic effect and numbers of bacteria and viruses declined significantly during the process of purification. After the wastewater flowed through the upgrading zone, the concentrations of pollutants and algae evidently decreased. Plant harvesting did not yield dramatic effects on reductions of the main pollutants, though it did significantly affect the biomass productivity of the macrophytes. The effluent from this system could be utilized in irrigation and aquaculture. Some aquatic products were harvested from this system and some biomass was utilized for food, fertilizer, fodder and some other uses. The wastewater was reclaimed for various purposes.

施肥措施对黄土旱塬区小麦产量和土壤有机碳积累的影响

利用中国科学院长武农田生态试验站的长期田间试验(1984年2~007年),研究了小麦产量,耕层有机碳变化,评价了土壤管理和气候因素对土壤有机碳(Soil organic C,SOC)变化的影响。研究涉及6个处理:休闲地(F);不施肥(CK);有机肥(M);氮肥(N);氮、磷肥(NP)和氮、磷、有机肥(NPM)处理。结果表明,施肥可以显著提高作物产量和SOC积累,CK、M、N、NP、NPM处理平均产量依次为1.5、2.6、2.0、3.3、4.0 t/hm2,2007年F、CK、M、N、NP、NPM处理0—20 cm土层SOC积累量依次为-1.09、0.76、8.59、1.02、3.42和9.5 t/hm2。作物产量与SOC含量呈显著的正相关关系(r=0.80),有机碳输入量与SOC含量相关性更好(r=0.97),外源有机碳的输入也是提高SOC的重要措施。施肥措施对作物固碳和SOC影响存在显著(P<0.05)差异。土壤固碳速率(Y)与SOC输入量(X)符合线性方程Y=0.231X-0.0813(r=0.98)。施肥可以提高黄土高原半干旱地区土壤生产力和SOC的积累,且无机肥和有机肥配施效果最佳。

施肥对黄土旱塬区黑垆土土壤肥力及硝态氮累积的影响

本文以长期定位试验为依托,研究了黄土高原旱塬区黑垆土大田对比试验和长期定位施肥对土壤肥力及硝态氮累积和淋溶的影响。结果表明:长期施用有机肥能够明显增加土壤养分,氮磷和有机肥配施效果显著;和1984年土壤养分状况相比,大田对比试验土壤有机质增加了27.1%,全氮和全磷提高了84.2%和34.8%,有效氮、有效磷和速效钾增加了46.9%、540.0%和10.2%,养分水平与长期定位试验中氮磷配施相近。长期定位试验中氮磷配施或与有机肥配施能够有效地减少土壤剖面中硝酸盐的累积和淋溶,氮肥单施硝态氮累积量最大,为1006.4kg/hm2,大田对比试验土壤硝态氮总累积量较长期定位试验中施用氮肥处理的总累积量少。

现代雨水利用技术研究进展与研发重点

具有工程化、科技化、规模化内涵的现代雨水利用技术是现代节水农业技术的重要研究内容,已成为缓解干旱缺水,实现农业高效用水,降低常规农业用水量的有效措施。在分析现代雨水利用技术研究进展及其发展趋势基础上,指出现代雨水利用技术是传统雨水利用技术与新材料技术、现代生物技术、现代信息技术、现代灌溉工程技术等高新技术相结合的产物,具有多学科相互交叉、各单项技术相互渗透的明显特征。在此基础上,提出了近中期现代雨水利用技术研发的重点,即以重大前沿性技术研究为基础,研发与雨水利用相关的重要关键技术与产品,探索建立适宜的现代雨水高效利用技术体系。

黄土丘陵区免耕条件下两种土壤酶活性变化

为了确定合理环保的耕作制度,2007~2008安塞田间定位试验黄土丘陵旱作农区大豆(Glycine maxL)、玉米(Zea maysL)、红小豆(Semen Phaseoli)、马铃薯(Solanum tuberosumLinn.)在翻耕化肥(CF)、翻耕有机肥(CM)、翻耕无肥(CN)、免耕化肥(NF)、免耕有机肥(NM)、免耕无肥(NN)等水平下的农田土壤脲酶、蔗糖酶活性。结果表明:在作物花期,大豆、玉米土壤脲酶活性较高,蔗糖酶活性较低,而红小豆、马铃薯则与之相反,差异极显著。到作物收获后,玉米土壤脲酶、蔗糖酶活性增高,增幅在83%以上,而马铃薯、红小豆、大豆三种作物土壤脲酶活性降低,降幅在10%以上,蔗糖酶活性增强,增幅在40%以上。从花期到收获后,免耕降低了土壤脲酶活性,提高了土壤蔗糖酶活性,在黄土丘陵沟壑旱作农区两种土壤酶活性表现较优的作物为大豆、玉米,较优的处理为NM玉米、NF大豆,其田间环保效应为:作物生长期间两种酶活性比较高,收获后两种酶活性则降低,有利于提高作物生长期土壤肥效利用率,减少作物收获后温室气体的排放。

黄土高原旱地小麦氮磷钾与有机肥优化配施试验

试验研究了不同施肥处理对小麦产量及肥料、水分利用率的影响。结果表明:氮磷配施对产量的贡献率最高,产量达5 099.8 kg/hm2,增产率达21.5%,较氮、磷肥单施产量分别增产14.0%和18.4%,具有正交互效应;单施有机肥较NM、PM、NPM增产率分别达到6.63%、4.12%、11.3%。化肥配施可显著提高旱地小麦的肥料利用率和水分利用效率,氮磷有机肥配施肥料氮、磷肥的利用率分别较氮、磷肥单施提高1.71和12.55个百分点;氮磷配施可同时提高氮肥、磷肥肥效,此时氮贡献率为15.53%,磷贡献率达12.26%,且水分利用率提高了24.1%,耗水系数降低了17.57%。

有机肥对设施菜地土壤-植物系统氮运移的影响

在设施菜地条件下，研究了不同有机肥施入量在黄瓜生长期对土壤-植物系统NO3--N迁移累积的影响。结果表明，黄瓜生长期土壤-植物系统NO3--N的迁移累积规律受黄瓜生长期、有机肥施用水平和土壤肥力的影响。盛果期，不同肥力土壤各个土层的硝酸盐含量和黄瓜叶片及体内的硝酸盐含量均高于黄瓜的其它生长期；对于不同的施肥水平，当施肥量为60 t hm-2时各个土层的不同肥力土壤硝酸盐含量均高于其它处理，且高肥力土壤条件下黄瓜体内的硝酸盐含量在黄瓜生长旺盛期超过国家安全食品标准(410mgkg-1)，当施肥量低于20 t hm-2时不同肥力土壤各个土层未出现硝酸盐显著累积现象，且在黄瓜生长的各个时期，黄瓜体内的硝酸盐含量均未超标。 土壤硝酸盐的垂直运移过程受有机肥施用水平和土壤肥力的影响，施肥量低于20 t hm-2时不同肥力土壤各土层未出现硝酸盐显著累积现象，当施肥量为60 t hm-2时土壤硝酸盐累积峰值随土壤肥力水平的提高而增加；40-150 cm土壤剖面中硝酸盐累积总量随有机肥施用量的增加而增加；不同肥力土壤在相同有机肥施用水平下40-150 cm土壤硝酸盐累积总量的变化量不同，土壤肥力越高土壤硝酸盐累积总量的绝对增加量越大，说明相同的有机肥处理对高肥力土壤硝酸盐累积影响更大。

长白山阔叶红松林生态系统碳密度对采伐干扰的响应研究

本研究以长白山地区原始和次生的阔叶红松林为对象，在2007和2008年共建立了8种类型10块1 ha样地。通过野外调查和取样分析，得到各样地森林生态系统的植物、枯死物和土壤碳密度值，并结合采伐样地经营历史情况（采伐时间和强度），得到长白山地区原始阔叶红松林生态系统碳密度参考值和次生阔叶红松林生态系统碳密度对采伐强度和植被恢复时间的响应特征。在此基础上，通过建立阔叶红松林乔木碳密度与生态系统碳密度的回归关系，并结合露水河林业局3个时期（1987、1995和2003年）的小班数据和原始林碳密度参考值，估算露水河林业局林业用地3个时期和潜在的碳储量。主要研究结果如下： （1）原始阔叶红松林生态系统碳密度参考值：植被、枯死物、土壤和生态系统碳密度值分别为149.18±54.57、20.93±14.33、156.39±14.99、326.50±34.52 t•ha-1。其中下木层、乔木层碳密度分别是1.55±0.74，147.63±54.39 t•ha-1；粗木质残体和枯枝落叶碳密度分别是15.64±13.66、5.29±1.72 t•ha-1；0-50 cm的各层土壤碳密度分别为62.14±6.31、46.17±10.25、27.82±6.20、12.57±4.67、7.69±2.20 t•ha-1。 （2）原始阔叶红松林生态系统碳密度对采伐干扰的响应特征为：采伐干扰均会减少生态系统碳密度；其中植被碳库对采伐干扰最为敏感且碳密度值均减少，采伐强度直接决定植被碳密度的减少程度和恢复时间；枯死物碳库对采伐干扰最不敏感且碳密度值是先增加后减少，采伐强度和植被恢复时建群树种决定枯死物碳密度的变化程度；土壤碳库对高强度采伐干扰敏感，采伐强度决定土壤碳密度是否发生变化。 （3）估算露水河林业局林业用地在1987、1995、2003年和潜在的森林生态系统碳储量分别为29.58×106 t、27.55×106 t、30.46×106 t和38.75×106 t。