蜈蚣草(Pteris vittata L.)对砷和铜复合污染的响应及生理机制研究

随着现代工农业的发展，环境污染日益加剧。农用土壤作为我们赖以生存的基础，大量含砷（Arsenic, As）和铜（Copper, Cu）的化肥和农药的应用造成As、Cu及其他重金属的复合污染日趋加重。蜈蚣草作为一种天然的砷超富集植物，在清除土壤砷污染的应用中备受人们关注。然而，目前的研究多集中在蜈蚣草对单一砷污染的吸收、转运和超富集等方面，几乎没有对土壤复合污染尤其是As、Cu复合污染的的响应和生理机制的研究。本文针对As、Cu复合污染的现实，研究了不同浓度砷、铜复合污染胁迫对蜈蚣草生长和发育的影响，探讨了蜈蚣草对砷、铜复合污染抗性和富集的生理生化机制，以期为蜈蚣草在植物修复复合污染的应用提供理论基础。 主要研究结果如下： 1、以砷超富集植物蜈蚣草成熟孢子为外植体材料，建立了一套成熟的蜈蚣草孢子植株再生体系，包括配子体分化和愈伤组织分化两条途径。为蜈蚣草的生理生化机制以及将来的遗传转化奠定了基础。同时证明了蜈蚣草愈伤组织与其孢子体及配子体一样具有对砷的抗性和超富集特性以及铜抗性。 2、以组培的蜈蚣草孢子体为材料，通过比较高浓度砷、低浓度砷以及高浓度铜、低浓度铜的相互组合对孢子体毒性的差异，表明适度浓度砷可以增强蜈蚣草对铜的抗性，但高、低浓度铜都不能增强砷的抗性。同时测定了不同浓度砷、铜处理对蜈蚣草体内砷和铜的吸收分配情况，探讨了蜈蚣草对砷铜复合污染土壤的植物修复的潜在可能性 。 3、以蜈蚣草组培的配子体为材料，研究了蜈蚣草对不同浓度铜砷复合处理的生理生化响应。结果表明砷的加入可以缓解铜对蜈蚣草配子体的植物毒性，而铜的加入并没有缓解砷的植物毒性。而且随着砷浓度的提高可以显著降低铜在配子体中的积累，显著提高了配子体细胞生存能力，降低了配子体细胞膜透性，且可以改变铜砷在配子体中亚细胞定位，暗示砷对铜的积累具有拮抗作用。同时观察到适度的铜也可以降低砷在孢子体根中的积累，对砷在叶柄以及羽叶中的积累有一定的降低作用，但并不显著。 4、以蜈蚣草愈伤组织为材料，研究了蜈蚣草愈伤组织对砷和铜复合污染胁迫的生理生化响应，结果表明适度的砷可以显著提高蜈蚣草愈伤组织中抗氧化酶系统，进而提高抵御铜胁迫引起的ROS胁迫的能力而显著缓解铜对蜈蚣草愈伤组织的毒性。低浓度砷加入显著诱导POD、CAT活性的升高，提高了蜈蚣草愈伤组织抵抗ROS胁迫能力，尤其是POD与生长呈显著的正相关;SOD活性在0-1.0 mM Na3AsO4条件下并没有显著增加，暗示在相对较低的砷胁迫和铜胁迫条件下POD对蜈蚣草愈伤组织解毒起到重要作用。同时在高砷或者高铜胁迫条件下GR活性和GPx活性与之的相关系数可以达到显著水平，这说明高砷或者高铜胁迫条件下GR和GPx在蜈蚣草解毒中起到重要作用。 5、首次证明NO可能参与砷缓解铜对蜈蚣草的植物毒性的过程。发现加入0.2 μM NO加入并没有显著改善蜈蚣草砷的植物毒性，清除蜈蚣草愈伤组织内的NO后，显著增强了砷胁迫条件下对蜈蚣草愈伤组织生长的抑制作用。同时加入NO后却显著改善了蜈蚣草铜胁迫条件下愈伤组织的生长。测定了As、Cu处理后蜈蚣草愈伤组织内源NO含量的变化以及CAT抗ROS能力的变化，结果表明蜈蚣草愈伤组织NO合成显著受As诱导，但不受铜的诱导，同时内源NO浓度的升高，伴随着抵抗ROS胁迫的抗氧化的CAT活性升高。暗示砷可能是通过诱导内源NO浓度升高提高蜈蚣草愈伤组织抵抗ROS胁迫能力来缓解对铜的植物毒性。

北京东灵山暖温带典型植被类型物种构成及物种多样性对氮素转化过程的影响

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。

森林生态系统中养分循环特征的比较研究

　通过研究都江堰地区三个不同林型下（般若寺亚热带常绿阔叶林、龙池杉木林、月亮湾楠木林）土壤氮素分布的异质性及其矿化动态、凋落物的分解，得出以下结论： 　　1. 在野外用顶盖埋管法培养土壤，测定土壤中的速效氮含量变化，我们发现，尽管铵态氮含量在三种林型下都大于硝态氮含量，但只有在龙池杉木纯林下净氨化速率和净硝化速率基本持平，其它两种林型下，净硝化速率都远远大于净氨化速率。净硝化速率的增强，暗示着土壤的退化程度的加剧。 　　2. 净氨化速率和净氮矿化速率在三种林型下均和土壤温度呈现一定程度的负相关，其中净氨化速率在龙池杉木纯林下和土壤温度达到了显著的负相关。而硝化速率在三种林型下均和土壤温度呈一定程度的正相关。这说明，虽然温度是影响净硝化速率、净氨化速率和净氮矿化速率的最重要的环境因子之一，但温度是通过影响土壤微生物的种群、数量和活力等来影响上述过程的，而由于生长环境的巨大差异性，温度的影响效果会出现很大的差异。另外，土壤含水量对三种林型下的净硝化速率、净氨化速率和净氮矿化速率也有很大的影响，但均没有达到显著的相关。 　　3. 不同的林型下具有不同物种多样性，而物种多样性会通过凋落物的质量和数量，土壤微生物类群的组成和性质以及植被盖度等角度对森林生态系统的土壤氮素循环产生深刻的影响。生物多样性的丧失会导致土壤无机氮（特别是硝态氮）流失的潜力增加，导致无机氮库的逐渐缩小。速效氮含量迅速降低。 　　4.铵态氮和硝态氮共同组成了土壤无机氮的绝大部分。但由于硝态氮易于淋溶, 从地表径流中流失，易被植物吸收，也可能通过反硝化损失掉，因此硝态氮的含量常常表现出较大的波动性，而且硝态氮的含量要远低于铵态氮的含量。但硝态氮占总速效氮的比例在不同的研究地点和时间上有很大的差别。 　　5 通过地统计学的变异函数和时间序列分析，我们发现，全氮和铵态氮在整个研究区域的异质性很大，并且异质性随着时间的推移发生了很大的变化，其中全氮和铵态氮的自相关尺度变化不大，但空间自相关度随着时间的推移变化明显，这说明，随着时间的推进，全氮和铵态氮的空间格局在大尺度上的变化很小，在小尺度的却发生了很大的变化。本研究还发现，对于全氮和铵态氮的空间异质性格局进行地统计学分析时，最小取样间隔应小于5米，并且铵态氮由于其自身的不稳定性，其在小尺度的空间异质性格局更明显，而其取样间隔应小于全氮的取样间隔。 　　6. 应用网袋法进行凋落物分解的实验，发现混合凋落物的分解速率在第一年就比按各组分混合比例计算的理论值更低。说明在本实验中几种凋落物——黄牛奶树、青冈栎、栲树和润楠的混合对分解没有促进作用。 　　7. 土壤湿度和凋落物干物质分解密切相关，而不同林地的温度差异对干物质分解影响不大。但对于具体元素（本文中的C和N）的分解而言，分解受更复杂的机制调节，其中可能包括不同林型土壤中的分解微生物群落以及土壤理化性质的差异，相比之下，土壤湿度影响就不重要了。 　　8. 初始凋落物中的C/N浓度的比值显著影响分解速率，和腐解率呈显著负相关。因此可以用它来预测分解。在N的分解中，初始凋落物中的N浓度也会影响分解，具体反映在初始N浓度和实验截止时的N浓度成正比。 　　9. 亚热带气候下，凋落物的分解比在暖温带分解要快，并且初始凋落物中N元素的含量普遍较高，因而在分解中没有出现大量富集。 　　10.凋落物质量本身分解较快的树种，有机质的分解并没有相应快，说明在凋落物干物质降解过程中占主要地位的不是有机质。

内蒙古温带典型草原土壤净氮 矿化作用

作为陆地植物生长和生态系统初级生产力的主要限制因子之一，土壤氮素矿化和可利用性对全球变化的响应决定着未来陆地生态系统的碳储量并对全球碳循环产生长远的深刻影响。众所周知，土壤中大部分氮以有机态存在，有机态氮必须经过转化成为无机态氮才能被植物吸收利用。土壤氮素矿化是将有机态氮转化为无机态氮的生物化学过程，决定着土壤中氮素的可利用性。理解氮素在草原生态系统中的转化（包括矿化，硝化作用）过程，有助于我们充分认识草地退化机理，为草地恢复和重建提供理论依据。在中国科学院内蒙古草原生态系统定位站的典型羊草草原区，选取了1979年围封（没有割草和放牧利用）、1999年围封（没有割草和放牧利用）和长期自由放牧三种不同土地利用方式的羊草草地，分别代表人为干扰强度从小到大的梯度，利用室内和野外原状土培育实验两种方法，研究了人为干扰强度和环境因子（温度和水分）对土壤无机氮转化的影响。 室内实验：设置不同的温度梯度和水分梯度，在不同的时间段内在室内对原状土柱进行培养，观察这些因子对土壤净氮矿化的影响。结果表明：（1）土壤无机氮库（NH4+-N和NO3−-N）在不同土地利用变化情况下具有显著差异。但是，经过室内培养，净氮矿化速率和硝化速率之间差异不显著，只有铵化速率表现出显著差异。（2）温度对铵化、硝化和矿化速率有显著影响。但是当培养温度低于5℃时，无论培养时间多长净氮矿化的累积和净氮矿化速率之间差异皆不显著。温度高于15℃的三个温度之间净氮矿化的累积和净氮矿化速率差异极显著。（3）土壤湿度对净硝化和净矿化速率有显著影响，但是对铵化速率没有显著影响，表明当土壤水分限制硝化细菌的活性时，硝化速率对于水分的增加显得更加敏感。（4）培养时间对铵化、硝化和矿化量的积累有极显著影响。随着培养时间的延长铵态氮积累的量较少，但是硝态氮的量随着培养时间延长积累的量很多。（5）我们的研究表明温度、湿度和培养时间之间对净氮矿化的影响存在极显著的互作效应。 野外试验：在三种不同土地利用历史的草地，利用顶盖埋管原位培育法测定土壤的无机氮库、净硝化、铵化和净氮矿化的季节动态。2004年5月开始，每隔30天一次，到11月结束。结果表明：（1）三种不同土地利用方式的草地生态系统土壤中的NO3－-N和NH4+-N含量都表现出明显的季节变化趋势，自由放牧样地与围封25年样地季节趋势基本一致，围封5年样地各月间NO3－-N和NH4+-N含量的差异都达到显著水平。（2）三种不同土地利用方式的草地无机氮的季节动态两两比较发现，NO3－-N浓度在6、7和9月差异极显著;而在8月三个样地之间差异不显著;NH4+-N浓度在5月、7月和8月三个样地之间都达到显著水平，在6月、9月和10月情况有所不同，6月自由放牧地与围封25年间差异不显著，而这两个样地与围封5年的样地差异达显著水平，9月围封25年和围封5年两个样地之间差异不显著，而与自由放牧样地之间差异显著;10月情况又有变化，是自由放牧样地与围封5年的样地之间差异不显著，与围封25年样地之间差异达显著水平;（3）土壤无机氮库和氮素的矿化/硝化速率都存在明显且比较一致的季节动态，但是在个别月份也有较大差异，总的趋势是围封25年的样地硝化速率高于围封5年和自由放牧样地。上述结果表明：在温带典型草原，土地利用方式对土壤氮素库和矿化有着重要影响;各样地之间土壤氮素库和矿化速率的差异可能是由于土壤温度、水分、无机氮库和土壤基质的改变而引起的。

内蒙古典型温带草原植物功能群去除对土壤氮矿化的影响

由于人为因素导致的全球范围内的第六次物种大灭绝已经成为不争的事实，但人类还不清楚这种现象对生态系统功能的影响。在回答生物多样性与生态系统功能关系的问题上，补偿作用是一个争论的热点。为了阐明生物多样性对生态系统功能的影响，于2005年夏开始，在内蒙古温带典型草原开展了一个研究生物多样性与生态系统功能的物种去除试验。本研究是该项目的一部分。 元素循环是生态系统的重要功能之一，而氮素是限制草地生态系统生产力的主要因素，氮矿化是氮循环的关键步骤，因此，本研究重点讨论植物功能群对土壤氮矿化作用的影响，提出3点假设：1. 不同植物功能群对土壤氮矿化速率影响不同；2. 植物功能群去除前后氮矿化速率不同；3.植物功能群之间存在补偿效应。为了证明这些假设，于2006年9月、2007年6月和2007年8月份分别进行了室内培养（温度25℃，湿度60％田间最大持水量）用于测量氮矿化速率，同时于2007年6月和2007年8月份进行野外培养用于测量野外条件下的氮矿化速率，并在去除处理2年后得到以下主要结果： 1.　植物功能群去除数与土壤氮矿化速率呈单峰曲线关系（P<0.05），去除少量植物功能群氮矿化速率上升，去除更多的植物功能群后氮矿化速率下降； 2.　植物功能群去除数与土壤硝态氮含量呈线性正相关关系（P<0.0001），植物功能群的丧失加剧了土壤NO3--N的流失； 3.　多年生非禾草（PF）比其他植物功能群显著降低了氮矿化速率（P<0.05）； 4.　短期内（去除处理1年内）在凋落物回填的情况下，去除0个植物功能群与去除全部植物功能群的氮矿化速率无显著差异（P>0.05）； 5.　内蒙古温带典型草原在近3年内（2005、2006、2007）土壤碳库、氮库变化较小。

氮素添加对内蒙古羊草草原净氮矿化的影响

　　氮素作为陆地生态系统生产力主要的限制因子，对生态系统过程的调控有着重要的意义。净氮矿化是有机氮素到无机氮素的转变过程，该过程决定了土壤氮素的可利用性。准确估计土壤的供氮能力可以为确定最佳施肥量和施肥时间提供理论依据，并将影响着土地的可持续发展和管理政策。氮矿化潜力N0被定义为在最适温度和湿度下，土壤氮素在无限时间内所能矿化的最大量。由于氮矿化潜力是土壤供氮能力很好的指示值，所以对氮矿化潜力的研究能够使我们更好地了解土壤的氮素矿化动态和其供氮潜力。 　　为更好地了解天然草原氮素矿化对全球氮沉降背景以及草原施肥管理模式的响应，我们从2000年起在内蒙古羊草草原开展了长期的氮素添加实验，分别设置对照(N0)、添加5g N•m-2(N1.75)、30g N•m-2(N10.5)和80g N•m-2(N28)四个氮肥添加梯度以及对照(control)、添加100g有机肥•m-2(O100)、添加500g有机肥•m-2(O500)、添加1000g有机肥•m-2(O1000)四个有机肥添加梯度。氮肥添加在相邻并同时进行施肥的两个生态系统类型中展开，即成熟羊草草原（A区，1979年围封）和退化的羊草草原（B区，1999年围封），有机肥添加也同时在与之相邻的C区中展开（C区的土地利用历史与B区一致）。 2002年和2006年，从A、B区中进行氮肥处理后的土壤取样；有机肥处理的土壤样品从2002年C区中获得。土样在最佳温度(25℃)和湿度(60%田间持水量（WHC）)下进行了5周室内培养，并用阶段淋溶方法来测定氮肥添加和有机肥添加对土壤氮矿化动态的影响。 　　氮肥添加显著降低了土壤的pH值，但累积氮矿化量与土壤pH值、有机碳、全氮均没有显著的相关性。在两个区内，氮素添加都显著改变了土壤的累积氮矿化量。最高氮素处理N28相对应于最低的累积氮矿化量，而低氮素处理N1.75却使得累积氮矿化量最高。同时，在N0和N1.75处理中硝态氮的含量高于铵态氮，但在N28处理中却表现出相反趋势。实验还表明大多数氮素添加强度处理在A区比B区有更高的土壤累积氮矿化量。 　　有机肥添加也显著改变了土壤5周内的累积氮矿化量，并且累积氮矿化量随有机肥添加强度的升高而显著增加。培养5周末时土壤的累积铵态氮的含量与有机肥施加强度之间并没有相关性，但是累积硝态氮的含量有随着有机肥施加强度的上升而增加的趋势。 　　基于前5周土壤培养所得到的结果，我们选择了氮肥添加的N0，N1.75， N28处理以及有机肥添加的control、O100、O1000处理继续进行了长达15周的培养。培养数据与描述土壤氮矿化动态的一级动力学模型--first-order kinetics: Nm=N0（1－exp(-kt)）拟合良好( R2=0.893～0.97)。无论是氮肥添加还是有机肥添加都显著增加了土壤的氮矿化潜力N0，并且N0随着氮肥或者机肥添加强度的增加而增加。对于氮肥处理的土壤来说， N0与氮矿化速率常数k之间反向相关，但是在有机氮处理的土壤中N0与k之间却没有相关性。总的结果显示，经有机肥添加的土壤比经氮肥添加的土样有着更大的氮矿化潜力N0值以及氮矿化速率常数k值，较大的k值暗示着土壤氮素较快的周转速率。

环境变化对内蒙古草原小叶锦鸡儿和羊草土壤氮素转化的影响

氮素是影响内蒙古温带典型草原植物生长和初级生产力的主要因素之一，土壤氮素的可利用性及其对全球环境变化的响应对于预测生态系统碳氮平衡显得尤为重要。空气中的游离氮和土壤中的有机氮必须通过固氮作用和矿化作用，转化为无机氮才能被绝大多数高等植物直接利用，氮素转化决定土壤氮素有效性。因此，研究环境变化对草原灌丛豆科固氮植物小叶锦鸡儿和草原优势植物种羊草土壤氮素转化重要生物过程的影响，对于进一步了解草原氮库变化及其对环境变化的可能响应有重要意义。 在中国科学院内蒙古草原生态系统定位站，利用开顶式生长室（Open-top chamber，OTC）控制实验模拟环境变化，经过三年的实验处理，研究氮素、水分和CO2浓度变化对小叶锦鸡儿根瘤生长和共生固氮、小叶锦鸡儿和羊草土壤净氮矿化速率的影响。观察小叶锦鸡儿根瘤形态和数量、测定根瘤长度和生物量以及固氮酶活性、测定土壤净氮矿化速率和土壤酶活性，探讨小叶锦鸡儿和羊草土壤氮素转化对环境变化响应机理。 结果表明，三年生桶培小叶锦鸡儿根瘤多着生于侧根，以浅黄色的小型球状根瘤为主，其次是棕褐色的棒状和纺锤状根瘤，较大型的褐色Y状根瘤相对较少。添加氮素极显著地抑制根瘤生长发育及其固氮酶活性，这种抑制效应随着水分增加和CO2浓度升高有所减缓。随着水分的增加，根瘤形态多样，根瘤着生部位由主根渐向侧根再向须根发展，根瘤数量和重量也显著增加。水分和CO2浓度升高，固氮酶活性增加但是未达到显著水平。小叶锦鸡儿根瘤生长及其固氮酶活性在加水条件下最好，水分可能是限制内蒙古半干旱草原小叶锦鸡儿固氮能力的关键因素。 环境变化影响小叶锦鸡儿土壤无机氮库。添加氮素处理，土壤无机氮库显著增加。添加氮素后，土壤脲酶活性显著降低，铵态氮和无机氮都出现明显的氮固持，但硝化速率增加，可能是由于添加氮素后土壤化学性质改变更利于硝化细菌进行硝化活动。随着水分和CO2浓度的升高，由于植物生长需求更多氮素的供应，土壤无机氮库显著降低。水分和CO2浓度处理对小叶锦鸡儿土壤脲酶活性和净氮矿化速率没有显著影响，但是能一定程度上减缓了氮素的负效应，促使无机氮的转化，使土壤微生物对铵态氮和无机氮的固持减少。但是蛋白酶活性和硝酸还原酶活性对三种环境因子响应均不敏感，脲酶对环境因子的变化最为敏感。小叶锦鸡儿土壤氮素转化与土壤理化性质密切相关，环境因子通过影响土壤脲酶活性以及土壤酸碱度等影响土壤矿化速率，进而影响土壤无机氮浓度和植物可利用氮。 羊草土壤无机氮库与小叶锦鸡儿土壤无机氮库对环境变化的响应较为一致，添加氮素羊草土壤无机氮含量显著增加，水分增加土壤无机氮含量显著降低。添加氮素使硝化速率显著增大，氨化速率和净氮矿化速率降低，但是未达到显著水平，铵态氮和无机氮出现固持现象。水分的增加降低土壤无机氮库，刺激脲酶活性，微生物对铵态氮的矿化作用增加，但是硝态氮的矿化作用受抑制，对净氮矿化没有影响。CO2浓度升高对羊草土壤无机氮库和土壤氮素矿化都没有显著地影响，但是CO2浓度升高在适宜水分下通过刺激土壤微生物活性，促进脲酶活性和无机氮的转化。羊草土壤酶活性对氮素和CO2浓度的响应与小叶锦鸡儿土壤酶活性的响应一致。 综上，不同环境因子对氮素转化过程影响不同，氮素添加抑制小叶锦鸡儿根瘤及其固氮酶活性，降低小叶锦鸡儿和羊草土壤净氮矿化速率。水分和CO2浓度升高一定程度上缓解了氮素对固氮酶活性以及土壤净氮素矿化速率的抑制作用，有利于土壤氮素转化。

火烧、施肥、刈割及其交互作用对草原土壤净氮矿化的影响

我国北方温带草原地处干旱半干旱区，是欧亚大陆草原生物区系的重要组成部分，也是我国重要的畜牧业生产基地。土壤氮素作为陆地植物生长和生态系统初级生产力的主要限制因子之一，了解其矿化和可利用性对各种人为干扰因素的响应，有助于我们充分认识草地退化机理，维持草场生产力并进一步促进畜牧业的可持续发展，为草地恢复、重建和维护提供理论依据。本实验在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站的多年围封退化样地，分别实施了火烧、施肥、刈割及其交互作用的人为干扰处理，利用原状土野外培养的方法，在两年时间中，研究不同的人为干扰因素（火烧、施肥、刈割及其交互处理）对土壤净氮矿化作用的影响。 火烧显著影响草原的氮循环过程，季节和年际的气候变化参与调节氮循环对火烧处理的响应。多年围封后的初次人工火烧处理显著降低了第一个生长季（2006 年生长季）和其后冬季的土壤净氮矿化速率，但是，火烧处理仅在冬季对土壤无机氮含量产生显著降低作用；2007 年生长季，火烧处理对土壤净氮矿化速率和土壤无机氮含量没有显著作用，但是在个别月份，不同的火烧频率对土壤净氮矿化速率和无机氮含量的影响表现出差异。2006 年生长季，未火烧样地和火烧样地净氮矿化积累量分别为3.07±0.26 g N m-2 和2.18±0.21 g N m-2；冬季，未火烧样地和火烧样地净氮矿化积累量分别为1.18±0.25 g N m-2 和0.51±0.08 g N m-2；2007 年生长季，未火烧样地（BC）、每年火烧样地（B1）和两年一烧样地（B2）净氮矿化积累量分别为1.32±0.21 g N m-2、0.54±0.30 g N m-2 和 0.77±0.24 g N m-2。较为湿润的2006 年生长季的净氮矿化积累量显著高于较为干旱的2007 年生长季，冬季也存在相当丰富的净氮矿化积累量。我们推论，长时间围封后的单次火烧处理对土壤净氮矿化作用的影响可能是短效的，但是年际间气候变化对土壤净氮矿化作用影响显著。 施肥显著提高了土壤的无机氮含量，并且与施肥梯度呈显著正相关关系。施肥对土壤无机氮含量的影响具有累加效应，第一次施肥和第二次施肥后的首次取样，+N5.25 、+N17.5 、+N28.0 三个施肥梯度的样地土壤无机氮含量比未施肥样地分别高出56%、219%、1054%和514%、891%、1811%。施肥处理在2006 年和2007 年对土壤净氮矿化作用都没有显著影响，仅在2007 年的个别月份有一定效果。以上结果说明，无机氮肥的添加可以明显提高土壤中无机氮的含量，满足植物生长的需求，但对于土壤氮转化过程的影响可能还要受其它环境和生物因子的制约。 刈割对土壤无机氮含量和净硝化速率没有显著作用，对土壤净氮矿化速率仅在个别月份表现显著效果。2007 年生长季，未刈割样地和刈割样地净氮矿化积累量分别为1.32±0.21 g N m-2 和1.08±0.35 g N m-2，不存在显著差异。我们推论，长期围封后的单次刈割处理在短期内对生长季的土壤氮动态仅有微弱影响，并且这种效果还可能受水分因素的制约。 火烧、施肥、刈割的交互处理在2007 年生长季对土壤无机氮含量产生显著作用，但是，对土壤净氮矿化速率和净硝化速率没有显著效果，然而，在不同的取样时间，火烧、施肥、刈割的交互处理对土壤无机氮含量、净氮矿化速率和净硝化速率的影响存在显著差异，说明火烧、施肥、刈割的交互处理对土壤无机氮和净氮矿化作用的影响可能受各种环境因子的制约，尤其是在水分相对缺乏的半干旱内蒙古草原，非生物因子和生物因子可能共同影响着土壤中的氮平衡。 本研究初步分析了长期围封后火烧、施肥、刈割及其交互处理对土壤净氮矿化的影响，初步探究了人为干扰和环境气候变化对土壤可利用性氮的调节作用，为科学地进行禁牧、割草、人工养份添加等草原管理提供了数据支持。

Effects of arsenate on the growth and microcystin production of Microcystis aeruginosa isolated from Taiwan as influenced by extracellular phosphate

Arsenic pollution and eutrophication are both prominent issues in the aquaculture ponds of Taiwan. It is important to study the effects of arsenic on algal growth and toxin production in order to assess the ecological risk of arsenic pollution, or at least to understand naturally occurring ponds. The sensitivity of algae to arsenate has often been linked to the structural similarities between arsenate and phosphate. Thus, in this study we examined the effects of arsenate (10(-8) to 10(-4) M) on Microcystis aeruginosa TY-1 isolated from Taiwan, under two phosphate regimes. The present study showed that M. aeruginosa TY-1 was arsenate tolerant up to 10(-4) M, and that this tolerance was not affected by extracellular phosphate. However, it seems that extracellular phosphate contributed to microcystin production and leakage by M. aeruginosa in response to arsenate. Under normal phosphate conditions, total toxin yields after arsenate treatment followed a typical inverted U-shape hormesis, with a peak value of 2.25 +/- 0.06 mg L-1 in the presence of 10(-7) M arsenate, whereas 10(-8) to 10(-6) M arsenate increased leakage of similar to 75% microcystin. Under phosphate starvation, total toxin yields were not affected by arsenate, while 10(-6) and 10(-5) M arsenate stimulated microcystin leakage. It is suggested that arsenate may play a role in the process of microcystin biosynthesis and excretion. Given the arsenic concentrations in aquaculture ponds in Taiwan, arsenate favors survival of toxic M. aeruginosa in such ponds, and arsenate-stimulated microcystin production and leakage may have an impact on the food chain.

Effects of Arsenate on Microcystin Content and Leakage of Microcystis Strain PCC7806 Under Various Phosphate Regimes

Both arsenic pollution and eutrophication are prominent environmental issues when considering the problem of global water pollution. It is important to reveal the effects of arsenic species on cyanobacterial growth and toxin yields to assess ecological risk of arsenic pollution or at least understand naturally occurring blooms. The sensitivity of cyanobacteria to arsenate has often been linked to the structural similarities of arsenate and phosphate. Thus, we approached the effect of arsenate with concentrations from 10(-8) to 10(-4) M on Microcystis strain PCC7806 under various phosphate regimes. The present study showed that Microcystis strain PCC7806 was arsenate tolerant up to 10(-4) M. And such tolerance was without reference to both content of intra- and extra-cellular phosphate. It seems that arsenate involved the regulation of microcystin synthesis and cellular polyphosphate contributed to microcystin production of Microcystis responding to arsenate, since there was a positive linear correlation of the cellular microcystin quota with the exposure concentration of arsenate when the cells were not preconditioned to phosphate starvation. It is presumed that arsenate could help to actively export microcystins from living Microcystis cells when preconditioned to phosphate starvation and incubated with the medium containing 1 mu M phosphate. This study firstly provided evidence that microcystin content and/or release of Microcystis might be impacted by arsenate if it exists in harmful algal blooms. (C) 2008 Wiley Periodicals, Inc. Environ Toxicol 24:97 94, 2009.

Dietary phosphorus requirement of juvenile black seabream, Sparus macrocephalus

A growth trial was conducted to estimate the optimum requirement of dietary available phosphorus (P) for black seabream (Sparus macrocephalus) in indoor net cages (1.5x1.0x1.0 m). Triplicate groups of black seabream (11.45 +/- 0.02 g) were fed diets containing graded levels (0.18, 0.36, 0.54, 0.72, 0.89 and 1.07%) of available P to satiation for 8 weeks. The basal diet (diet 1), containing 0.18% available P, was supplemented with graded levels of monosodium phosphate (NaH2PO4 2H(2)O) to formulate five experimental diets. The fish were fed twice daily (08:00 h and 16:00 h) and reared in seawater (salinity, 26-29 g l(-1)) at a temperature of 28 +/- 1 degrees C. Dissolved oxygen during the experiment was above 5 mg l(-1). The specific growth rate (SGR), weight gain (WG), feed efficiency (FE) and protein efficiency ratio (PER) were all significantly improved by dietary phosphorus up to 0.54% (P<0.05) and then leveled off beyond this level. Hepatosomatic index (HSI) was inversely correlated with dietary phosphorus levels (P< 0.05). Efficiency of P utilization stabled in fish fed diets containing 0.18%-0.54% available P and then decreased dramatically with further supplementation of dietary phosphorus. Body composition analysis showed that the whole-body lipid, ash, calcium and phosphorus contents were all significantly affected by dietary available P concentration (P<0.05), however, no significance were found in whole-body calcium/phosphorus (Ca/P) ratios among all the treatments (P>0.05). Dietary phosphorus levels also affected the mineralization of vertebrae, skin and scale (P<0.05). Ca/P ratios in vertebrae and scale were not influenced by dietary P supplementation, while skin Ca/P ratio increased statistically with dietary available P levels (quadratic effect, P<0.001). The blood chemistry analysis showed that dietary available P had distinct effects on enzyme activities of alkaline phosphatase (ALP) and plasma lysozyme (LSZ), as well as contents of triacyglycerol (TG) and total cholesterol (T-CHO) (P<0.05). Broken-line analysis showed maximum weight gain (WG) was obtained at dietary available P concentrations of 0.55%. Quadratic analysis based on P contents in whole fish, vertebrae or scale indicated that the requirements were 0.81, 0.87 and 0.88%, respectively. Signs of phosphorus deficiency were characterized by poor growth, slightly reduced mineralization and an increase in body lipid content. (C) 2008 Published by Elsevier B.V.

Degradation of 17 alpha-ethinylestradiol in aqueous solution by ozonation

This study investigates the ozonation of 17 alpha-ethinylestradiol (EE2) in aqueous solution. The affecting factors on the degradation of EE2 were studied and described in details, such as initial EE2 concentration, initial pH value and ozone concentration. In addition, some parameters such as pH. electrical conductivity, mineralization efficiency and degradation products were monitored during the process. The mineralization efficiency of EE2 could reach 53.9%. During the ozonation process the rapid decrease of pH and the sharp increase of electrical conductivity indicated the fort-nation of acidic by-products, small fragments and ions which were confirmed by high performance liquid chromatography (HPLC) and gas chromatography-mass spectrometry (GUMS) analysis. Results showed that there were intermediate products of smaller molecule with higher polarity produced during the course of EE2 degradation. Then a possible reaction pathway for EE2 degradation involving all intermediates detected is proposed. During the ozonation process EE2 was first oxidized into hydroxyl-semiquinone isomers which were subsequently degraded into low molecular weight compounds such as oxalic acid, malonate, glutarate, and so on. Furthermore. these organic acids are easily oxidized by ozone into carbon dioxide (CO2). This work shows that ozonation process is promising for the removal of EE2. The results can provide some useful information for the potential treatment of EE2 by ozonation in aqueous solution. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Environmental threats to children's health in Southeast Asia and the Western Pacific

The Southeast Asia and Western Pacific regions contain half of the world's children and are among the most rapidly industrializing regions of the globe. Environmental threats to children's health are widespread and are multiplying as nations in the area undergo industrial development and pass through the epidemiologic transition. These environmental hazards range from traditional threats such as bacterial contamination of drinking water and wood smoke in poorly ventilated dwellings to more recently introduced chemical threats such as asbestos construction materials; arsenic in groundwater; methyl isocyanate in Bhopal, India; untreated manufacturing wastes released to landfills; chlorinated hydrocarbon and organophosphorous pesticides; and atmospheric lead emissions from the combustion of leaded gasoline. To address these problems, pediatricians, environmental health scientists, and public health workers throughout Southeast Asia and the Western Pacific have begun to build local and national research and prevention programs in children's environmental health. Successes have been achieved as a result of these efforts: A cost-effective system for producing safe drinking water at the village level has been devised in India; many nations have launched aggressive antismoking campaigns; and Thailand, the Philippines, India, and Pakistan have all begun to reduce their use of lead in gasoline, with resultant declines in children's blood lead levels. The International Conference on Environmental Threats to the Health of Children, held in Bangkok, Thailand, in March 2002, brought together more than 300 representatives from 35 countries and organizations to increase awareness on environmental health hazards affecting children in these regions and throughout the world. The conference, a direct result of the Environmental Threats to the Health of Children meeting held in Manila in April 2000, provided participants with the latest scientific data on children's vulnerability to environmental hazards and models for future policy and public health discussions on ways to improve children's health. The Bangkok Statement, a pledge resulting from the conference proceedings, is an important first step in creating a global alliance committed to developing active and innovative national and international networks to promote and protect children's environmental health.

Temporal and spatial variations in kinetics of alkaline phosphatase in sediments of a shallow Chinese eutrophic lake (Lake Donghu)

Monthly sediment and interstitial water samples were collected in a shallow Chinese freshwater lake (Lake Donghu) from three areas to determine if alkaline phosphatase activity (APA) plays an important role in phosphorus cycling in sediment. The seasonal variability in the kinetics of APA and other relevant parameters were investigated from 1995-1996. The phosphatase hydrolyzable phosphorus (PHP) fluctuated seasonally in interstitial water, peaking in the spring. A synchronous pattern was observed in chlorophyll a contents in surface water in general. The orthophosphate (o-P) concentrations in the interstitial water increased during the spring. An expected negative relationship between PHP and V-max of APA is not evident in interstitial water. The most striking feature of the two variables is their co-occurring, which can be explained in terms of an induction mechanism. It is argued that phosphatase activity mainly contributes to the driving force of o-P regeneration from PHP in interstitial water, supporting the development of phytoplankton biomass in spring. The V-max values in sediment increased during the summer, in Conjunction with lower K-m values in interstitial water that suggest a higher affinity for the substrate. The accumulation of organic matter in the sediment could be traced back to the breakdown of the algal spring bloom, which may stimulate APA with higher kinetic efficiency, by a combination of the higher V-max in sediments plus lower K-m values in interstitial water, in Summer. In summary, a focus On phosphatase and its substrate in annual scale may provide a useful framework for the development of novel P cycling, possible explanations for the absence of a clear relationship between PHP and APA were PHP released from the sediment which induced APA, and the presence of kinetically higher APA both in sediment and interstitial water which permitted summer mineralization of organic matter derived from the spring bloom to occur. The study highlighted the need for distinguishing functionally distinct extracellular enzymes between the sediment and interstitial water of lakes. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Extremely low density InAs quantum dots with no wetting layer

Extremely low density InAs quantum dots (QDs) are grown by molecular beam droplet epitaxy, The gallium deposition amount is optimized to saturate exactly the excess arsenic atoms present on the GaAs substrate surface during growth, and low density InAs/GaAs QDs (4x10(6) cm(-2)) are formed by depositing 0.65 monolayers (ML) of indium. This is much less than the critical deposition thickness (1.7 ML), which is necessary to form InAs/GaAs QDs with the conventional Stranski-Krastanov growth mode. The narrow photoluminescence line-width of about 24 meV is insensitive to cryostat temperatures from 10 K to 250 K. All measurements indicate that there is no wetting layer connecting the QDs.