D−A型有机近红外材料的设计、合成及表征

近年来，随着近红外领域研究的深入，特别是光通讯工业的发展，迫切需要一大批具有良好发光性质的近红外材料。有机材料由于成本低、工艺简单和结构易调控等优点而备受关注。目前，对近红外有机发光材料的研究主要集中在两大类：一是稀土元素配合物；二是有机离子染料。但由于稀土元素的4f-4f跃迁是宇称禁阻的，其分子的激发需通过配体与中心离子的能量转移，发光效率低。同时有机离子染料由于静电相互作用，分子容易因聚集而导致发光萃灭，其器件结构主要采用主客体掺杂技术，存在着较强的主体材料发光和器件发光效率低等缺点。传统有机非离子型材料则不受上述因素的限制，可得到聚集态下高效的发光效率。本论文通过将电子给体与受体共轭连接，设计并合成了系列非离子型的窄带隙有机小分子，研究了它们在近红外电致发光等器件中的应用，主要工作内容和结果如下： (1)在分子内同时引入电子给体和受体，将它们共轭连接，设计并合成了系列D-π-A-π-D型的有机小分子，利用分子内电荷转移，实现近红外区域的吸收和发射。我们选择三苯胺和芴为电子给体，苯并双噻二唑及其衍生物为电子受体，苯、噻吩和吡咯为连接基团，得到的系列化合物的光谱及电化学性质能在很大的范围内进行调节。化合物的吸收光谱可从600nm至1400nm，发射光谱从900nm至1600nm范围内调节。化合物的带宽可从1.19eV减小到0.56eV。由于分子间的强相互作用，化合物在混合溶剂中可自组装成带状结构。同时该系列化合物在隔绝氧气的环境中有良好的光化学稳定性，可应用于电致发光或光伏器件中。 (2)多层器件结构是提高有机电致发光效率的有效方法，但前提是发光材料最好是可真空蒸镀。我们在前部分工作的基础上，合成了系列热稳定的可蒸镀型有机小分子。通过改变受体及给体结构可调节发光波长及效率。利用“掺杂剂/主体材料的思想”制备的电致发光器件，发光波长覆盖700nm到1500nm的范围，最长中心波长为1115nm。发光波长752nm时，器件最高外量子效率为1.12%。基于化合物IV-5制备的非掺杂器件，发光波长为1080nm，外量子效率为0.28%。该效率比基于有机离子染料的器件提高了近10倍。基于化合物IV-7的器件最大发射波长为1220nm，为迄今为止非掺杂有机电致发光器件中的最长发射波长。以上结果证明，该系列分子是良好的近红外电致发光材料。 (3)我们研究了含苯并双噻二唑分子与常见阴离子的相互作用关系，发现其只对CN-离子和F-离子有响应，而对其它阴离子如Cl , Br , I , AcO , H2PO4 , HSO4 , 和NO3 等则没有任何响应。并且通过将其中噻二唑环换成硝基，可实现对CN-离子和F-离子的区分。化合物V-2可高选择性的检测氰离子，其它离子的存在不会干扰检测信号，包括氟离子。检测信号为外观颜色的改变，可作为显色传感器。化合物V-3可定量检测CN-离子，检测极限为1μM。并且检测信号包括近红外发射的萃灭、可见发射的增强和吸收光谱的改变，多重检测信号可增加检测的可靠性。由于响应信号处于近红外区的生物波段，可应用于生物领域

虎眼万年青化学成分及其药理活性的实验研究

选取天然产物虎眼万年青作为研究对象，对一其化学成分及药理活性进行了系统的研究。针对不同成分极性的显著差异，分离、纯化出13种化合物，并鉴定了其中的弱极性的小分子物质。采用COZ超临界提取技术，对易挥发的19种成分分别作了鉴定。对其中具有药理活性的多糖、皂营及生物碱等成分，经进一步分离、纯化，并借助现代波谱技术，对其单一成分进行了跟踪、表征。研究了虎眼万年青不同组分的抗肿瘤、抗辐射作用。首次筛选出了有显著药理活性的虎眼万年青中性多糖53，并从非特异性免疫功能、体液免疫功能和细胞免疫功能等角度，即从细胞和分子水平较全面地研究了S3的免疫增强作用。结果表明，53能显著增强小鼠T淋巴细胞的转化、提高NK细胞细胞毒活性，不同程度的使CD3、CD4、CD4／CDS升高而使CDS下降，从分子水平证实了S3对辅助性T细胞（Th）的增强作用及对抑制性T细胞（Ts）的降低作用，推测Tl：可能是其主要的原发刺激细胞。此外，S3不仅能促进细胞因子IL-2的产生，还能使IL-1mRNA基因表达量显著增加，从基因水平进一步证实了53有提高小鼠免疫功能的作用。首次利用电喷雾质谱（ESI-MS），在较温和的条件下得到了具有较高稳定性的新型簇合物离子K+K（NO3）n：和NO3-（KNO3）m。并利用现代量子化学程序对低聚合度簇合物离子的可能组态进行了总成键能的计算，给出了相对稳定的组态。计算结果说明，n＝2，3，6组态稳定性高的原因是总成键能高，而m≤4阴离子簇合物不能直接形成的原因是由于溶剂化作用。电喷雾质谱的进样过程与晶体的成核过程相类似，通过气相离子簇合物的组态信息和形成机理的研究，可以为晶体成核理论和化学键理论提供某些证据。

骨固定用聚乳酸/无机纳米粒子复合材料

本论文针对目前用于骨固定和骨修复的聚乳酸／无机纳米粒子复合材料的界面强度低、粒子分散不均匀以及所采用生物活性无机填料粒径较大等缺点，对轻基磷灰石及生物活性玻璃无机纳米粒子的制备、界面改性、粒子的分散、以及复合材料的制备进行了较详细的论述。另外，对材料的力学性能、结晶性能和生物相容性进行了较细统的测试和研究。（1）以磷酸和氢氧化钙为原料在40-80℃的反应条件下制备出了米粒状和棒状的HAP粒子，然后在-50℃的冷冻干燥机中干燥48h，得到白色的HAP粉末。用TEM、SEM、WAXD、FTIR等对所得产物进行了表征。研究结果表明，提高反应温度有利于生成高结晶度的长棒状HAP颗粒。此外，锻烧温度对粒子的形貌和结晶度也有很大的影响，锻烧温度越高，粒子的结晶度就越高，并且，当锻烧温度提高到900℃以上时，HAP粒子的形貌会由长棒形逐渐变成球形。（2）在高纯氢气气氛中，以辛酸亚锡为催化剂的反应条件下使左旋丙交酷开环聚合，直接接枝到HAP的表面，使HAP的粒子表面覆盖一层聚乳酸分子，使HAP的亲油性能得到提高。对表面接枝的轻基磷灰石（g-HAP）用31PMAS-NMR、FTIR、TGA、TEM、SEM和GPC进行了表征。结果表明，用此方法可在HAP表面接枝6％的PLLA。（3）用溶剂法制备了PLLA/g-HAP复合材料，并对其机械性能、结晶性能和生物相容性进行了表征。试验结果表明：与纯HAP相比，g-HAP粒子更容易均匀分散到PLLA基体中，当填料含量达到4％时，PLLAg-HAP复合材料的力学性能达到最好。由Dsc和PoM的实验结果表明，g-HAP粒子在聚合物基体中可以起到异相成核剂的作用。细胞实验结果表明，PLL刀g-HAP复合材料的细胞相容性明显优于纯的PLLA和PLLA/HAP复合材料。（4）以正硅酸乙酷（TEOS）、硝酸钙（Ca(NO3）2）和磷酸氢二按（（NH4）ZHPO4）为原料，利用在酸性溶液中水解，碱性溶液中缩聚沉淀，然后将反应液离心分离，冷冻干燥，最后在马弗炉中锻烧的方法，得到白色的5102-coo-PZos三元生物活性玻璃粉末。SEM和TEM分析结果表明，所得到生物活性玻璃是粒径在40nln左右的球形颗粒，且粒径分布非常均匀。（5）以正硅酸乙酷（TEoS）和硝酸钙（Ca（NO3）2）为原料，利用在酸性溶液中水解，碱性溶液中缩聚沉淀，然后将反应液离心分离，冷冻干燥，最后在马弗炉中锻烧的方法，得到粒径为200nm左右的球形SiO2-CaO二元生物活性玻璃粉末。

Upconversion emission of a Er3+-doped glass microsphere under 633 nm excitation

In this work, The TBS glass microspheres doped with Er3+ for morphology-dependent resonances of upconversion emission were designed. The glass sample components are 25TiO(2)-27BaCO(3)-8Ba(NO3)(2)-6ZnO(2)-9CaCO(3)-5H(3)BO(3)-10SiO(2)-7water glass-3Er(2)O(3) (wt%), and the emission spectra of TBS glass and a TBS glass microsphere (about 48 mum in diameter) were measured under 633 nm excitation and discussed. The strong morphology-dependent resonances of upconversion luminescences in the microsphere were observed. The observed resonances could be assigned by using the well-known Lorenz-Mie Formalism. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

半干旱区沙质草地关键生态系统过程对水肥添加的响应

制约半干旱区生态系统恢复的主要因素是什么？一直是生态学界争论的问题，水分或养分或二者的联合限制是现存的3种观点，但是利用野外实验结合生态化学计量比，分析和判断半干旱区自然生态系统生产力恢复的限制因子还未见报道。 本论文以科尔沁沙地东南缘退耕后自然恢复的沙质草地为研究对象，通过析因设计的水、氮、磷添加实验，研究与碳循环、氮循环、磷循环等有关的生态系统关键过程，及其对人为干扰（灌溉和施肥）及全球变化（气候变化和氮沉降）的响应。从2004年到2005年采用3因素2水平析因设计进行水（0, 80mm）、氮（0, 20 g N m-2 yr-1）、磷（0, 10 g P2O5 m-2 yr-1）添加实验。2005年增加了0、2.5、5、7.5、10、30、40 g N m-2 yr-1的氮梯度添加实验。通过两年的实验，得出主要结论如下： 1）该沙质草地生态系统生产力主要受氮素养分的限制，水分与磷素并不是主要限制因素。施氮量达到7.5 g N m-2 yr-1时生物量明显提高，当氮素添加量达到40 g N m-2 yr-1时，生产力最高为1607.3 g m-2，但是并未找出氮肥添加量的上限。禾本科生物量与Shannon-Wiener多样性指数间呈指数负相关，拟合方程为：y = 1318.3e-0.2421x（R2 = 0.6887）。 2）添加水增加了土壤CO2排放速率，而施氮肥的影响并不明显。在较干旱的年份（降水量低于450 mm）干旱期（4月15日-6月15日）添加磷肥明显抑制了土壤呼吸，而在较湿润的年份（降水量高于450 mm）干旱期添加磷肥则显著增加了土壤呼吸。土壤呼吸与表层0-10 cm土壤含水量存在显著的正相关关系；土壤呼吸与土壤温度之间呈显著的指数正相关（R2 = 0.6798），拟合方程为：y = 0.1832e0.1299x。 3）氮素添加对半干旱区沙质草地生态系统氮有效性具有明显的增强作用，可提高土壤氮的矿化速率。该沙质草生态系统土壤有效氮主要由NO3--N组成，并具有明显的季节变化，NH4+-N和NO3--N含量在表层0-10 cm有高于10-20 cm的趋势。植物地上部分和凋落物的C:N比极低。土壤全量的C:N比明显受添加水的影响，与氮、磷添加无关。 4）添加磷素改善了半干旱区沙质草地生态系统土壤磷的有效性，添加氮和水则没有影响。0-10 cm层土壤相对有效磷有高于10-20 cm层的趋势，这说明土壤中的有效磷淋溶作用不强或者是植物主要利用了表土层10 cm以下的土壤有效磷。第一次提出P:N比的概念，利用相对有效磷和相对矿质氮的比值作为土壤相对P:N比，相对P:N比与生物量、ANPP、非禾本科ANPP之间呈显著的线性相关关系。相对P:N比与生物量的线性负相关程度最高，拟合方程为：y = -52.333x + 1356.2（R2 = 0.7263）。 5）水、肥添加对该沙质草地土壤含水量的影响并不显著，不同处理之间以及相同处理的不同层次之间土壤含水量的差异主要源自土壤的空间异质性。根据2005年4-7月的土壤含水量的方差分析结果，可以将表层0-10 cm划分为多变层，10-30 cm划分为过渡层，30-100 cm划分为稳变层。单独添加磷肥或水磷结合可以显著降低白草的蒸腾速率，而且添加磷肥可以抵消添加氮肥所导致的蒸腾速率增加。 6）添加水提高了物种丰富度和均匀度，而施氮肥降低了物种丰富度和均匀度，施磷肥也相应地增加了物种丰富度和均匀度，但幅度不大。本项研究的结果不支持单调上升格局，多样性与生产力呈负相关关系，单调下降和单峰关系两种格局都存在。10-20 cm土层相对矿质氮与物种丰富度、Shannon-Wiener指数、Shannon-Wiener均匀度指数均呈显著的负相关关系。物种丰富度与土壤相对矿质氮之间负相关关系最显著，可以用幂函数进行拟合方程：y = 348.58x-2.1236（n = 8; R2 = 0.8576）。 综合以上的研究结果，建议适量施用氮肥，加速退化沙质草地生态系统生产力的恢复；干旱年份辅以磷肥，以降低温室气体的排放速率。

土壤氨基酸微生物转化过程研究

摘 要 土壤氨基酸是土壤有机氮的主要组成成分，对土壤氮素供应和土壤碳、氮循环过程有重要影响。揭示土壤氨基酸的微生物转化和更新过程将为土壤有机碳、氮循环转化研究提供新的思路。 稳定同位素示踪技术是研究外加N源在土壤中循环转化的有力手段。而研究特定化合物如氨基酸的微生物转化过程还需与其它技术手段相结合。本研究首次建立了稳定同位素培养－液质联机技术测定土壤氨基酸同位素比例变化的新方法。对于15N和13C培养样品，由于氨基酸在测定过程中，其分子结构未被破坏，15N和13C掺入氨基酸的同位素比例均可通过[M+n]/[M]进行计算，其中[M]为氨基酸准分子离子峰的质荷比（m/z）, n为氨基酸分子中所含的C、N原子的个数。同位素富集用原子百分超（APE）表示。所建立方法具有较高的精密度和准确度，可以准确地反映土壤氨基酸同位素比例的动态变化。 利用上述方法，进行了土壤样品同位素培养与测定，通过跟踪测定土壤氨基酸微生物合成与代谢动态，进行土壤氨基酸的微生物转化与更新过程研究。主要结论如下： 1．葡萄糖为碳源时，微生物利用NH4＋-N合成氨基酸的速率大于NO3－-N。说明NH4＋-N是微生物更易于利用的氮源。不同N源对不同种类氨基酸合成速率影响不同,表明土壤中不同微生物类群对氮源的选择性利用性差异明显。 2. 两种N源对微生物所新合成氨基酸容量影响差异显示，微生物利用NH4+-N所合成氨基酸的数量大于NO3－-N，这与微生物利用两种N源合成氨基酸的APE结果一致。微生物利用两种N源所新合成氨基酸总量与氨基酸总量增量相比，新合成氨基酸总量均随着培养时间的延长而增加，而氨基酸总量增量在培养前期，呈增加趋势，到培养后期逐渐下降。微生物利用NO3－-N时下降更为明显。说明微生物利用外加氮源在培养前期以固持为主，到培养后期以矿化为主。 3.微生物利用U-13C-glucose-NH4+和glucose-15NH4+进行不同种类氨基酸合成时，不同氨基酸的13C和15N的APE变化规律相似。但相应的APE(13C)大于APE(15N)。说明葡萄糖更易于被微生物利用掺与到微生物细胞质结构中。 4.氮源的施加频率的降低使氨基酸的合成速率及容量均显著下降。说明N素的不足同样限制了微生物对氨基酸的合成，使微生物活性明显下降。 5.不同C/N底物对微生物合成氨基酸速率和容量的结果显示，随着C/N增加，微生物利用外加N源合成氨基酸速率和容量明显增加。说明C源的供给显著的提高的微生物的活性，并与碳源的数量呈显著的正相关。土壤微生物量N随着土壤中C源数量提高而显著提高的结果说明，土壤微生物的活性明显提高。进而提高了微生物利用土壤中无机态N向有机态N的转化速率和程度。速效N含量下降的结果表明，通过外加C源的调控，起到了调控N素转化过程的目的，C源浓度的提高显著降低了土壤中无机态N 的积累，降低了其损失的风险。 6. 利用有机物料和N素添加进行土壤样品培养时，土壤氨基酸总量在培养初期显著增加，而随着培养的进行略有下降。而各氨基酸15N APE值较低的结果表明，土壤氨基酸总量的增加主要来源于有机物料的降解，真正通过微生物转化而形成土壤氨基酸的比例很低。有机物料作为碳源时，微生物在利用外加N源合成氨基酸的速率和容量明显低于葡萄糖。说明C源的活性及其可利用性对微生物利用外加N有较大的影响。碳源能否促进微生物对N的利用不在于数量的多少，而在于碳的活性和可利用性。 在充足的能源和碳源条件下，微生物可快速利用外加氮源向土壤氨基酸态N进行转化。因此，氮肥高效利用调控实质是土壤氮素微生物转化过程的调控。提高无机氮素向土壤有机氮的转化速率和强度可以有效减少无机氮在土壤中积累。因此通过适当调节外加碳源的活性及数量，提高无机氮素微生物转化程度，而达到减少氮肥损失的目的。

松辽平原农田土壤碳氮磷分布特征研究

本文对东北地区松辽平原不同纬度农田土壤碳氮磷剖面分布特征进行比较研究，从北到南依次采集了黑土区的海伦、哈尔滨、德惠、公主岭和棕壤区的昌图、沈阳、大石桥玉米地土壤样品。所得主要结论如下： 各样点土壤有机碳含量随土层深度的增加而下降。海伦、哈尔滨和公主岭样点40～60cm土层土壤有机碳含量及其储量显著低于0～40cm土层；海伦、哈尔滨、德惠、公主岭和昌图样点土壤水溶性有机碳表现出随深度增加先升高后降低，在沈阳和大石桥样点土壤水溶性有机碳表现出随深度而下降的趋势；各样点0～20cm土层土壤微生物量碳含量高于20～40cm土层。典型黑土区海伦点0～100cm的SOC储量为213.4t•hm-2, 棕壤区昌图、沈阳、大石桥样点分别为69.9、87.9和73.4t•hm-2，海伦点SOC储量是棕壤区三样点的3倍左右。 土壤全氮、碱解氮、硝态氮及氮储量随剖面深度增加而下降。德惠点在20～40cm土层、沈阳点在40～60cm土层、昌图点在60～80cm土层的全磷含量最低；其他样点土壤全磷、有机磷含量和磷储量总体上呈现随土层深度增加而下降的趋势。黑土区样点土壤有机磷含量在40cm以下各土层迅速下降，而棕壤区各样点20cm以下各土层差异不显著。除公主岭和大石桥点外, 其他各样点土壤Olsen-P含量在0～20cm 土层显著高于20～40cm土层。 土壤有机碳、全氮、碱解氮、全磷和有机磷含量随纬度增加而增加。营养元素在纬度上的分异主要受成土母质、气候条件等自然因素影响，施肥、耕作等人为活动对表层土壤营养元素分布的影响较大。除土壤水溶性有机碳外，土壤碳、氮和磷之间及其与其他基本理化性质间均存在显著的相关关系。

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。

海水主要无机阴离子对镉在针铁矿表面吸附影响研究

镉具有生物富集性和毒性，是地下水和海洋水体中重要的污染物之一，对人类健康构成了严重威胁。针铁矿是土壤、陆地和海洋底泥中一种常见矿物，矿物对镉的吸附能力强弱是影响镉在环境中迁移转化的重要因素，因此开展在不同介质下镉在针铁矿表面吸附机理研究，具有重要的环境意义。 本研究通过实验室序批式吸附试验，溶解度测定试验，X射线衍射分析和表面络合模型，考察在海水中主要共存阴离子在其自然浓度条件下，镉在针铁矿表面吸附机理：如表面沉淀，沉淀，表面三重络合或共沉淀等。 试验研究结果表明：随pH值升高，针铁矿对Cd的吸附量显著增加；Cl-、SO42-和NO3-在pH=8时抑制针铁矿对镉的吸附；影响程度为Cl- > SO42- > NO3-；Cl-和SO42-在低pH值条件下促进镉的吸附；HCO3-在pH 4~10范围内促进镉吸附；pH=8时，对于SO42和NO3-，其与镉加入顺序的不同对吸附结果具有显著影响，先加入镉时，镉的吸附量明显大于先加入阴离子和镉与阴离子同时加入时镉的吸附量。 在pH5-9范围内，镉的溶解度随pH增加急剧下降，在pH=8时，溶液中溶解镉浓度大于吸附实验中镉初始浓度，表明吸附实验中，镉没有到达产生Cd(OH)2(s)沉淀的最低镉浓度，可能产生Cd(OH)2表面沉淀。Cl-、SO42-和NO3-对镉的溶解均有一定促进作用，其影响程度Cl- > SO42- > NO3-，与吸附试验中对镉吸附影响顺序一致。 对负载镉的针铁矿进行X射线衍射试验，结果显示：没有发现β-Cd(OH)2(s)、γ-Cd(OH)2(s)等晶体存在，发现了CdCO3(s)晶体，但不能排除有无定型Cd(OH)2(s)形式存在。由于试验过程中有CO2进入，与镉形成CdCO3(s)沉淀或形成表面沉淀，影响实验结果，揭示了在自然条件下，镉与CO2作用在针铁矿表面形成CdCO3(s)过程。

不同用量脲酶/硝化抑制剂组合对尿素氮转化的影响

试验采用室内模拟培养的方法，在不同用量脲酶/硝化抑制剂组合条件下，对辽宁省2种主要土壤—棕壤和褐土尿素氮转化的动态变化进行了研究。 结果表明，脲酶抑制剂N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)和苯基磷酰二胺(PPD)在施用量为尿素N量的0.05%时便有很好的脲酶活性抑制效果，且抑制效果随着脲酶抑制剂用量的增加而增强。NBPT和PPD在棕壤中的有效抑制时间为14天，在褐土中有效抑制时间为7天。两供试脲酶抑制剂相比，棕壤中PPD抑制效果好于NBPT，而在褐土中NBPT抑制效果好于PPD。 抑制剂组合各处理延缓了尿素的水解。土壤NH4+-N含量在前期较低，高峰值的出现延迟了2-6天；在培养中后期各抑制剂组合处理土壤NH4+-N含量显著提高。 抑制剂组合各处理土壤NO3--N含量在整个培养期均显著的降低。且在整个培养期间均显著降低了土壤NH4+的表观硝化率。在培养中后期，各处理能够增加棕壤有效氮含量；褐土中在第21天有效氮含量显著降低，而在第35天则有所回升。 试验表明，DMPP和DCD用量分别在施氮量的0.2%和0.25%时便可以达到很好的硝化抑制效果，且在棕壤中DCD的抑制效果好于DMPP，而在褐土中DMPP的抑制效果显著好于DCD。

CO2浓度升高和氮肥管理对土壤线虫群落的影响

大气CO2浓度升高能够对农田生态系统产生一系列的影响。土壤线虫在农田生态系统腐屑食物网中占有重要的地位，能够对外界环境变化作出较迅速的响应。本文利用江苏省江都市小记镇的稻-麦轮作FACE系统研究平台，在2007-2008年小麦生长季，研究了大气CO2浓度升高和不同氮肥处理（高N和低N）对农田土壤线虫群落的影响。 研究结果表明：高氮肥施用情况下, CO2浓度升高显著降低了麦田土壤铵态氮和硝态氮含量。不同氮肥处理中CO2浓度升高条件下土壤可溶性碳的含量显著低于对照，而土壤总有机碳和微生物量碳含量高于对照。 大气CO2浓度升高条件下，麦田土壤线虫群落组成和多样性与对照相比表现出显著差异。CO2浓度升高显著增加了麦田土壤线虫总数、食细菌线虫、食真菌线虫和植物寄生线虫数量。在小麦拔节期和成熟期，低N和高N施用条件下，FACE处理中土壤线虫多样性指数（H’）、成熟度指数（MI和PPI）均低于对照处理，而结构指数（SI）高于对照处理。线虫生态指数的结果表明，大气CO2浓度升高条件下，土壤线虫群落多样性降低，土壤环境受到一定的干扰，食物网趋于结构化。

新型吡唑类硝化抑制剂对铵氧化的作用效果

通过室内培养、模拟和田间试验相结合的方法，对吡唑类化合物的硝化抑制效应与其结构的关系进行了详细研究。结果表明，多数吡唑类化合物都能有效抑制土壤中的硝化作用，其中以3-甲基吡唑（MP）、3，4-二甲基吡唑和4-氯-3-甲基吡唑（ClMP）及其衍生物效果最佳。4-位被氯原子取代能够提高吡唑类化合物硝化抑制效果。但因水解作用的发生，1-位的取代反应、中和反应和络合反应均不能改变其硝化抑制效果。三种效果较好的吡唑类硝化抑制剂，3，4-二甲基吡唑磷酸盐（DMPP）、1-甲胺酰基-3-甲基吡唑（CMP）和ClMP在土壤中的最适用量分别为纯N用量的1.0%、1.0%和0.5%。吡唑类化合物的硝化抑制效果随土壤温度和有机质含量的升高而降低；在培养前期（0～14d）随土壤含水量和pH的升高而升高，在培养后期（>14d）随土壤含水量和pH的升高而降低。 吡唑类化合物随水在土层中垂直迁移与水平扩散速率与其分子的亲疏水性有关，垂直和水平迁移速率均为MP>DMPP> ClMP。土壤有机质含量是影响吡唑类化合物在土壤中吸附量的主要因素，有机质含量越高土壤对吡唑类化合物的吸附性越强。随pH的升高，土壤对吡唑类化合物的吸附能力降低，但在土壤通常所能达到的pH范围（4.5～8.5），pH对吡唑类化合物在土壤中的吸附作用影响不显著。土壤类型、抑制剂种类、温度与是否重复使用都影响吡唑类硝化抑制剂在土壤中的降解速率，一般褐土>棕壤，DMPP>MPC，低温>高温，未重复施用>重复施用。 以玉米为供试作物进行了吡唑类硝化抑制剂效果的田间试验，结果表明，吡唑类硝化抑制剂和尿素同时施用能显著提高玉米生育前期土壤中NH4+-N含量，降低土壤中NO3--N含量；并能提高玉米产量和氮肥表观利用率；且能使NO3-向土壤下层淋移趋势明显减缓。

华北典型旱地土壤氮素周转与主要微生物过程研究

微生物介导的氮素矿化作用、硝化作用和反硝化作用等，在土壤氮素循环中起着重要作用。微生物群落作为基本功能单位决定着这些微生物过程的进程，因此，土壤微生物多样性研究是土壤氮素循环研究领域中一个至关重要的内容。作为重要的农业管理方式，施肥和灌溉对土壤微生物群落及其功能有着重要影响。本论文以山西运城“中澳粮食主产区水肥优化管理试验区”小麦-玉米轮作农田为试验地点，研究了传统和优化两种水肥管理方式下的土壤总矿化速率、总硝化速率、微生物量碳的变化，以及土壤细菌群落结构变化，并获得以下主要结果： （1）不同水肥管理方式下共计四个处理：传统施氮肥区（A-UN）、传统不施氮肥区（A-NN）、优化施氮肥区（B-UN）和优化不施肥区（B-NN）。传统水肥管理区的灌溉方式为漫灌，冬小麦生长期土壤施氮肥量为85.0kgN/ha，玉米生长期施氮肥量210kgN/ha。优化水肥管理区的灌溉方式为喷灌，冬小麦生长期土壤施氮肥量为120kgN/ha，玉米生长期施氮肥量为120kgN/ha。土壤样品采集时间分别为3月份冬小麦土壤施肥前和施肥后、5月份冬小麦孕穗期、6月份冬小麦收获期、7月份玉米抽雄期和9月份玉米收获期。 （2）在冬小麦生长期，无机氮肥的施入明显改变了优化水肥管理区土壤细菌群落结构，但未发现对传统水肥管理区土壤细菌群落结构的明显影响。在玉米生长期，无机氮肥的施入对两种水肥管理区土壤细菌群落结构影响均较小。在所有处理中，细菌群落结构有着明显的季节变化性，不同季节之间细菌群落结构变化较大。 （3）优化施氮肥处理中（B-UN）存在着丰富的氨氧化细菌，该土壤中的氨氧化细菌属于Nitrosospira，且都归于Nitrosospira cluster3。优化施氮肥处理中（B-UN）也存在着氨氧化古菌，但氨氧化古菌的类群比较单一，存在着一个绝对优势类群，测序结果表明此氨氧化古菌属于泉古菌门。在两个不同时期（3月和5月），氨氧化细菌的群落结构发生了较大变化，而氨氧化古菌的群落结构变化则很小。 （4）7月总矿化速率大于9月。氮肥的施入对矿化速率有激发效应，氮肥施入量越大，土壤氮素的总矿化速率越大。7月份土壤总矿化速率的大小顺序为传统施氮肥处理（A-UN）>优化施氮肥处理（B-UN）>优化不施肥处理（B-NN），速率介于2.59mgN/Kg干土.d-1与12.6 mgN/Kg干土. d-1之间。9月份土壤总矿化速率介于1.84 mgN/Kg干土.d-1 与2.28 mgN/Kg.d-1之间。土壤NH4+-N消耗速率与矿化速率极其显著正相关（R=0.914，p<0.001），与总硝化速率显著正相关（R=0.496，p<0.05），与NH4+-N浓度极其显著负相关（R=-0.803，p<0.001）。 （5）玉米田土壤总硝化速率一直处于非常低的水平，总硝化速率介于0.016 mgN/Kg干土.d-1-0.22 mgN/Kg干土.d-1之间。以7月优化施肥处理（B-UN）最高，为0.22 mgN/Kg干土.d-1。土壤NO3- N消耗速率与土壤NO3- N浓度极其显著正相关（R=0.845，p<0.001）。土壤硝化潜势远大于土壤总硝化速率，土壤硝化潜势介于52.47 mgN/Kg干土.d-1-80.87 mgN/Kg干土.d-1之间。 （6）土壤微生物量碳有着季节变化性，7月份土壤微生物量碳大于9月份土壤微生物量碳。施无机氮肥使传统水肥区土壤微生物量碳迅速降低，降低幅度为28.7%，但对优化水肥区微生物量碳没有影响。无机氮肥的施入使土壤微生物量碳趋向降低，降低幅度为26%左右，至9月份，施肥区土壤微生物量碳（A-UN和B-UN）小于不施肥区(A-UN和B-NN)，且优化水肥管理微生物量碳大于传统水肥管理微生物量碳，这表明传统水肥管理不利于土壤微生物量碳的积累。

浑河源头不同森林类型穿透雨及上游水质监测

浑河西源头区（辽东山区）次生林生态系统在水源涵养、水土保持和调节水源功能等方面起着非常重要的作用，浑河作为沈阳和抚顺两市的母亲河，其水质的优劣直接影响到当地的生产和生活。为更好地了解该区水源涵养林的水分循环、森林对于雨水的作用及不同土地利用方式对于浑河水质的影响，本文测定了辽东山区主要森林类型穿透雨和溪流的理化性质，同时监测了浑河上游沿线（浑河西源头-抚顺下游）的水质。其主要结果如下： 与林外雨相比，1)五种林型（红松人工林、落叶松人工林、蒙古栎林、花曲柳林和杂木林）穿透雨均出现了显著酸化(P＜0. 05)，其酸化程度较严重的为红松林和落叶松林，其次为杂木林、蒙古栎林和花曲柳林；2)由于雨水对于干沉降的冲刷和林冠与雨水中离子的交换，五种林型穿透雨电导率（COND）值和总溶解固体（TDS）含量显著升高(P＜0. 05)，升高顺序依次为：蒙古栎林＞花曲柳林＞落叶松林＞杂木林＞红松林；3）由于雨水溶解了干沉降物质和林冠附生生物吸收了雨水中的溶解氧，五种林型穿透雨的溶解氧（DO）浓度显著降低(P＜0. 05)，其中，落叶松林和蒙古栎林降低幅度较大，其次为花曲柳林、杂木林和红松林；4）由于干沉降物质中含有Cl-离子且植物体对于Cl-吸收较小所致，五个林型穿透雨中Cl-浓度较林外雨明显升高，Cl-浓度由大到小依次为：落叶松林＞蒙古栎林＞杂木林＞花曲柳林＞红松林；5)花曲柳林、蒙古栎林和杂木林穿透雨中NO3-浓度均高于林外雨，说明雨水对于植物体表面物质中的NO3-淋溶和冲刷占主导作用；而落叶松林和红松林穿透雨NO3-浓度低于林外雨，因为针叶林具有较大的叶面积指数，其林冠吸附了雨水中的NO3-。 浑河上游沿线水质（浑河西源头即清原森林生态实验站、红河漂流源头、 红河漂流尾点、清原县城上游、清原县城下游、四道河、四道河和英额河汇合后、 红透山镇上游、红透山镇下游、大伙房水库和抚顺市下游）变化（1）从清原森林生态实验站到红河漂流下游浑河水质变化如下:电导率值和总溶解固体含量升高、浊度增加、溶解氧浓度下降、温度（T）升高、氧化还原电位（ORP）增加、氯离子和硝氮浓度升高，主要由于沿线居民生活生产排放和红河漂流的人为废弃物导致；2) 河水流经清原县城和红透山镇后:pH值减小、电导率值升高、溶解氧浓度减小、温度上升、氧化还原电位下降、硝态氮浓度减小，由于清原县城和红透山镇密集的居民活动及工业排放导致；3) 抚顺下游和其他采样点相比:电导率值最高、浊度最高、溶解氧浓度最低、温度最高、氯离子和硝氮浓度最高,主要由于抚顺市区密集的人口活动和工业排放导致。 林外雨、穿透雨和溪流水理化性质相比：pH穿透雨＜pH林外雨＜pH溪流水， COND林外雨＜COND 穿透雨＜COND溪流水，DO穿透雨 ＜DO林外雨＜DO溪流水，ORP溪流水＜ ORP林外雨＜ ORP穿透雨，Cl- 林外雨＜Cl-穿透雨＜ Cl-溪流水，NO3- 林外雨＜NO3-穿透雨＜NO3-溪流水。

双氰胺对设施菜地土壤-植物系统氮运移的影响

在设施菜地条件下，研究了配施双氰胺对土壤-植物系统NO3--N 迁移累积和作物产量的影响。结果表明，配施 2 %、5 % 和10 % 浓度的双氰胺均可以有效降低设施菜地耕层土壤 NO3--N 的淋溶和累积，推迟土壤 NO3--N 含量高峰出现时间15 d 以上。而且随着双氰胺配施浓度的升高，其硝化抑制效果越明显。 配施不同浓度的双氰胺可不同程度降低砂壤质潮棕壤 40 - 120 cm 土层土壤 NO3--N 的累积，其中配施 10 % 双氰胺对控制 NO3--N 在深层土壤中的累积和淋溶效果最显著，对减少设施菜地土壤和地下水 NO3--N 污染的环境治理有较高的参考价值。在试验期间未观测到粘壤质潮棕壤试验样地中各施肥处理NO3--N 在40 cm 以下的深层土壤中的累积和淋溶。 配施不同浓度的双氰胺调整了土壤硝态氮供应量和供应时间，不同程度的降低了收获期苦苣可食部分硝酸盐的含量，部分施肥处理已达到极显著水平(P<0.01)。各试验处理苦苣可食部分硝酸盐含量均低于 3000 mg•kg-1，达到国家叶菜类安全食品标准 (GB 19338-2003)，且部分处理已低于1000 mg•kg-1。同时，添加双氰胺可明显降低苦苣可食部分亚硝酸盐的含量，使苦苣亚硝酸盐含量低于 2 mg•kg-1，达到国家绿色食品绿叶类蔬菜卫生标准 (NY/T 743-2003)，但不同双氰胺配施浓度之间差异不明显。此外，配施双氰胺在一定程度上提高了作物产量，但在增产效果与双氰胺的配施量不成正比。