Magnetic field assisted stem cell differentiation - role of substrate magnetization in osteogenesis

Among the multiple modulatory physical cues explored to regulate cellular processes, the potential of magneto-responsive substrates in magnetic field stimulated stem cell differentiation is still unperceived. In this regard, the present work demonstrates how an external magnetic field can be applied to direct stem cell differentiation towards osteogenic commitment. A new culture methodology involving periodic delivery of 100 mT static magnetic field (SMF) in combination with HA-Fe3O4 magnetic substrates possessing a varying degree of substrate magnetization was designed for the study. The results demonstrate that an appropriate combination of weakly ferromagnetic substrates and SMF exposure enhanced cell viability, DNA synthesis and caused an early switchover to osteogenic lineage as supported by Runx2 immunocytochemistry and ALP expression. However, the mRNA expression profile of early osteogenic markers (Runx2, ALP, Col IA) was comparable despite varying substrate magnetic properties (diamagnetic to ferromagnetic). On the contrary, a remarkable upregulation of late bone development markers (OCN and OPN) was explicitly detected on weak and strongly ferromagnetic substrates. Furthermore, SMF induced matrix mineralization with elevated calcium deposition on similar substrates, even in the absence of osteogenic supplements. More specifically, the role of SMF in increasing intracellular calcium levels and in inducing cell cycle arrest at G0/G1 phase was elucidated as the major molecular event triggering osteogenic differentiation. Taken together, the above results demonstrate the competence of magnetic stimuli in combination with magneto-responsive biomaterials as a potential strategy for stem cell based bone tissue engineering.

Recent freshwater Ostracoda and Bivalvia from Indo-Nepal border (Tethys Himalaya): Ecological implications

We report for the first time Recent ostracods and bivalves from Central Tethys Himalaya, collected from Changru village, which is situated in the Tinker valley of northwestern Nepal near the Indo-Nepal border. The specimens were collected from the surface sediments of a small pond, shaped by a small tributary of the glacier fed Tinker River. The ostracod species belonging to the families Ilyocyprididae, Cyprididae and Candonidae and one bivalve (Pisidium sp., Family Pisidiidae) have been identified. Psychrodromus olivaccus and Potamocypris villosa are being reported for the first time from India and Nepal. Several broken and unidentifiable gyrogonites of charophyta were also recovered. The ostracod sample, as a whole, points to a shallow freshwater lake environment influenced by slowly running carbonate rich waters under cool temperatures, low mineralization and sparse vegetation. This is in accordance with the occurrence of Pisidium, which is commonly associated with ostracods in the freshwater lakes and streams. The ostracod fauna shows affinity with the fossil and extant forms recovered from the Higher and Tethys Himalaya of NW India. This opens a new opportunity for studying ostracods in the Indian Central Himalaya - a region which otherwise has been ignored until now.

Engineering a multi-biofunctional composite using poly(ethylenimine) decorated graphene oxide for bone tissue regeneration

Toward preparing strong multi-biofunctional materials, poly(ethylenimine) (PEI) conjugated graphene oxide (GO_PEI) was synthesized using poly(acrylic acid) (PAA) as a spacer and incorporated in poly( e-caprolactone) (PCL) at different fractions. GO_PEI significantly promoted the proliferation and formation of focal adhesions in human mesenchymal stem cells (hMSCs) on PCL. GO_PEI was highly potent in inducing stem cell osteogenesis leading to near doubling of alkaline phosphatase expression and mineralization over neat PCL with 5% filler content and was approximate to 50% better than GO. Remarkably, 5% GO_ PEI was as potent as soluble osteoinductive factors. Increased adsorption of osteogenic factors due to the amine and oxygen containing functional groups on GO_ PEI augment stem cell differentiation. GO_ PEI was also highly efficient in imparting bactericidal activity with 85% reduction in counts of E. coli colonies compared to neat PCL at 5% filler content and was more than twice as efficient as GO. This may be attributed to the synergistic effect of the sharp edges of the particles along with the presence of the different chemical moieties. Thus, GO_ PEI based polymer composites can be utilized to prepare bioactive resorbable biomaterials as an alternative to using labile biomolecules for fabricating orthopedic devices for fracture fixation and tissue engineering.

3D scaffold alters cellular response to graphene in a polymer composite for orthopedic applications

Graphene-based polymer nanocomposites are being studied for biomedical applications. Polymer nanocomposites can be processed differently to generate planar two-dimensional (2D) substrates and porous three-dimensional (3D) scaffolds. The objective of this work was to investigate potential differences in biological response to graphene in polymer composites in the form of 2D substrates and 3D scaffolds. Polycaprolactone (PCL) nanocomposites were prepared by incorporating 1% of graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide (RGO). GO increased modulus and strength of PCL by 44 and 22% respectively, whereas RGO increased modulus and strength by 22 and 16%, respectively. RGO increased the water contact angle of PCL from 81 degrees to 87 degrees whereas GO decreased it to 77 degrees. In 2D, osteoblast proliferated 15% more on GO composites than on PCL whereas RGO composite showed 17% decrease in cell proliferation, which may be attributed to differences in water wettability. In 3D, initial cell proliferation was markedly retarded in both GO (36% lower) and RGO (55% lower) composites owing to increased roughness due to the presence of the protruding nanoparticles. Cells organized into aggregates in 3D in contrast to spread and randomly distributed cells on 2D discs due to the macro-porous architecture of the scaffolds. Increased cell-cell contact and altered cellular morphology led to significantly higher mineralization in 3D. This study demonstrates that the cellular response to nanoparticles in composites can change markedly by varying the processing route and has implications for designing orthopedic implants such as resorbable fracture fixation devices and tissue scaffolds using such nanocomposites. (c) 2015 Wiley Periodicals, Inc. J Biomed Mater Res Part B: Appl Biomater, 104B: 732-749, 2016.

Isolation of mineralizing Nestin+ Nkx6.1+ vascular muscular cells from the adult human spinal cord

Background: The adult central nervous system (CNS) contains different populations of immature cells that could possibly be used to repair brain and spinal cord lesions. The diversity and the properties of these cells in the human adult CNS remain to be fully explored. We previously isolated Nestin(+) Sox2(+) neural multipotential cells from the adult human spinal cord using the neurosphere method (i.e. non adherent conditions and defined medium). -- Results: Here we report the isolation and long term propagation of another population of Nestin(+) cells from this tissue using adherent culture conditions and serum. QPCR and immunofluorescence indicated that these cells had mesenchymal features as evidenced by the expression of Snai2 and Twist1 and lack of expression of neural markers such as Sox2, Olig2 or GFAP. Indeed, these cells expressed markers typical of smooth muscle vascular cells such as Calponin, Caldesmone and Acta2 (Smooth muscle actin). These cells could not differentiate into chondrocytes, adipocytes, neuronal and glial cells, however they readily mineralized when placed in osteogenic conditions. Further characterization allowed us to identify the Nkx6.1 transcription factor as a marker for these cells. Nkx6.1 was expressed in vivo by CNS vascular muscular cells located in the parenchyma and the meninges. -- Conclusion: Smooth muscle cells expressing Nestin and Nkx6.1 is the main cell population derived from culturing human spinal cord cells in adherent conditions with serum. Mineralization of these cells in vitro could represent a valuable model for studying calcifications of CNS vessels which are observed in pathological situations or as part of the normal aging. In addition, long term propagation of these cells will allow the study of their interaction with other CNS cells and their implication in scar formation during spinal cord injury.

Descoloração e Mineralização de Corantes Reativos por Processo Fotocatalítico Utilizando ZnO e Radiação UV

As indústrias consomem volumes elevados de água e outras substâncias químicas na síntese dos seus produtos e geram grande quantidade de rejeitos. Entre os mais importantes poluentes encontrados nos efluentes dessas indústrias estão os corantes sintéticos que representam um problema, pois não são facilmente destruídos por tratamentos convencionais. A fotocatálise heterogênea tem sido considerada como uma alternativa efetiva no tratamento de efluentes contendo esses corantes. Neste trabalho, estudou-se a cinética de descoloração e o grau de mineralização dos corantes sintéticos reativos Yellow 145, Black 5, Red 4 e Blue 21 através da fotocatálise utilizando ZnO puro e impregnado com íons Fe2+ e Co2+. Testes preliminares foram realizados para otimizar a concentração dos corantes e a massa mínima de catalisador a ser utilizado nos experimentos fotocatalíticos. Além da fotocatálise, experimentos individuais de fotólise e adsorção também foram realizados, porém se mostraram poucos eficientes. Através da espectrofotometria UV-Vis, verificou-se o total descoramento individual dos corantes em aproximadamente 30 minutos de irradiação com ZnO. O grau de mineralização de cada corante foi determinado através de análise de carbono orgânico total (COT), atingindo-se cerca de 70 a 80% de mineralização após 240 minutos de tratamento fotocatalítico. Foram comparadas, ainda, as eficiências de cada fotocatalisador ZnO, Fe/ZnO e Co/ZnO na mineralização de uma solução contendo a mistura dos quatro corantes já mencionados após 240 minutos de reação. A eficiência na mineralização da mistura dos corantes seguiu a seguinte ordem: Co/ZnO (32%), ZnO (78%) e Fe/ZnO (87%). A reação de degradação fotocatalítica do corante Black 5 seguiu uma cinética de primeira ordem, enquanto que os corantes Yellow 145, Red 4 e Blue 21 seguiram uma cinética de ordem zero.

Ratio of natural isotopes of nitrogen. I. Primary results: soils of Dombes [Translation from: Revue d'Ecologie et de Biologie du Sol 14, 279-287, 1977]

Utilization of the heavy isotope of nitrogen as a tracer has found numerous applications in soil biology. It allows better definition of different stages of the nitrogen cycle, in particular the immobilization-mineralization cycle. In this work, the authors report the results of calculations of natural isotope ratios of nitrogen in samples of water, soil and vegetation prevailing in Dombes and discuss the possibilities of errors and coefficients of fractionation.

Prospecção geoquímica: estaurolita, ilmenita e magnetita como minerais traçadores para depósitos do tipo VMS

A região de Itutinga foi alvo de estudos prospectivos por parte da empresa BP mineração na década de 80, onde foram encontradas mineralizações em lentes de sulfetos metálicos (Zn-Cu-Ag-Fe) associados a rochas komatiíticas peridotíticas e basaltos toleíticos (anfibolitos) do greenstone belts, nas proximidades da fazenda São Jerônimo, enquadrando-se em um depósito do tipo VMS. A partir destas informações encontradas na literatura propôs-se estudar a estaurolita, a magnetita e a ilmenita para, a partir da determinação do seu conteúdo em zinco, indicar a aplicabilidade destes três minerais como traçadores desses tipos de depósitos. Para isso foram coletadas amostras de sedimentos de corrente e concentrados de batéia na região próxima à ocorrência, no entorno da cidade de Itutinga, e também em uma região próxima a cidade de Itumirim, já que existem semelhanças litológicas entre as duas áreas. Os sedimentos de corrente, as frações magnéticas e as frações de 0,3A (separador eletromagnético Frantz) foram enviados para análises químicas por absorção atômica e ICP-OES. Os concentrados de batéia foram descritos, separando-se cristais de estaurolita de cada amostra coletada, e analisando-os em MEV-EDS para determinação da química mineral. Os resultados dos sedimentos de corrente apontaram que os pontos da fazenda São Jerônimo (ME-03, Itutinga 51,7 ppm de Zn) e o ponto do Ribeirão Santa Cruz, (ME-06, Itumirim 36,1 ppm de Zn) foram os que apresentaram melhores resultados, indicando anomalias em zinco nas duas áreas estudadas . As estaurolitas, retiradas dos concentrados de batéia de cada ponto estudado, foram divididas em três conjuntos, de acordo com os teores de ZnO encontrados: 1 - entre 2,96% e 3,25% de ZnO em peso; 2 - entre 2,03% e 2,76% de ZnO em peso; 3 - < 1,67% de ZnO em peso, sendo comparável com outras estaurolitas encontradas em diversos depósitos de Zn do mundo, como Dry River, Austrália e Palmeirópolis Goiás. Assim, as estaurolitas apresentam bons resultados como minerais indicadores na área estudada. Em relação as magnetitas e ilmenitas estudadas, o número de amostras coletadas no presente estudo foram muito pequenas para se ter informações conclusivas sobre o papel destes minerais como traçadores. Por outro lado, os resultados das análises químicas nos concentrados de ilmenita (até 856 ppm de Zn) e nos concentrados de magnetita (até 216 ppm de Zn), indicam a disponibilidade deste metal nas áreas estudadas. Assim, é possível se detectar a presença do zinco por dois meios: através de sedimentos de corrente, através de halos de dispersão química do elemento zinco, e através dos minerais resistatos (estaurolita zincífera, magnetita e ilmenita), a partir de uma dispersão clástica do grão.

The impact of physical processes on algal growth

Mixing and transport processes in surface waters strongly influence the structure of aquatic ecosystems. The impact of mixing on algal growth is species-dependent, affecting the competition among species and acting as a selective factor for the composition of the biocoenose. Were it not for the ever-changing ”aquatic weather”, the composition of pelagic ecosystems would be relatively simple. Probably just a few optimally adapted algal species would survive in a given water-body. In contrast to terrestrial ecosystems, in which the spatial heterogeneity is primarily responsible for the abundance of niches, in aquatic systems (especially in the pelagic zone) the niches are provided by the temporal structure of physical processes. The latter are discussed in terms of the relative sizes of physical versus biological time-scales. The relevant time-scales of mixing and transport cover the range between seconds and years. Correspondingly, their influence on growth of algae is based on different mechanisms: rapid changes are relevant for the fast biological processes such as nutrient uptake and photosynthesis, and the slower changes are relevant for the less dynamic processes such as growth, respiration, mineralization, and settling of algal cells. Mixing time-scales are combined with a dynamic model of photosynthesis to demonstrate their influence on algal growth.

Relação entre pluviosidade efetiva e estoque de matéria orgânica de superfície na ciclagem de nutrientes em floresta ombrófila urbana: Parque Nacional da Tijuca - RJ

O estoque de matéria orgânica de superfície refere-se a todo material orgânico decomposto ou em decomposição sobreposto ao solo mineral, bem como ao material orgânico misturado às partículas minerais do horizonte A. Este serve como indicador da funcionalidade e integridade de ecossistemas florestais quando o analisamos sob a perspectiva das "Formas de Húmus". Nesta perspectiva o material orgânico se presenta como disposto em camadas internas que variam no peso e espessura de acordo com a atuação dos agentes decompositores locais, e expressa a ciclagem de nutrientes que se dá a partir dos dois principais processos que sintetizam e/ou modulam o funcionamento dos ecossistemas, a produção e a decomposição da matéria orgânica. O modelo de formas de húmus segue uma classificação desenvolvida na Europa que não se aplica perfeitamente às áreas tropicais pela alta variabilidade de ambientes. Estima-se que fatores locais e particulares como características edáficas, estrutura e composição da vegetação, relevo e o microclima podem distorcer esta classificação e diferir significativamente do modelo global. Esta pesquisa buscou o refinamento deste modelo, buscando entender de que modo a pluviosidade efetiva (chuva que atravessa a copa das árvores e chega ao solo), como fenômeno de natureza microclimática, se relaciona com o estoque de matéria orgânica de superfície (sob a perspectiva das formas de húmus) em ambiente de floresta ombrófila montanhosa urbana.Para tal foram executadas análises físicas sobre o estoque de matéria orgânica de superfície, monitoramento da pluviosidade efetiva com pluviômetro experimentais adaptados para esta demanda e análises químicas sobre a água da chuva após lixiviação da matéria orgânica. Foi montada uma estrutura composta de quinze pluviômetros experimentais em uma encosta florestada no Parque Nacional da Tijuca (Rio de Janeiro - RJ) e instalação de pluviômetros eletrônicos em ambientes de céu aberto em áreas adjacentes a esta encosta pertencentes à área do parque. Os resultados indicam que da chuva que cai na floresta, cerca de 15% é interceptada pelas copas e o restante, parte é interceptada pela matéria orgânica do solo. A camada MFB (ou H) é a que retém mais água, indicando que, florestas que a decomposição é rápida no processo de fragmentação e lenta na mineralização, terão mais água retida no estoque de matéria orgânica. As diferentes camadas vão nutrir o solo de maneira diferenciada quando este processo deriva da lixiviação, como o cálcio que é liberado em a maior quantidade pelas camadas mais fragmentadas como a F e a MFB, o potássio e magnésio têm maior disponibilização quando deriva da camada L, indicando que durante este processo estes nutrientes são mais consumidos do que liberados. Foi perceptível que o sódio é bastante abundante na chuva antes mesmo de atingir a matéria orgânica, confirmando estudos anteriores. A utilização deste sistema proposto de pluviômetros experimentais possibilitou entender como esta estratificação interna do estoque de matéria orgânica de superfície acumula água, pois os métodos tradicionais não se baseiam no modelo de formas de húmus, e possibilitou ainda, o a análise do processo de lixiviação e liberação de nutrientes para o solo.

Síntese e caracterização de TiO2 puro e modificado para aplicações ambientais

Fotocatalisadores baseados em nanopartículas de dióxido de titânio modificados fornecem soluções em potencial para a mineralização de poluentes orgânicos em meio aquoso. Agentes modificadores têm sido amplamente investigados com o objetivo de promover a fotoativação pela luz visível. Foram estudadas a nível fundamental até aqui, as modificações estruturais, texturais e óticas causadas pela introdução de silício e nitrogênio na rede da titânia. Titânias puras (TiO2) e modificadas nanoestruturadas, particularmente titânias modificadas com silício (TiO2-SiO2), com razões atômicas Si/Ti de 0,1, 0,2 e 0,3 foram sintetizadas pelo método sol-gel a partir da hidrólise ácida de isopropóxido de titânio(IV) e tetraetoxisilano. As metodolo-gias sintéticas desenvolvidas tentaram aderir aos princípios da Química Verde, dispensando o uso de atmosfera inerte e temperatura e pressão elevadas, o que foi alcançado utilizando-se, principalmente, a agitação ultrassônica. Titânias modificadas com silício e dopadas com ni-trogênio (TiO2-SiO2-N) foram obtidas a partir do pré-tratamento de TiO2-SiO2 a 500 C ao ar e então submetidas ao fluxo de amônia (NH3) a 600 C por 1-3 h e, após resfriamento, foram recozidas a 400 C ao ar. Amostras distintas foram caracterizadas, na forma de pó seco e após calcinação entre 400600 C, por difração de raios X, adsorção de nitrogênio, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de refletância difusa no UV-Visível. As titânias pu-ras, obtidas principalmente variando-se a razão de hidrólise, foram cristalizadas na forma de anatásio como fase predominante até 600 C, além de traços de brookita presente até 500 C. O rutilo foi identificado a partir de 600 C como fase minoritária, embora apresentando tama-nhos de cristal significativamente maiores que os estimados para o cristal de anatásio. As titâ-nias modificadas com até 20% de silício apresentaram notável estabilidade térmica, evidenci-ada pela presença exclusiva de anatásio até 900 C. Foi também observado o aparecimento de macroporos com diâmetro médio em torno de 55 nm após calcinação a 400 C, diferentemente do que se observou nas amostras em geral. A introdução de baixo teor de silício assegurou às titânias calcinadas valores elevados de área específica, atribuído ao efeito de contenção acentuada na taxa de crescimento do cristal. As titânias modificadas com silício e as titânias puras obtidas com taxa de hidrólise 25:1 para a razão H2O : Ti apresentaram mesoporos com diâmetros médios de mesma dimensão do cristal. As titânias modificadas com silício e dopa-das com nitrogênio apresentaram absorção na região visível entre 400-480 nm, com discreta redução da energia de band gap para as transições eletrônicas consideradas. Titânias calcina-das a 300−400 C apresentaram desempenho fotocatalítico semelhante ao TiO2 P25 da De-gussa sob irradiação UV, na degradação do azo corante Reactive Yellow 145 em soluções a-quosas em pH 5 a 20 1C

Degradação de corantes têxteis ácidos e reativos por fotocatálise heterogênea, usando TiO2 como fotocatalisador

A indústria têxtil tem como característica a geração de grandes volumes de resíduos, principalmente corantes oriundos do tingimento de fios e tecidos. Os tratamentos convencionais de efluentes têxteis são ineficazes na degradação da maioria dos corantes. A fotocatálise heterogênea vem surgindo como alternativa promissora no tratamento desses poluentes. Neste trabalho, estudou-se a degradação fotocatalítica de duas soluções, simuladas em laboratório, compostas pelos corantes ácidos Blue 74, Red 51 e Yellow 3 (efluente I) e pelos reativos Black 5, Red 239 e Yellow 17 (efluente II), além de outros produtos químicos. Testes preliminares foram realizados para otimizar o pH e a massa de catalisador (TiO2) utilizados. Além da fotocatálise, experimentos de fotólise e adsorção também foram realizados. Através de espectrofotometria UV-VIS, verificou-se um descoramento por fotocatálise de 96% em 240 min e 97% em 30 min dos efluentes I e II, respectivamente. A mineralização do efluente I foi baixa (37%) e a do efluente II desprezível, nos tempos utilizados. No banho com corantes ácidos, foram realizadas ainda análises de toxicidade com sementes de alface (Lactuca sativa). A CE50 inicial estimada foi igual a 19,28 %, sendo a toxicidade totalmente removida após 63 min de processo fotocatalítico. A fotólise não obteve a mesma eficiência da fotocatálise, mostrando a importância do catalisador na degradação. A adsorção não foi significativa para os efluentes estudados. As cinéticas de degradação fotocatalítica de todos os corantes seguiram um modelo de pseudo-primeira ordem

Metalogenia em terrenos de alto grau metamórfico: as mineralizações tungstaníferas da área de Monumento/Cacaria RJ

Em trabalho de prospecção geoquímica regional por concentrado de bateia (PEREIRA e SANTOS, 1983) foi evidenciado na região de Cacaria, município de Piraí, ocorrências de scheelita. Com o objetivo de investigar a possível fonte litológica desta ocorrência, foram realizadas amostragens de sedimentos de corrente e concentrado de bateia além de investigações de campo para sua fonte. Elaborouse ainda um mapa geológico em escala de detalhe 1:25.000. As unidades estratigráficas base utilizadas no mapa foram definidas em trabalhos da empresa RIOFINEX (1977) durante pesquisas para mineralizações de Pb-Zn na região de Rio Claro. Ensaios laboratoriais envolvendo descrição de lâminas petrográficas, difratometria de raios X, fluorescência de raios X, espectrometria Raman, microscopia eletrônica de varredura e o auxílio do mineralight de ondas curtas. As mineralizações scheelitíferas encontradas foram classificadas segundo um modelo do tipo sedimentar exalativo, localmente com possíveis contribuições de atividades metassomáticas tardias, concentrando a mineralização, assim como proposto para algumas ocorrências já descritas no nordeste brasileiro.

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。