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分子印迹聚合物负载纳米金催化剂的制备及其底物识别性能

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催化学报 2011年第9期32卷 1508-1512页

作者：祝贞科谭蓉孙文庆银董红湖南师范大学精细催化合成研究所湖南长沙410081 胡南中烟工业有限责任公司技术研发中心湖南长沙410014

以4-硝基苯甲醇与氯金酸的络合物为模板,利用聚合物空腔内胺基捕获NaBH4还原的纳米粒子,设计和制备了一种具有底物识别性能的分子印迹聚合物负载纳米Au催化剂(Au/MIP).运用红外光谱、紫外-可见光谱和扫描电镜等方法对催化剂进行了表征.... 详细信息

以4-硝基苯甲醇与氯金酸的络合物为模板,利用聚合物空腔内胺基捕获NaBH4还原的纳米粒子,设计和制备了一种具有底物识别性能的分子印迹聚合物负载纳米Au催化剂(Au/MIP).运用红外光谱、紫外-可见光谱和扫描电镜等方法对催化剂进行了表征.同时以水为溶剂,过氧化氢为氧化剂,考察了催化剂在取代苯甲醇氧化反应中的催化性能.结果表明,以Au/MIP为催化剂时,4-硝基苯甲醇转化率为75.6%,而以非印迹聚合物负载的纳米Au(Au/NIP)为催化剂时,4-硝基苯甲醇转化率仅为41.5%.以其它取代苯甲醇为底物时,Au/MIP与Au/NIP的催化活性差别不大.这说明Au/MIP催化剂活性与反应底物结构有关,脱除模板剂后它具有与4-硝基苯甲醇相匹配的空腔结构和识别位点,对反应底物表现出专一的识别性,因而提高了催化剂活性.

关键词：分子印迹聚合物金纳米粒子取代苯甲醇催化氧化底物识别性

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土壤质地对自养固碳微生物及其同化碳的影响

环境科学 2016年第10期37卷 3987-3995页

作者：王群艳吴小红祝贞科袁红朝隋方功葛体达吴金水青岛农业大学资源与环境学院青岛266109 中南林业科技大学生命科学与技术学院长沙410018 中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室长沙410125

自养微生物可同化大气中的CO2并将其转化为土壤有机碳,对提高农田土壤的碳吸收和碳储存有重要意义,然而土壤质地对自养固碳微生物功能种群及其同化碳的影响机制还不清楚.本研究选取亚热带地区同一母质发育而成的两种质地水稻土壤(壤质... 详细信息

自养微生物可同化大气中的CO2并将其转化为土壤有机碳,对提高农田土壤的碳吸收和碳储存有重要意义,然而土壤质地对自养固碳微生物功能种群及其同化碳的影响机制还不清楚.本研究选取亚热带地区同一母质发育而成的两种质地水稻土壤(壤质黏土和砂质黏壤土),通过^(14)C-CO2连续标记技术结合室内模拟培养实验,探讨土壤质地对自养微生物同化碳(^(14)C-SOC)、自养微生物截留碳(^(14)C-MBC)和自养微生物可溶性碳(^(14)C-DOC)的影响.以固碳功能基因(cbb L基因)作为指示基因,结合PCR和克隆测序技术,分析不同质地土壤自养固碳微生物群落结构和多样性的差异.结果表明,壤质黏土^(14)C-SOC、^(14)C-MBC和^(14)C-DOC平均含量分别为133.81、40.16和8.10 mg·kg-1,均显著高于砂质黏壤土^(14)C-SOC(104.95 mg·kg-1)、^(14)C-MBC(33.26 mg·kg-1)和^(14)C-DOC(4.18 mg·kg-1)平均含量(P<0.05),说明土壤质地显著影响了土壤自养微生物碳同化量以及自养微生物同化碳在土壤中的转化.稀疏曲线、细菌cbb L基因文库覆盖度以及多样性指数分析结果显示壤质黏土固碳细菌群落多样性高于砂质黏壤土.系统发育分析表明,壤质黏土细菌cbb L基因序列与Rhodoblastus acidophilus、Blastochloris viridis、Thauera humireducens、Mehylibium sp.、Variovorax sp.等具有一定的同源性,而砂质黏壤土cbb L基因序列主要与根瘤菌和放线菌同源.可见,土壤质地对自养固碳微生物群落结构和多样性产生了深刻的影响,壤质黏土中较高的黏粒含量、土壤养分含量和阳离子交换量可能有利于维持更高的自养固碳微生物多样性和活性,从而导致不同质地土壤自养微生物碳同化量及其转化存在显著差异.

关键词：土壤质地固碳自养微生物 CO2同化 cbbL基因多样性群落结构

秸秆还田对外源氮在土壤中转化及其微生物响应的影响

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环境科学 2017年第4期38卷 1613-1621页

作者：陈珊丁咸庆祝贞科王娟彭佩钦葛体达吴金水中南林业科技大学环境科学与工程学院长沙410004 中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室长沙410125

秸秆还田是农业生产上提高土壤肥力的重要措施,而秸秆中较高的碳氮比,使秸秆碳的利用率较低,温室气体排放较高,因此配施无机氮磷肥能够调控土壤中元素计量比,增加微生物活性和元素利用率,促进土壤肥力提升.本研究选择在模拟秸秆还田条件... 详细信息

秸秆还田是农业生产上提高土壤肥力的重要措施,而秸秆中较高的碳氮比,使秸秆碳的利用率较低,温室气体排放较高,因此配施无机氮磷肥能够调控土壤中元素计量比,增加微生物活性和元素利用率,促进土壤肥力提升.本研究选择在模拟秸秆还田条件下,添加^(15)N标记的无机氮肥,研究不同养分肥料添加对土壤中外源氮转化与分配的影响,以及微生物响应特征.结果表明,秸秆添加增加了土壤和土壤溶液中铵态氮和总氮含量;秸秆与无机氮肥配施条件下,土壤中^(15)N-TN在100 d培养时期内基本保持在28~33μg,^(15)N-NH+4在前30 d培养时期内逐渐增加,而后逐渐降低;施P增加了土壤中^(15)N-TN和^(15)N-NH+4的含量,却使土壤溶液中^(15)N量降低了28%.无机氮肥在土壤中的分配表明,^(15)N在土壤中的比例基本保持在52%~61%,磷肥的添加使^(15)N在土壤中的分配比例最大提高了16.5%,而土壤溶液中^(15)N的比例由第5 d的36%降低至100 d时30%,使外源^(15)N损失量减少了1.2倍.秸秆添加促进了微生物活性,显著提高了土壤MBN的量;而无机肥料的添加进一步促进了土壤微生物的活性,100 d培养实验后,秸秆与无机氮、磷肥同时添加使MBN增加到对照处理的2.0和2.2倍.磷肥添加促进了微生物对^(15)N的利用,使^(15)N-微生物生物量氮(^(15)N-MBN)的量比添加秸秆和氮肥处理的提高了1.5倍.对土壤氮转化酶活性(β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶,NAG)的研究结果表明,氮肥降低了土壤酶活性和底物亲和性,而氮磷肥同时添加时,酶活性较单加秸秆处理提高了48.1%.本研究可为深入了解稻田土壤生态系统氮循环、实现农田土壤肥力提升和温室气体减排提供理论依据.

关键词：氮素微生物转化 15N示踪酶活性

稻田土壤碳循环关键微生物过程的计量学调控机制探讨

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地球科学进展 2015年第9期30卷 1006-1017页

作者：吴金水葛体达祝贞科中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室湖南长沙410125

稻田生态系统碳循环是我国陆地生态系统碳循环的重要组成部分,微生物驱动的稻田土壤碳循环(输入、分配、稳定等过程)的生物地球化学过程是土壤碳循环过程研究的核心。目前,对稻田土壤碳循环过程及其机制的认识缺乏基于生态化学计量学层... 详细信息

稻田生态系统碳循环是我国陆地生态系统碳循环的重要组成部分,微生物驱动的稻田土壤碳循环(输入、分配、稳定等过程)的生物地球化学过程是土壤碳循环过程研究的核心。目前,对稻田土壤碳循环过程及其机制的认识缺乏基于生态化学计量学层面的研究。因此,系统解析耦合化学—生物—环境要素的稻田土壤碳循环的关键过程是深入研究当前面临的诸多土壤生物化学问题(如土壤碳循环与土壤肥力、温室气体减排等)的科学瓶颈。在综合分析计量学的基本内涵与土壤计量学发展需求的基础上,论述了稻田土壤有明显区别于其他土壤类型的土壤发生学和生物化学特点,重点评述了稻田土壤碳循环的3个主要过程的研究进展,包括:1稻田土壤新鲜有机质转化、矿化的关键微生物过程计量;2典型水稻土CH4产生的关键微生物过程计量;3典型水稻土微生物CO2光合同化功能的计量。在此基础上,探讨了土壤生物化学过程统计学和数学模型在土壤计量学研究中的应用,并提出了稻田土壤碳循环关键微生物过程的计量学特征研究的发展趋势和科学问题展望。期望能够通过这些探讨对推动我国该研究领域的基础理论建设和新技术发展有所贡献。

关键词：稻田土壤碳循环化学计量学关键微生物过程耦合机制

水稻不同生育期根际与非根际土壤胞外酶对施氮的响应

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环境科学 2017年第8期38卷 3489-3496页

作者：魏亮汤珍珠祝贞科蔡观葛体达王久荣吴金水中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室长沙410125 中国科学院大学北京100049 湖北大学资源环境学院武汉430062 湖南农业大学资源环境学院长沙410128

与稻田土壤碳氮循环(矿化、转化等)密切相关的酶活性可以反映微生物的生长和代谢过程.为明确水稻不同生育期根际与非根际土壤胞外酶对施氮的响应,采用根际袋法区分水稻根际和非根际土壤,利用96微孔酶标板荧光分析法,测定其碳氮过程关键... 详细信息

与稻田土壤碳氮循环(矿化、转化等)密切相关的酶活性可以反映微生物的生长和代谢过程.为明确水稻不同生育期根际与非根际土壤胞外酶对施氮的响应,采用根际袋法区分水稻根际和非根际土壤,利用96微孔酶标板荧光分析法,测定其碳氮过程关键酶β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)和β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)活性,探讨根际效应、施氮和生育期对土壤酶活的影响及其调控机制.结果表明,施氮使拔节期土壤BG酶活性相对于不施氮处理降低了7.4~13.5 nmol·(g·h)^(-1),而使成熟期BG酶活性增大了7.0~31.4 nmol·(g·h)^(-1),同时根际与非根际土壤中BG酶活性也随水稻的生育期而发生相应的变化.与不施氮处理相比,施氮使水稻成熟期非根际土壤NAG酶活性增加了1.1倍,根际土壤降低了0.3倍.施氮和生育期显著影响土壤BG酶活性,而水稻生育期、施氮和根际效应及其交互作用均对NAG酶活性有极显著影响.RDA分析表明土壤微生物生物量碳(MBC)和可溶性有机碳(DOC)含量主要影响水稻根际土壤胞外酶活性;而非根际土壤中酶活性的变化主要受微生物生物量氮(MBN)和铵态氮(NH_4^+-N)的影响.土壤酶活性与多种因素存在复杂关系,需要综合考虑植物生理特征、土壤酶活性和土壤特征,分析N添加对微生物群落组成的影响.

关键词：水稻土水稻生育期根际土壤施氮胞外酶活性

有机肥长期施用对红壤性水稻土磷组分和土壤酶活性的影响

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农业资源与环境学报 2024年

作者：付蔷秦方锦魏亮王双王萍祝贞科葛体达刘亚龙沈阳农业大学土地与环境学院农业部东北耕地保育重点实验室宁波大学植物病毒学研究所农产品质量安全危害因子与风险防控国家重点实验室宁波市农业技术推广总站

为探讨水稻土磷组分和胞外酶活性对不同施肥措施的响应，本研究以湖南长沙农业环境观测研究站长期施肥的典型红壤性水稻土为研究对象，分析不同施肥措施对水稻根际与非根际土壤磷组分和胞外酶活性的影响。试验共3个处理，分别是不施磷... 详细信息

为探讨水稻土磷组分和胞外酶活性对不同施肥措施的响应，本研究以湖南长沙农业环境观测研究站长期施肥的典型红壤性水稻土为研究对象，分析不同施肥措施对水稻根际与非根际土壤磷组分和胞外酶活性的影响。试验共3个处理，分别是不施磷肥对照组(CK)、氮磷钾施肥(NPK)和猪粪施肥(PM)，试验地种植早稻和晚稻。两季水稻均于成熟期采集土壤样品，测定微生物量碳、氮和磷(MBC、MBN、MBP)，与碳氮磷循环相关的β-1，4-葡萄糖苷酶(BG)、β-1，4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)和磷酸酶(AP)活性，以及4种磷组分[自由扩散和根际截留的磷(CaCl2-P)、有机酸活化和无机弱结合磷(Citrate-P)、酶矿化的有机磷(Enzyme-P)和潜在活化的无机磷(HCl-P)]。结果表明，添加有机肥可以提高水稻土速效磷(Olsen-P)和MBP含量。早稻时期，根际土Olsen-P含量从4.8mg·kg-1增加至65.5mg·kg-1，MBP含量从18.1mg·kg-1增加至73.1mg·kg-1；晚稻时期，根际土Olsen-P含量从29.8mg·kg-1增加至380.7mg·kg-1，MBP含量从8.0mg·kg-1增加至62.0mg·kg-1。此外，添加有机肥增加了早稻根际土壤中AP酶和BG酶活性，抑制了NAG酶活性，而对晚稻时期各类土壤酶活性均无显著影响。施用无机和有机肥能显著增加根际和非根际土 HCl-P和Citrate-P含量；施用无机肥显著降低根际和非根际土Enzyme-P含量，显著增加晚稻非根际土CaCl2-P的含量；晚稻时期施用有机肥显著提高Enzyme-P的含量以及显著降低CaCl2-P含量。研究表明，土壤胞外酶活性主要受水稻生长季、含水率、MBC和MBN的直接影响以及根际效应和施肥处理的间接影响。与施用无机肥相比，施用有机肥能显著影响土壤磷组分，提升根际微生物效应。

关键词：水稻土水稻生长季有机肥根际胞外酶活性磷组分

长期秸秆还田对水稻根系碳矿化与激发效应的影响

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环境科学 2022年第8期43卷 4372-4378页

作者：刘峰王云秋张昀祝贞科吴金水葛体达李宇虹沈阳农业大学土地与环境学院沈阳110866 中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室长沙410125 中国科学院大学北京100049

长期秸秆还田改变水稻土环境条件,从而会影响水稻残留根系碳在土壤中的矿化和激发效应,其影响的方向和强度尚不明确.因此,基于长期定位施肥试验,采用^(13)C-CO_(2)同位素标记技术,结合室内模拟培养试验,研究不施肥(CK)、单施化肥(CF)和... 详细信息

长期秸秆还田改变水稻土环境条件,从而会影响水稻残留根系碳在土壤中的矿化和激发效应,其影响的方向和强度尚不明确.因此,基于长期定位施肥试验,采用^(13)C-CO_(2)同位素标记技术,结合室内模拟培养试验,研究不施肥(CK)、单施化肥(CF)和秸秆还田配施化肥(CFS)这3种长期处理下,水稻根系和土壤本身有机碳的矿化特征,分析根系的激发效应的强度与方向,以及各处理CO_(2)释放量的来源组成.结果表明,经过120 d的室内淹水培养,根系残留(R)将CO_(2)累积释放量增加了617.41~726.27 mg·kg^(-1).CFS+R和CF+R处理根系来源CO_(2)累积释放量分别为470.82mg·kg^(-1)和444.04 mg·kg^(-1),根系的矿化率分别为18.8%和17.8%,均显著高于CK+R处理(384.19 mg·kg^(-1),15.4%).3个处理的土壤本身有机碳产生的CO_(2)累积排放量无显著差异,但CFS+R处理的土壤本身有机碳矿化率(4.2%)显著低于CF+R和CK+R处理(5.4%和5.8%).CFS+R处理中根系的CO_(2)累积激发效应为29.6%,显著低于CK+R处理的42.5%,高于CF+R处理的14.4%.淹水水稻土CO_(2)累积释放量中23.47%~27.59%来源于根系,其余来源于土壤,其中,激发效应引起的CO_(2)释放量占比在CFS+R处理中比CK+R处理小,比CF+R处理大.综上,淹水水稻土长期秸秆还田会提高根系碳的矿化潜力,但是更有利于土壤本身有机碳的稳定.

关键词：秸秆还田水稻土 ^(13)C同位素标记根系矿化激发效应

长期不同施肥对稻田土壤有机碳矿化及激发效应的影响

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环境科学 2018年第12期39卷 5680-5686页

作者：马欣魏亮唐美玲徐福利祝贞科葛体达吴金水西北农林科技大学资源环境学院杨凌712100 国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室长沙410125 中南林业科技大学生命科学与技术学院长沙410004 中国科学院水利部水土保持研究所杨凌712100

通过室内模拟培养实验,结合14C同位素标记技术,研究了不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、秸秆还田+化肥(ST)这3种施肥处理下稻田耕层土壤有机碳矿化特征及其对添加外源葡萄糖的响应特征.结果表明,56 d培养实验结束时,CK处理土壤累积矿化率(土... 详细信息

通过室内模拟培养实验,结合14C同位素标记技术,研究了不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、秸秆还田+化肥(ST)这3种施肥处理下稻田耕层土壤有机碳矿化特征及其对添加外源葡萄糖的响应特征.结果表明,56 d培养实验结束时,CK处理土壤累积矿化率(土壤原有有机碳累积矿化量/土壤总有机碳含量)达到1. 64%,而NPK和ST处理较CK处理显著降低了0. 34%和0. 39%(P <0. 05),表明长期施肥对土壤碳有一定的固持作用.长期不同施肥处理土壤对添加外源葡萄糖的响应有所不同,表现出了不同程度的激发效应.随着培养时间的推移,3种处理土壤碳矿化的激发效应由负激发效应逐渐转为正激发效应. 56 d时,ST和NPK处理土壤的负累积激发效应比CK分别显著提高了22. 07和9. 05倍(P <0. 05).结构方程模型分析表明,土壤NH+4-N和DOC含量主要通过影响土壤MBC和MBN含量间接影响土壤累积激发效应,且NH+4-N对土壤累积激发效应有直接的显著负影响.综上所述,长期施肥降低了稻田土壤原有有机碳累积矿化率,有利于增强稻田土壤碳的固持和积累,秸秆还田加化肥效果更加明显.

关键词：水稻土长期施肥同位素标记有机碳矿化激发效应

基于土壤质量指数面积法和土壤敏感性-抗性法的非粮化耕地土壤健康评价：以宁波市为例

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环境科学 2024年

作者：杨亚婷秦方锦王双王聪祝贞科李刚金树权葛体达广西大学林学院广西森林生态与保育重点实验室亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室宁波大学植物病毒学研究所农产品质量安全危害因子与风险防控国家重点实验室宁波市农业技术推广总站浙江省城市环境过程与污染控制重点实验室宁波(北仑)中科海西产业技术创新中心宁波市农业科学研究院

为了解宁波市非粮化耕地土壤健康状况，明确非粮化耕地土壤主要障碍因子，探究非粮化对土壤质量的影响，构建宁波市非粮化耕地土壤健康评价综合体系。以宁波市对照耕地和典型的非粮化耕地土壤为研究对象，采集对照耕地、果园和苗木等利... 详细信息

为了解宁波市非粮化耕地土壤健康状况，明确非粮化耕地土壤主要障碍因子，探究非粮化对土壤质量的影响，构建宁波市非粮化耕地土壤健康评价综合体系。以宁波市对照耕地和典型的非粮化耕地土壤为研究对象，采集对照耕地、果园和苗木等利用方式下0～20cm表层土壤样品268个，测定土壤物理、化学、生物以及重金属等22项指标，运用主成分分析、相关性分析结合Norm值的方法构建最小数据集，采用土壤质量指数面积法和土壤敏感性-抗性法构建宁波市土壤健康评价体系，结合土壤多功能性判断宁波市非粮化耕地的健康状况。结果表明：①与对照耕地土壤相比，果园和苗木两种非粮化种植方式下，土壤容重（BD）显著增加（P<0.05），有机碳（SOC）、全氮（TN）、速效磷（AP）、有效铜（ACu）、土壤胞外酶活性和土壤微生物生物量碳（MBC）显著降低（P<0.05）。②宁波市非粮化耕地土壤健康评价的最小数据集由BD、电导率（EC）、SOC、可溶性有机碳（DOC）、铵态氮(NH4+-N)、TN、有效铁（AFe）、有效锰（AMn）和酸性磷酸酶（Phos）这9个指标构成，经全数据集验证所构建的最小数据集可体现宁波市非粮化耕地土壤健康状况的有效信息。③基于土壤质量指数面积法可知，非粮化利用下耕地土壤SOC、TN、AFe、AMn和Phos含量低于对照耕地。④根据敏感性-抗性分析可知土壤敏感指标包括SOC、DOC、NH4+-N、TN、AFe和AMn，抗性指标为BD和EC。⑤随机森林模型分析表明，TN、SOC、N-乙酰基-β-D葡糖苷酶（NAG）和Phos是土壤多功能性的主要驱动因子，AFe、AMn、Phos和DOC是土壤质量的主要驱动因子。总体上，两种非粮化种植方式下土壤质量指数、土壤多功能性指数均显著低于对照耕地土壤。因此，研究摸清了宁波市非粮化土壤的健康状况，明确了非粮化耕地土壤主要障碍因子，可为宁波市非粮化耕地分类整治和保障粮食安全提供了一定的数据支撑和理论基础。

关键词：耕地非粮化土地利用方式雷达图面积法敏感性-抗性法土壤多功能性土壤质量