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Effect of N and P fertilization on the allocation and fixation of photosynthesized carbon in paddy soil

Ecosystem Health and Sustainability 2021年第1期7卷 289-299页

作者： Mostafa Zhran Tida Ge Yaoyao Tong zhenke zhu Yangwu Deng Ahmed Fahmy Ming Chen Tin Mar Lynn Jinshui Wu Anna Gunina School of Resources and Environmental Engineering Jiangxi University of Science and TechnologyGanzhouChina Key Laboratory of Agro-Ecological Processes in Subtropical Regions&Changsha Observation and Research Station for the Agricultural Environment Institute of Subtropical AgricultureChinese Academy of SciencesChangshaChina Soil&Water Research Department Atomic Energy AuthorityNuclear Research CenterAbou-ZaablEgypt Department of Environmental Chemistry University of KasselWitzenhausenGermany

Potted rice seedlings independently treated with N,P,and NP were continuously^(13)CO_(2) labeled to investigated the influence of N and P application on the contribution of photosynthesized C to the rhizosphere versus bulk soil and particulate organic matter(POM)versus mineral fraction(MIN).N and NP enhanced net assimilated^(13)C on day 14(D14),with maximum C assimilation occurring on day 22(D22)under *** biomass retained more^(13)C than belowground biomass for all treatments.^(13)C incorporation into the rhizosphere exceeded that in bulk soil,with the maximum(6-10%)found under N *** assimilated^(13)incorporated into POM increased in the rhizosphere under N and NP conditions,whereas MIN remained largely unaffected.^(13)C-MBC proportion in the total microbial biomass C(MBC)pool revealed that N and NP stimulated microbial activity to a greater degree than *** main portion of^(13)C in the rhizosphere and bulk soil was found in POM on D14,which decreased over time due to microbial ***,root-derived ^(13)C in the MIN remained unchanged between sampling days,which indicates that the stabilization of rhizodeposits in this fraction might be the potential mechanism underlying SOM sequestration in paddy soils.

关键词： Paddy soil ^(13)co_(2)continuous labeling fertilization carbon input rhizosphere bulk soil

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Microplastics affect activity and spatial distribution of C,N, and P hydrolases in rice rhizosphere

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Soil Ecology Letters 2023年第3期5卷 13-24页

作者： Yaoyao Tong Jina Ding Mouliang Xiao Muhammad Shahbaz zhenke zhu Ming Chen Yakov Kuzyakov Yangwu Deng Jianping Chen Tida Ge School of Resources and Environmental Engineering Jiangxi University of Science and TechnologyGanzhou 341000China State Key Laboratory for Managing Biotic and Chemical Threats to the Quality and Safety of Agro-products Institute of Plant VirologyNingbo UniversityNingbo 315211China Centre for Environmental and Climate Science Lund University22362 LundSweden Department of Soil Science of Temperate Ecosystems Department of Agricultural Soil ScienceUniversity of Göttingen37077 GöttingenGermany

Microplastics provide a new ecological niche for microorganisms,and the accumulation levels of microplastics(MPs)in terrestrial ecosystems are higher than those in marine ***,we applied the zymography to investigate how MPs–polyethylene[PE],and polyvinyl chloride[PVC])at two levels(0.01%and 1%soil weight)impacted the spatial distribution of soil hydrolases,nutrient availability,and rice growth in paddy *** increased the above-ground biomass by 13.0%–15.5%and decreased the below-ground biomass by 8.0%–15.1%.Addition of 0.01%and 1%MPs reduced soil NH4+content by 18.3%–63.2%and 52.2%–80.2%,*** average activities of N-and P-hydrolases increased by 0.8%–4.8%and 1.9%–6.3%with addition of MPs,*** nutrient uptake by rice plants and the enzyme activities in hotspots increased with MP content in *** accumulation of MPs in paddy soil could provide an ecological niche that facilitates microbial survival,alters the spatial distribution of soil hydrolases,and decreases nutrient availability.

关键词： MPs accumulation Soil zymography Microbial hotspots Soil nutrients Soil hydrolases

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Experimental strategies to measure the microbial uptake and mineralization kinetics of dissolved organic carbon in soil

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Soil Ecology Letters 2020年第3期2卷 180-187页

作者： Baozhen Li Tida Ge Paul W.Hill Davey L.Jones zhenke zhu Mostafa Zhran Jinshui Wu Key Laboratory of Agro-ecological Processes in Subtropical Region&Changsha Research Station for Agricultural and Environmental Monitoring Institute of Subtropical AgricultureChinese Academy of SciencesChangSha 410125China School of Natural Sciences Bangor UniversityBangorGwynedd LL572UWUK Soil and Water Research Department Nuclear Research CenterAtomic Energy AuthorityAbou-Zaabl13759Egypt University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China

Soil organic matter turnover rates are typically estimated from mass loss of the material over time or from on rates of carbon dioxide *** the study,we investigated a new way to characterize the concentration-dependent kinetics of amino acids used by measuring microbial uptake and mineralization of ^(14)*** measured the depletion from soil solution after additions ^(14)*** microbial uptake of ^(14)C-alanine from soil solution was concentration-dependent and kinetic analysis indicated the operation of at least three distinct alanine transport systems of differing *** of the ^(14)C-alanine depletion from the soil solution occurred rapidly within the first 10-30 min of the incubation after 10μM to 1 mM substrate *** alanine concentrations less than 250μM,the kinetic parameters for K_(m) and V_(max) of the higher-affinity transporter were 60.0μM and 1.32μmol g^(-1) DW soil h^(-1),*** mineralization of alanine was determined and the half-time values for the rapid mineralization process were 45 min to 1.5 h after the addition at alanine concentrations below 1 *** time delay after its uptake into microbial biomass suggested that alanine uptake and subsequent respiration were uncoupled *** microbial N uptake rate was calculated by microbial mineralization,and an estimated K_(m) value of 1731.7±274.6μM and V_(max )value of 486.0±38.5μmol kg^(-1)DW soil h^(-1).This study provides an alternative approach for measuring the rate of turnover of compounds that turnover very rapidly in soil.

关键词： ^(14)C tracer Microbial uptake Carbon mineralization Turnover

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Distribution of microplastics in soil aggregates after film mulching

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Soil Ecology Letters 2023年第3期5卷 37-51页

作者： Yuhuai Liu Yingying Zhong Can Hu Mouliang Xiao Fan Ding Yongxiang Yu Huaiying Yao zhenke zhu Jianping Chen Tida Ge Jina Ding State Key Laboratory for Managing Biotic and Chemical Threats to the Quality and Safety of Agro-products Key Laboratory of Biotechnology in Plant Protectionof MARA and Zhejiang ProvinceInstitute of Plant VirologyNingbo UniversityNingbo 315211China Ningbo Customs Technology Center Ningbo 315012China College of Mechanical and Electrical Engineering Tarim UniversityAlar 843300China College of Land and Environment Shenyang Agricultural UniversityShenyang 110866China Research Center for Environmental Ecology and Engineering School of Environmental Ecology and Biological EngineeringWuhan Institute of TechnologyWuhan 430205China

Microplastic distribution is non-homogeneous in agricultural soil following plastic film ***,the distribution of microplastics by shape and particle size in different soil aggregates remains *** elucidate the distribution of microplastic shapes and particle sizes in soil aggregates with increasing years of film mulching,four paired fields with film mulching(FM)and no mulching(NM)were examined at 1,5,10,and 20 years after continuous *** increase in soil aggregates of 0.053–0.25 mm diameter was observed;however,soil organic carbon content decreased after long-term *** primarily combined with 0.053–2 mm soil ***,long-term FM was associated with dominance of film-and fiber-shaped microplastics in soil aggregates of 0.25–2 mm and 0.053–0.25 mm diameter,***-and granule-shaped microplastics of 0.25–1 mm diameter primarily combined with 0.053–0.25 and 0.25–2 mm soil aggregates,***-shaped microplastics of diameter>1 mm and diameter 0.05–0.25 mm primarily combined with 0.25–2 mm soil ***,distribution of microplastics in soil aggregates can be used to monitor soil health and quality,greatly enhancing our understanding of the risk posed by microplastics to the environment.

关键词： film mulching microplastic soil aggregate agricultural soil

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Legacy effect of elevated CO_(2) and N fertilization on mineralization and retention of rice (Oryza sativa L.) rhizodeposit-C in paddy soil aggregates

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Soil Ecology Letters 2022年第1期4卷 78-91页

作者： Yuhong Li Hongzhao Yuan Anlei Chen Mouliang Xiao Yangwu Deng Rongzhong Ye zhenke zhu Kazuyuki Inubushi Jinshui Wu Tida Ge Key Laboratory of Agro-ecological Processes in Subtropical Region&Changsha Research Station for Agricultural and Environmental Monitoring Institute of Subtropical AgricultureChinese Academy of SciencesChangsha 410125China School of Resources and Environmental Engineering Jiangxi University of Science and TechnologyGanzhou 341000China Department of Plant&Environmental Sciences Pee Dee Research&Education CenterClemson UniversityFlorenceSC 29506USA Graduate School of Horticulture Chiba UniversityMatsudo271-8510Japan University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China

Rhizodeposits in rice paddy soil are important in global C sequestration and *** study explored the effects of elevated CO_(2) and N fertilization during the rice growing season on the subsequent mineralization and retention of rhizodeposit-C in soil aggregates after ***(Oryza sativa L.)was labeled with ^(13)CO_(2) under ambient(400 ppm)and elevated(800 ppm)CO_(2) concentrations with and without N *** harvest,soil with labeled rhizodeposits was collected,separated into three aggregate size fractions,and flood-incubated for 100 *** initial rhizodeposit-^(13)C content of N-fertilized microaggregates was less than 65%of that of non-fertilized *** the incubation of microaggregates separated from N-fertilized soils,3%–9%and 9%–16%more proportion of rhizodeposit-^(13)C was mineralized to ^(13)CO_(2),and incorporated into the microbial biomass,respectively,while less was allocated to soil organic carbon than in the non-fertilized *** CO_(2) increased the rhizodeposit-^(13)C content of all aggregate fractions by 10%–80%,while it reduced cumulative ^(13)CO_(2) emission and the bioavailable C pool size of rhizodeposit-C,especially in N-fertilized soil,except for the silt-clay *** also resulted in up to 23%less rhizodeposit-C incorporated into the microbial biomass of the three soil aggregates,and up to 23%more incorporated into soil organic *** results were relatively weak in the silt-clay *** CO_(2) and N fertilizer applied in rice growing season had a legacy effect on subsequent mineralization and retention of rhizodeposits in paddy soils after harvest,the extent of which varied among the soil aggregates.

关键词： Rice rhizodeposits Isotope labeling Aggregates Elevated carbon dioxide Nitrogen fertilizer

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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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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

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不同生育期光合碳在水稻-土壤系统中的分配及输入效率

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环境科学研究 2016年第10期29卷 1471-1478页

作者：王群艳祝贞科袁红朝隋方功朱捍华葛体达吴金水青岛农业大学资源与环境学院山东青岛266109 中国科学院亚热带农业生态研究所农业生态系统过程重点实验室湖南长沙410125

为了研究不同生育期光合碳在水稻-土壤系统中的分配与输入效率,通过盆栽试验,采用13C-CO2脉冲标记法,定量研究水稻不同生育期（分蘖期、拔节期、抽穗期和灌浆期）内光合碳在水稻-（根际/非根际）土壤系统中的分配及其对根际、非根际土... 详细信息

为了研究不同生育期光合碳在水稻-土壤系统中的分配与输入效率,通过盆栽试验,采用13C-CO2脉冲标记法,定量研究水稻不同生育期（分蘖期、拔节期、抽穗期和灌浆期）内光合碳在水稻-（根际/非根际）土壤系统中的分配及其对根际、非根际土壤有机碳的贡献.结果表明：13C-CO2脉冲标记6 h后,水稻地上部、根系和根际土中13C的丰度最大值均出现在分蘖期,分别达到1 864.7‰、842.6‰和-8.2‰,显著高于后3个生育期.分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期这4个生育期水稻光合13C在地上部的分配比例依次增加,而在根部和根际土中的分配比例逐渐减小;不同生育期水稻光合13C在水稻-土壤系统中的总回收率为72.0%-81.0%,在籽粒中的回收率由1.8%逐渐增至40.3%,在根部和土壤中的回收率逐渐下降,表明水稻生育前期光合作用更强,能够向地下部快速输入＂新碳＂.水稻生长至成熟后,茎叶中光合13C的分配比例由61.0%-93.1%降至32.8%-74.1%,而在籽粒、根部和根际土中的分配比例分别增加了1-2倍,表明水稻植株在生长过程中光合碳向籽粒和地下部传输.根际沉积效率随水稻的生长逐渐由分蘖期的11.0%降至灌浆期的4.1%;光合碳对土壤有机质的贡献也逐渐减低,而且对根际土的贡献显著大于非根际土,表明水稻生长速率决定了光合碳对土壤有机碳的贡献率,而水稻根际沉积效应是根际土壤有机质获得较高光合碳贡献率的主要原因.该研究进一步量化了水稻生长期间光合碳的分配及其对土壤有机碳库的贡献,有助于深入开展水稻土有机质积累持续机制与固碳潜力研究.

关键词：水稻光合碳生育期根际沉积土壤有机质 13C脉冲标记

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铁氧化物对厌氧水稻土中乙酸矿化、转化及其激发效应的影响

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土壤学报 2022年第6期59卷 1683-1694页

作者：王云秋李宇虹祝贞科吴金水葛体达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 中国科学院长沙农业环境观测研究站长沙410125 宁波大学植物病毒学研究所浙江宁波315211

乙酸是甲烷产生过程的重要底物,其在水稻土中的矿化和转化过程对水稻土碳循环和固碳减排具有重要意义。在长期淹水的水稻土中,铁作为重要的变价金属元素,对乙酸的矿化和转化可能具有重要影响。通过室内培养试验,向水稻土中添加^(13)C-... 详细信息

乙酸是甲烷产生过程的重要底物,其在水稻土中的矿化和转化过程对水稻土碳循环和固碳减排具有重要意义。在长期淹水的水稻土中,铁作为重要的变价金属元素,对乙酸的矿化和转化可能具有重要影响。通过室内培养试验,向水稻土中添加^(13)C-乙酸、水铁矿和针铁矿,动态监测厌氧培养(100d)期间CO_(2)和CH_(4)排放规律和土壤环境因子的变化规律,同时分析乙酸的矿化和转化特征以及CO_(2)和CH_(4)的激发效应,并解析不同铁氧化物在其中的作用效应。结果表明,培养结束后,仅添加乙酸的处理中33%和36%的乙酸分别矿化为CH_(4)和CO_(2),另外0.12%、2%和28%的乙酸分别形成了可溶性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)和土壤有机碳(SOC)。乙酸添加引起了CO_(2)负激发效应和CH_(4)正激发效应。土壤产生CO_(2)和CH_(4)比例因乙酸的添加由3.46︰1变为1.83︰1。针铁矿的添加显著增加了乙酸来源的CO_(2)累积排放量,但水铁矿对乙酸来源的CO_(2)累积排放量却无显著影响。水铁矿和针铁矿均显著降低了SOC来源的CO_(2)累积排放量,加剧了乙酸引起的CO_(2)负激发效应。水铁矿和针铁矿均显著降低了乙酸来源的CH_(4)累积排放量,对SOC来源的CH_(4)累积排放量无显著影响。水铁矿和针铁矿显著增加了乙酸转化为MBC和SOC的比例。因此,乙酸在土壤中的矿化和转化行为会影响土壤原有有机碳产生CO_(2)和CH_(4);水铁矿和针铁矿结晶程度不同,对乙酸的矿化、转化及其激发效应的影响也不同。研究结果可为稻田的固碳减排提供一定的理论依据和技术支撑。

关键词：水稻土乙酸甲烷二氧化碳铁氧化物激发效应

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稻田土壤固碳关键过程的生物地球化学机制及其碳中和对策

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中国生态农业学报（中英文） 2022年第4期30卷 592-602页

作者：祝贞科肖谋良魏亮王双丁济娜陈剑平葛体达宁波大学植物病毒学研究所/省部共建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315211

稻田生态系统具有碳源和碳汇双重功能,调控稻田土壤固碳减排,对于保障我国粮食安全以及实现“碳中和”目标具有重要意义。近年来,国内外学者在稻田土壤有机碳周转过程与机制方面开展了大量研究,本文从土壤有机碳的来源、转化、稳定与技... 详细信息

稻田生态系统具有碳源和碳汇双重功能,调控稻田土壤固碳减排,对于保障我国粮食安全以及实现“碳中和”目标具有重要意义。近年来,国内外学者在稻田土壤有机碳周转过程与机制方面开展了大量研究,本文从土壤有机碳的来源、转化、稳定与技术调控等方面,总结和分析稻田土壤固碳过程和机制,并提出应对“碳中和”的策略。稻田土壤有机碳主要来源于水稻秸秆、根系、根际沉积碳、微生物同化碳以及有机肥等。外源有机碳输入土壤后,其分解矿化过程首先受控于有机碳溶出过程,而微生物矿化溶出的有机碳过程与土壤水分条件、养分含量及其计量比、微生物活性等因素密切相关。除了矿化释放的有机碳,其余部分主要是通过微生物的同化代谢,形成活体微生物及其残留物,最终以团聚体保护、矿物结合态保护、微生物残体保护等形式固持于土壤中。我国水稻土具有显著的固碳效应,近40年来的实测数据表明,在水肥管理和秸秆还田等多举措实施下,我国亚热带水稻土耕作层有机碳含量增加了约60%。采用增碳减排措施,优化稻作系统耕作方式和田间管理模式,建立碳减排生态补偿机制,推动稻作系统纳入“碳交易”市场,对实现“碳中和”起到了积极作用。所以,在今后的研究中,需要深入阐明稻田固碳功能形成机制,提升核算与预测稻田碳中和能力,加快稻田碳中和技术研发,为提前实现“碳中和”战略目标提供科技支撑。

关键词：水稻土土壤有机碳土壤固碳温室气体减排水肥管理碳中和

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