Информация

6.8: Азотен цикъл - биология

6.8: Азотен цикъл - биология


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Люцерна, детелина, грах, боб, леща, лупина, мескит, рожков, соя и фъстъци. Какви са тези?

Бобови растения. Бобовите растения имат способността да фиксират атмосферния азот, поради взаимната симбиотична връзка с бактериите, открити в кореновите възли на тези растения.

Азотният цикъл

Азотът съставлява 78 процента от земната атмосфера. Това също е важна част от живите същества. Азотът се намира в протеините, нуклеиновите киселини и хлорофила. В азотен цикъл пренася азота през абиотичните и биотичните части на екосистемите. Фигура по-долу показва как азотът се движи през земна екосистема. Азотът преминава през подобен цикъл във водните екосистеми.

Азотният цикъл в земната екосистема. Циклите на азота между атмосферата и живите същества.

Въпреки че азотният газ съставлява по-голямата част от земната атмосфера, растенията не могат да използват този азотен газ, за ​​да произвеждат органични съединения за себе си и за други организми. Двата азотни атома в молекула азотен газ се държат заедно чрез много стабилна тройна връзка. Тази връзка трябва да бъде прекъсната, за да се използва азотът. Азотният газ трябва да се промени във форма, наречена нитрати, която растенията могат да абсорбират чрез корените си. Нарича се процесът на превръщане на азотния газ в нитрати фиксация на азот. Осъществява се от азотфиксиращи бактерии. Бактериите живеят в почвата и корените на бобови растения, като грах.

Когато растенията и други организми умират, разложителите разграждат останките им. В процеса те отделят азот под формата на амониеви йони. Този процес се наричаамонификация. Нитрифициращите бактерии променят амониевите йони в нитрити и нитрати. Някои от нитратите се използват от растенията. Процесът на превръщане на амониеви йони в нитрити или нитрати се нарича нитрификация. Други бактерии, наречени денитрифициращи бактерии, превръщат част от нитратите в почвата обратно в азотен газ в процес, наречен денитрификация. Процесът е противоположен на азотната фиксация. Денитрификацията връща азотния газ обратно в атмосферата, където може да продължи азотния цикъл.

Резюме

  • Азотният цикъл движи азота напред-назад между атмосферата и организмите.
  • Бактериите променят азотния газ от атмосферата в азотни съединения, които растенията могат да абсорбират.
  • Други бактерии променят азотните съединения обратно в азотен газ, който отново влиза в атмосферата.

Преглед

  1. Защо растенията не могат да използват директно азотен газ?
  2. Какво е азотна фиксация?
  3. Обяснете защо бактериите са съществени части от азотния цикъл.
  4. Какво е амонификация?

Цикли, фазова синхронизация и увличане в популации на фитопланктон от един вид

Сложна динамика, като популационни цикли, може да възникне, когато отделните членове на популацията се синхронизират. Въпреки това, е отворен въпросът колко лесно и чрез какви механизми могат да се появят цикли, управлявани от синхронизация, в неструктурирани микробни популации. В експериментални хемостати изследвахме големи популации (>10 9 клетки) от едноклетъчен фитопланктон, който показва редовни, индуцируеми и възпроизводими популационни колебания. Измерванията на разпределението на размера на клетките показват, че прогресията през митотичния цикъл е синхронизирана с циклите на популацията. Математически модел, който отчита както клетъчния цикъл, така и процесите на ниво популация, предполага, че циклите възникват, защото отделните клетки се синхронизират чрез взаимодействие помежду си чрез общия си хранителен пул. Външно смущение чрез директна манипулация на наличността на хранителни вещества доведе до нулиране на фазата, демаскиране на вътрешни трептения и създаване на преходен колективен цикъл, тъй като индивидите постепенно се отдалечават. Нашето проучване показва силна връзка между сложните вътреклетъчни процеси и динамиката на популацията, където синхронизираните клетъчни цикли на едноклетъчния фитопланктон осигуряват достатъчна структура на популацията, за да предизвикат колебания с малка амплитуда на ниво популация.

Фазовата синхронизация е регулиране на ритмите на осцилиращи обекти, което може да доведе до появата на сложно синхронизирано поведение (1–3), като периодични промени в цвета на каталитични микрочастици (4), едновременното мигане на светулки (5) или ритмично ръкопляскане на човешката публика (6). По същия начин, плътността на много екологични популации се колебае с честоти, които не могат да бъдат обяснени с дневни, годишни или други сезонни вариации (7–9). Често такива редовни трептения са причинени от многовидови взаимодействия (10–13). Експериментите показват, че популациите от един вид могат да претърпят редовни устойчиви или затихващи колебания (14, 15). „Цикъли на едно поколение“ и „цикли със забавена обратна връзка“ (16) са видове трептения от един вид, за които е известно, че възникват, когато жизнените скорости са зависими от плътността. Тук сме загрижени за колебанията на един вид, които възникват, когато индивидите синхронизират прогресията през жизнените си цикли. Синхронизацията може да бъде причинена от заключване на индивидуалните жизнени цикли към външна сила (увличане), но може да възникне и спонтанно чрез вътрешните взаимодействия между индивидите (2–4) и може да възникне в пространствено отдалечени популации (10, 13, 17 , 18). Популациите с очевидна вътрешна структура могат лесно да се синхронизират от екологични тригери, например популация от насекоми, която губи всички възрастни в резултат на настинка, преди да се произведат яйца и трябва да започне отново растежа на базата на оцелелата ларвна фракция от популацията. Обратно, малко се знае за потенциала за синхронизирани цикли в микробните популации, въпреки важната им роля във всички екосистеми по целия свят.

В това проучване ние експериментално индуцирахме редовни трептения в популации от едноклетъчни водорасли, които нямат отделни етапи на живот, различни от определени от клетъчния им цикъл. Осцилациите могат да се поддържат при липса на външни периодични ритми и могат да бъдат обяснени чрез колективна синхронизация между голяма популация от взаимодействащи фазови осцилатори, в съгласие с обобщена версия на модела на Курамото (19). Като се има предвид причинно-следствената връзка между клетъчния цикъл и цикъла на популацията, ние предоставяме доказателства за синхронизиране на осцилаторната динамика в биологичните нива на организация.

Проведохме експерименти с хемостат с три различни едноклетъчни сладководни вида фитопланктон и сравнихме динамиката с тези, предвидени от математически модел, който позволява наличието на азот и азотно-зависимата прогресия на фитопланктонните клетки през техния клетъчен цикъл (SI раздели 1 и 3). За проследяване на динамиката на фитопланктона в хемостатите използвахме автоматизирана система за измерване на изчезването на светлината (20) (SI Раздел 2). Това ни позволи да съберем измервания с чувствителност на сигнала и времева разделителна способност (5-минутни интервали), които са необичайно точни за експерименти с екологични времеви серии. В допълнение, ние използвахме брояч на частици, за да определим клетъчното изобилие и разпределение по размер (интервали от 4 до 12 часа). Използвахме клетъчния обем като прокси за фазата на клетъчния цикъл, в която се намира фитопланктонна клетка.


Взаимодействия на земния азот и въглеродния цикъл в глобален мащаб

Взаимодействията между земните азотни (N) и въглеродни (C) цикли оформят реакцията на екосистемите към глобалните промени. Въпреки това, глобалното разпределение на наличността на азот и неговото значение в глобалната биогеохимия и биогеохимичните взаимодействия с климатичната система остават несигурни. Въз основа на прогнози на земен модел на биосферата, мащабиращ екологичното разбиране на взаимодействията между азот и въглерод до глобални мащаби, се смята, че антропогенните добавки на азот от 1860 г. са обогатили земната биосфера с 1,3 Pg N, поддържайки секвестрацията на 11,2 Pg C. период от време, CO2 торенето е увеличило съхранението на въглерод на земята със 134,0 Pg C, увеличавайки запасите от земен азот с 1,2 Pg N. През 2001–2010 г. сухоземните екосистеми са улавяли приблизително общо 27 Tg N годишно -1 (1,9 Pg C годишно), от които -1 10 Tg N yr −1 (0,2 Pg C yr −1 ) се дължат на антропогенно отлагане на азот. Наличието на азот вече ограничава земното улавяне на въглерод в бореалната и умерената зона и ще ограничи бъдещото секвестиране на въглерод в отговор на CO2 торене (регионално с до 70% в сравнение с оценка без да се вземат предвид взаимодействията между азот и въглерод). Това намалено поглъщане на земен въглерод вероятно ще доминира ролята на земния азотен цикъл в климатичната система, тъй като ускорява натрупването на антропогенен CO2 в атмосферата. Въпреки това, увеличаването на N2Емисиите на O, дължащи се на антропогенния азот и изменението на климата (при скорост от приблизително 0,5 Tg N годишно −1 на 1°C градус на затопляне на климата) ще добавят важно дългосрочно климатично въздействие.

1. Въведение

Азотът е основен компонент на живите организми. Екосистемните налични форми на азот (амоний, както и нитрат сред другите окислени азотни форми), по-долу реактивни N (Nr), са оскъдни в невъзмутимите екосистеми поради ниските атмосферни входове, високите енергийни разходи за усвояване на елементарния N2 чрез биологична фиксация и загуби на азот за излугване и изпаряване, особено след смущения [1]. Продуктивността на растенията и почвените организми силно зависи от азота, налагайки стехиометрични ограничения на нивото на отделния организъм. Тези два факта водят до тясно свързване на земните азотни и въглеродни цикли, както се вижда от ограничената гъвкавост на стехиометрията на екосистемата C : N [2]. По този начин наличието на N играе важна роля в контролирането на производителността, структурата и пространствено-времевата динамика на сухоземните екосистеми: смущенията в азотния цикъл ще имат отражение във въглеродния цикъл и обратно.

Земните биогеохимични цикли са били нарушени в миналото от човешките действия, променящи земното покритие и използването на земята, чрез увеличаване на атмосферното изобилие от CO2и чрез удвояване на входовете на Nr чрез изгарянето на изкопаеми горива и създаването на селскостопански тор от 1860 г. [3,4]. Тези антропогенни промени трябва да са имали последици за наземните запаси и оборота на азот и въглерод. Въпреки това, поради несигурността в (i) глобалното разпределение на наличността и търсенето на азот в земните екосистеми, (ii) капацитета на земната биосфера да задържа добавения азот и (iii) плътността на връзката между земния азот и въглерода цикли, тези последици не са добре разбрани. Регионалното разпределение на антропогенната смущения също е важно да се вземе предвид, тъй като наторяването от антропогенен CO2— дори и регионално ограничен от наличността на азот — е повсеместен, докато високите нива на антропогенен Nr засягат само малка част от глобалната земна повърхност, а промените в земеползването действат главно локално.

Количественото определяне на промените в земните въглеродни и азотни бюджети е от значение не само за разбиране на съдбата на антропогенния Nr, и каскадните ефекти на този азот, но и защото тези промени имат значение за климатичната система [4]. Ограничената естествена наличност на азот намалява потенциала за съхранение на въглерод в земната биосфера. Антропогенен Нr отлагането обикновено увеличава земното улавяне на C и по този начин намалява скоростта на антропогенния CO2 натрупване в атмосферата, но в същото време увеличава загубите на азот, например за парниковия газ N2O, което може да компенсира ползите от климата, свързани с C-цикъла [5,6]. Това е важно, тъй като дългият атмосферен живот на N2O може да трансформира дори фини, но дългосрочни промени в земните емисии в значителна климатична сила.

Целта на тази статия е да предостави оценка на настоящите и бъдещите взаимодействия азот-въглерод с акцент върху ролята на естествените и нарушените земни азотни цикли при оформянето на земния нетен въглероден и азотен баланс и обратната връзка на земния въглерод-климат. Пакет от нови глобални екосистемни модели, който интегрира текущото екологично и биогеохимично разбиране с базирани на процеси описания на земния енергиен и воден баланс при сравнително висока пространствена разделителна способност, сега е наличен за такава задача [7]. Досега обаче не са извършвани систематични и изчерпателни анализи с няколко модела, които биха позволили систематичен моделен синтез. Ето защо представям минали, настоящи и бъдещи бюджети за азот и въглерод въз основа само на един модел, модела O–CN [6,8], и обсъждам несигурността, свързана с прилагането на този модел в светлината на други изследвания на моделиране и независими оценки .

2. Материал и методи

(а) Моделът O-CN

O–CN [6,8] е земен модел на биосфера, който е разработен от модела на земната повърхност ORCHIDEE [9] и описва потоците на азот и въглерод и запасите от растителна и почвена органична материя за 10 естествени функционални типа на растенията, както и C3 и C4 обработваеми земи в половинчасов мащаб. Биогеохимичните потоци са тясно свързани с изчисленията на земния енергиен и воден баланс. Наличността на азот директно контролира фотосинтезата и дишането на растителността чрез концентрациите на азот в тъканите и ефектите върху разпределението на растенията (например съотношение корен : издънки), и по този начин площта на листната маса и растежа на корена. Наличността на азот също влияе върху чувствителната към температурата скорост на разлагане на органичната материя и нетната минерализация на азота. Стехиометрията на растителните тъкани, постелята и почвената органична материя варира прогностично в наблюдаваните граници, в зависимост от относителната наличност на азот и въглерод. Моделираната екосистема получава Nr входове от биологична азотфиксация и атмосферни Nr отлагане и симулира загубите на азот от излугване и изпаряване въз основа на базирана на процес симулация на нитрификация и денитрификация. Торът се прилага върху фракцията на обработваемата земя на всяка клетка на моделната мрежа на различни дати през вегетационния сезон, но третирането на управлението на обработваемата земя и отстраняването на биомаса е много просто и системите за оборски тор не се вземат предвид. O-CN не симулира индустриалните източници и атмосферния транспорт на Nr. Моделът е оценен и приложен за изследване на взаимодействията на азота и въглеродния цикъл през последните няколко десетилетия и е установено, че симулира въглеродни и азотни потоци, които обикновено са съизмерими с настоящото разбиране [6,8,10,11].

(б) Протокол за моделиране

O-CN беше приложен при 3,75 ° × 2,5 ° пространствена разделителна способност. Моделът е приведен в стационарно състояние за 1860 условия и след това се изпълнява преходно във факторен дизайн, за да се идентифицира приносът на отделните движещи сили. За да се изолират ефектите от динамиката на азота, моделът е стартиран два пъти, веднъж с изрично отчитане на динамиката на азота (наричана O–CN) и веднъж с концентрации на азот, зададени на глобални средни стойности на наблюдаваните стойности (наричани O–C ), така че продуктивността на растенията и разлагането на почвената органична материя съответстват на екосистема със средна наличност на азот, без да се отчитат пространствено-временните модели на наличност на N. Бяха извършени два комплекта симулации: „исторически“ цикъл, задвижван от наблюдавани или реконструирани промени в използването на земята, климата, атмосферния CO2, торене на обработваема земя и атмосферно отлагане (1860–2010) и „бъдещ“ цикъл (1860–2100) с намален набор от форсиране (климат, атмосферен CO2 и Нr отлагане) за сценарий A2 на Междуправителствената група по изменение на климата (IPCC) Специален доклад за сценариите за емисии (SRES).

(c) Набори от данни

(i) Исторически пробег

Форсирането на климата (1901–2010) е взето от набора от данни CRU-NCEP (v. 4 [12]) в пространствено деградирана форма (при 3,75° × 2,5° пространствена разделителна способност), предоставена от C. Huntingford (2012, лична комуникация) . За периода 1860–2005 г. са използвани решетки от времеви редове на нивата на торене на обработваемата земя [6] и годишните промени в земеползването [13], като след това се приемат постоянни. Биологичното фиксиране на азот в естествената растителност е предписано въз основа на климатология, разработена след Кливланд et al. [11,14]. За да се оцени несигурността, свързана с оценката на отлагането на азот, десетични времеви отрязъци от месечните полета за отлагане на азот бяха получени от два атмосферни химични транспортни модела (CTM), TM5 [15] и NCAR-CTM [16] и линейно интерполирани, за да се достигне до годишни стойности. Няма налични оценки след 2000 г. за TM5. Те са конструирани чрез екстраполиране на оценката на TM5 за 2000 г. до 2001–2010 г., като се използват месечните тенденции в мрежовата клетка на NCAR-CTM.

(ii) Бъдещо изпълнение

Бъдещите прогнози са описани подробно от Zaehle et al. [10]. Симулациите бяха принудени с климата на SRES A2 и атмосферния CO2 сценарий за промяна на климатичния модел IPSL-CM4 [17] и сценарий за отлагане на азот, който увеличава отлагането на сушата от 10 Tg N годишно -1 (1860) на 51 Tg N годишно -1 (1993) и 106 Tg N годишно −1 (2050), след което се приема, че е постоянна [3]. Това приблизително следва горната граница на сценариите за отлагане на азот за представителен път на концентрация (RCP) [18].

3. Резултати

(a) Текущият глобален земен бюджет за азот и въглерод

Съвременният бюджет за азот и въглерод, показан на фигура 1 (виж също таблица 1) за 2001–2010 г., се основава на „невъзмутимото“ състояние на циклите (1860-те) и историческите промени в земното покритие, климата, атмосферния CO2 изобилие и антропогенен Nr вноски от атмосферно отлагане и прилагане на торове между 1860 и 2010 г.

Таблица 1. Глобални и континентални бюджети за въглерод и азот за годините 2001–2010, извлечени от симулациите на O–CN, задвижвани с NCAR (TM5) полета за отлагане на азот.BNF, биологична азотфиксация GPP, бруто първично производство NBP, нетно производство на биоми = нетно производство на екосистеми − антропогенни загуби на C.

Фигура 1. Глобалните въглеродни и азотни цикли за 2001–2010 г. на сухоземните екосистеми. Стойностите в скоби са промените от прединдустриалните равновесни потоци (1860-те години) поради използването на земята, климата и атмосферния CO2 промяна (синьо) и антропогенни азотни добавки (червено). Въглеродни потоци: Pg C yr −1 азотни потоци: Tg N yr −1 . НЕх, Н2О и Н2 емисиите са само от почви. Ра, Рr и Рз са съответно автотрофно, ризосферно и хетеротрофно дишане. BNF, биологична азотфиксация GPP, брутна първична продукция.

(i) Бюджет за азот

През 2001–2010 г. директен (Нr добавки) или непряко (промяна в земеползването, изменение на климата и увеличаване на атмосферния CO2) антропогенните фактори са отговорни за 0,5 Pg N от азота, съхраняван в растителността (15% от общото количество), и за 1,6 Pg N (2%), съхраняван в почвите и постелята (с изключение на влажните зони и вечно замръзналите почви, фигура 2). Най-значимата причина за промените на N в растителността преди 60-те години на миналия век е изчистването на горите, което само частично е компенсирано от увеличеното улавяне поради CO2 Оплождане. Антропогенен Нr играе нарастваща роля след 1960 г., но остава само скромна причина за допълнителен N, съхраняван в растителността в сравнение с другите двигатели. Обратно, антропогенният Nr значително увеличава почвения органичен азот — отчасти чрез намаляване на почвения C : N — като по този начин допринася за най-големия дял от значителното увеличение на почвения азот, докато ефектите на климатичните, атмосферни CO2 и промените в земеползването при съхранението на азот в почвата до голяма степен се анулират.

Фигура 2. Очаквано развитие на земните азотни запаси в (а) растителност и (б) постеля и почвена органична материя. Синята линия маркира промените само от промяната в земеползването, засенчените зони показват промените, дължащи се на отделни движещи сили, а черната линия обозначава общата промяна на съответния азотен басейн.

Средната скорост на улавяне на земен азот за 2001–2010 г. (27 Tg N годишно -1, фигура 3) е много малка част от годишния глобален оборот на земния азот (около 800 Tg N годишно -1). Тази оценка е малко по-малка от оценката на Galloway за 60 Tg N yr −1 et al. [3] за 90-те години. Въпреки това, Galloway не отдели секвестирането от износа на N поради използването на земята и промяната на земното покритие (15 Tg N годишно -1), което се сравнява добре с броя на износа, симулиран от модела на земната биосфера ISAM-CN (15,6 Tg N годишно -1 [19]). Приносът на глобалния Нr отлагането към секвестрацията на N 2001–2010 г. е 10 Tg N годишно -1 (фигура 3), което е много близко до оценката за 9 Tg N годишно -1 от Шлезингер [20], въз основа на допускането, че 50% от депозираният N над горите ще бъде секвестиран. В O–CN има голям пространствен градиент с близо 100% задържане в бедни на хранителни вещества бореални системи и почти никакво задържане в наситени с азот тропически и умерени екосистеми. Смята се, че задържането на азот в световен мащаб е намаляло от около 50% през 1860 г. до 30% в момента. Прогнозната степен на задържане достига своя връх през 80-те години на миналия век с около 16 Tg N годишно -1 и остава висока до началото на 1990-те, когато отлагането на N започва да намалява на регионално ниво (например в Централна Европа) и силно замърсените екосистеми достигат насищане. O–CN прогнозира постепенно нарастващи загуби на земен азот от 50-те години на миналия век, стагниращи на нива от 2000 г. в резултат на оценката за намаляване на глобалното отлагане на азот през 2001–2010 г., симулирана от NCAR-CTM. Това е значителна разлика спрямо екосистемите на обработваемите земи, които показват скромна и стабилна степен на улавяне на N от 80-те години на миналия век, но силно увеличаващи загубите от излугване и изпаряване с увеличаване на консумацията на тор.

Фигура 3. Очаквано развитие на земния азотен баланс поради (а) антропогенен Nr отлагане и (б) прилагане на тор. Сивата линия маркира промените в нетния баланс, предизвикани от промените в атмосферния CO2 изобилие и климат.

(ii) Азот-въглеродни връзки

Пространственият модел на наличност на N показва силен градиент на ширина, който е регионално доминиран от подписа на човешкия Nr смущения поради отлагане и торове. Фигура 4 показва резултантните модели на съвременно ограничаване на N на растежа на растителността и съхранението на въглерод, което следва отблизо модела на наличност на N: естествено високото ограничение на N в бореалната и умерената зона поради ниско естествено фиксиране на N е регионално доминирано от антропогенния Nr входове. Този регионален модел е в съответствие с настоящото разбиране [2,11], но е труден за количествена оценка поради липсата на подходящи наблюдения. Хиперспектралното дистанционно наблюдение може да бъде един от пътя напред, тъй като осигурява пряко измерване на хлорофила. Въпреки това, редица усложняващи фактори при тълкуването на тези данни възпрепятстват тяхното прилагане в момента [21].

Фигура 4. Средни оценки и ефект на динамиката на азота върху (а, б) концентрация на азот в листата, (в, г) нетна първична продукция и (д, е) жива биомаса за годините 2001–2010, симулирана от O–CN. Ефектът от N динамиката се изразява като процентно отклонение между оценките на модела O–CN и O–C.

Добавките на азот в земната биосфера са увеличили глобалната производителност с приблизително 2,6 Pg C годишно -1, което съответства на 2 процента от световното годишно общо производство и 12 процента от увеличението от прединдустриалните времена (таблица 2). Около 0,2 Pg C годишно -1 от това повишено производство се изолира в земната биосфера, което съответства на 10–20% от глобалното нетно поглъщане на въглерод от земята (таблица 2). По-ранни проучвания, базирани на прости биогеохимични модели и увеличаване на оценките за улавяне на въглерод, базирани на поле, оценяват секвестрацията на C въз основа на оценките за отлагане на N като 0,4–0,7 Pg C yr −1 през 1990 г. [5,22]. Оценката на базирания на процес модел O–CN, приложен тук, е малко по-ниска, но в рамките на моделните симулации с настоящото поколение модели на цикъла въглерод-азот (0,2–0,6 Tg N yr -1 [7]). През периода 1860–2010 г. 1,3 Pg N от добавения антропогенен азот предизвикват увеличение на земните запаси от C с 11,3 Pg C (таблица 2). Плътната стехиометрия на този нов материал е резултат от големия дял на секвестрация на N в почви с ниско съотношение C : N, както и от увеличаване на концентрациите на N в тъканите и почвата. Антропогенният Нr по този начин добавките обогатяват биосферата с азот спрямо въглерода. Това е поразителна разлика спрямо последствията CO2 торене, което води до секвестрация на 135 Pg C, но само на 1,2 Pg N, предимно в растителността.

Таблица 2. Приписване на промените в глобалния азотен бюджет от 1860 до 2010 г., дължащи се на промени в земното покритие и земеползването („LUCC“), увеличен атмосферен CO2 изобилие („CO2“), климатична променливост и промени („климат“), антропогенни реактивни азотни добавки („отлагане“) и прилагане на промишлени торове („тор“). Имайте предвид, че този анализ не взема предвид добавките на оборски тор. Емисиите от земеползването през 2000–2010 г. са подценени, тъй като наборът от данни за промени в земеползването спира през 2005 г. [13]. Стойностите се отчитат от симулации, управлявани с NCAR (TM5) полета за отлагане на азот. GPP, Брутно първично производство NBP, нетно производство на биоми = нетно екосистемно производство – антропогенни загуби на C.

Допълнителното улавяне на въглерод поради антропогенния Nr добавките имат забележим, но малък охлаждащ ефект за климатичната система, тъй като намалява нивото на атмосферния CO2 натрупване поради изгаряне на изкопаеми горива. Взаимодействията азот-въглерод имат допълнителни последици, свързани с климата, тъй като повишеното усвояване на N от растенията поради CO2 торенето намалява загубите на азот в световен мащаб, включително наземния N2O емисии от почви (таблица 2). Това противодейства на силното симулирано увеличение на земния N2Емисии на О, дължащи се на скорошни климатични промени (0,8 Tg N годишно -1, което съответства на увеличение от 13% спрямо прединдустриалните условия). По-високите температури ще засилят цикъла на азот и вероятно също N2Производство на O, където N не е ограничаващо [23]. Въпреки това, има смесени емпирични доказателства от експерименти за затопляне на екосистемите, които показват различни реакции на почвата N2О емисии, произтичащи от едновременните ефекти от промените в режима на влага, търсенето на азот от растения и микроби и биоразнообразието [24–27]. В съгласие с по-ранни проучвания [5,6], доминиращата причина за очакваното увеличение на земните N2О емисиите са антропогенни Nr суровини (таблица 2), които намаляват или дори свръхкомпенсират климатичните ползи от улавянето на въглерод в отговор на антропогенния Nr входове. Има и леко увеличение на NOх емисии от естествени и наторени почви (таблица 2), с все още неопределени количествено въздействие върху климатичната система. Тази антропогенна почва обаче НЕх източникът остава малък в сравнение с антропогенния NOх от източници на горене, което в световен мащаб има силно отрицателно въздействие върху климатичните условия [28]. Въпреки че всички тези промени имат значение за климатичната система, нетният ефект от антропогенния Nr за климатичната система все още не е известно [29].

(б) Бъдещи прогнози на динамиката на свързания азот-въглероден цикъл

Фигура 5 илюстрира развитието на ограничаване на азота върху производството на наземни растения и улавянето на въглерод между 1950 и 2100 г., въз основа на прогнози със сценария SRES A″. Увеличаване на атмосферния CO2 повишава продуктивността на растенията и следователно търсенето на N, което увеличава ограничаването на азота, тъй като по-високото търсене не може да бъде напълно задоволено чрез намалени загуби на азот, увеличаване на отлагането на N или биологично фиксиране на N. Това допълнително ограничение е най-силно изразено в бореалната зона, където N ограниченията отслабват директния CO2 ефект на торене върху растителната продукция с повече от 50% и върху улавянето на въглерод с почти 80% (през 2100 г.) спрямо прогноза, която не взема изрично предвид ограничението на N (фигура 5д, е). Тези прогнози до голяма степен съответстват на важността на ограничението на азота в CO в свободен въздух2 експерименти за обогатяване [30,31] и симулирано географско разпределение на ограничаване на азота (фигура 4).

Фигура 5. Очаквано намаление на (а, в, д) земно нетно първично производство и (b,d,f) земно улавяне на въглерод поради изрично отчитане на динамиката на N по сценария SRES A2, изразено като разлика между симулациите O–CN и O–C. (а, б) Общата сума, (в, г) умерените и (д, е) бореалните широчинни ленти. Процентните числа в (b,d,f) се отнасят до относителната разлика между моделните симулации със и без N динамика. Сини линии, CO2 червени линии, климатични жълти линии, черни линии на N-отлагане, всички фактори.

В съответствие с данни от наблюдения от проучване за затопляне на горската почва в умерените райони [32], затоплянето увеличава секвестрацията на въглерод поради реминерализацията на азота от почвата, което наторява растителността и по този начин увеличава натрупването на биомаса. Този климатичен ефект се симулира като повишена производителност през по-голямата част от двадесет и първи век в бореалните и умерените зони, но глобалният ефект е доста малък поради противоположните тенденции в тропическите региони, свързани с увеличените разходи за дишане. Същите процеси действат в две други глобални моделиращи изследвания [33,34]. Тези две проучвания обаче предполагат по-силен положителен ефект от изменението на климата, така че в тези проучвания общият въглероден баланс през 2100 г. се променя от отрицателен въглероден баланс към положителен въглероден баланс поради съображенията за взаимодействията между азот и въглерод.

Тук се оценява, че отлагането на азот играе само малка роля в бъдещото поглъщане на въглерод (фигура 5), както се съобщава и от симулация с модела на земната биосфера CLM4 [33]. Секвестрацията на C в резултат на антропогенна Nr отлагането (27 Pg C, секвестиране също 3,9 Pg N) е малко по-малко от секвестрацията в резултат на индуцирана от изменението на климата реминерализация на почвения азот и засилен растеж на растителност (44 Pg C, повторно улавяне на 1,2 Pg N). Задълбочен анализ на ефектите от бъдещия Nr все още липсва отлагане. Въпреки това, като се имат предвид тези резултати, Нr отлагането трябва да бъде компонент от бъдещите прогнози за глобалния въглероден цикъл.

N ограничаване на CO2 торенето доминира в изчислената дългосрочна тенденция на земно улавяне на въглерод във всички широчини (фигура 5), в съответствие с две други независими проучвания за моделиране [33,34]. Доминирането на намаления CO2 торенето поради ограничаване на N има важни последици за прогнозите за бъдещи климатични промени с интерактивно биогеохимично циклиране: пренебрегване на изричното третиране на N динамиката в проучвания за моделиране на климата с комбиниран въглероден цикъл, като например Проекта за взаимно сравнение на модела на комбинирания климат-въглероден цикъл (C4MIP) [35 ] ще доведе до подценяване на натрупването на изкопаем CO2 в атмосферата [7]. За модела O–CN и сценария SRES A2, динамиката на азота намалява глобалното улавяне на въглерод между 1860 и 2100 г. със 164 Pg C (358 Pg C за CO2 само ефект на торене), поради регионален дефицит на азот от 5,7 (12,0) Pg N. В зависимост от това дали радиационното въздействие в моделите на земната система е предписано (форсиране от типа RCP) или се изчислява въз основа на парниковия газ и аерозолното натоварване на атмосферата , пренебрегването на взаимодействията азот-въглерод ще доведе до подценяване на необходимостта от намаляване на емисиите от усилията за улавяне на въглерод, за да се отговори на определен радиационен път на принудително въздействие или съответно скоростта на изменението на климата. Реминерализацията на азота, дължаща се на ускорен оборот на почвената органична материя, и отлагането на реактивно отлагане на азот не са достатъчно силни, за да противодействат на това явление, въпреки че водят до повишено улавяне на въглерод.

Бъдещите промени в земния азотен и въглероден баланс също предизвикват промени в NOх и Н2O емисии от почви. O–CN предполага промяна от +3,1 (−0,8) Tg N годишно −1 от прединдустриален до 2100 почвен N2О емисии, дължащи се на изменението на климата (CO2 торене), като подобни промени настъпват и за земната почва NOх източник. Този резултат предполага положителен земен N2O-климатична обратна връзка от 0,54 Tg N годишно −1 K −1, която би била отслабена от по-малка отрицателна концентрация на въглерод–N2O обратна връзка. Въпреки това, човек трябва да има ограничено доверие в тази оценка от един модел и един сценарий. Обратната връзка от тази величина би била достатъчно важна, за да изисква по-нататъшно разглеждане в свързаните биогеохимия-климатични модели, въпреки че биосферната обратна връзка може, както при антропогенния CO2, да бъде малък в сравнение с бъдещите антропогенни емисии на N2O от управлявани екосистеми [36].

4. Обсъждане

Това проучване осигурява напредък в сравнение с предишни оценки [3,20], тъй като разчита на модел на екосистема, базиран на процеси, който интегрира ключовите взаимодействия въглерод-азот и тяхното свързване с биогеофизичните процеси, като същевременно отчита въздействието на атмосферните (климат, CO2) и промени в земното покритие. Таблици 1 и 2 предоставят оценка на несигурността, свързана с оценките за отлагането на азот, и показват, че симулираните тенденции и пространствени модели са доста стабилни спрямо тези несигурности. Регионално важни типове екосистеми (например екосистеми на влажни зони и торфища [37]), характеристики на управлението на земята (като например земеделие, ефективно с азот, земеделие на основата на оборски тор [38]) и ефектите на Nr-замърсяването на въздуха (като тропосферния озон [39]) са пренебрегнати, тъй като не могат да бъдат симулирани от настоящата версия на O–CN, но въпреки това те могат да бъдат глобално значими.

Повишената сложност на анализите въвежда нови несигурности. Докато симулираните тенденции се считат за стабилни, други модели на цикъла въглерод-азот могат да дадат значително различни оценки. Основните несигурности при моделирането включват: (i) реакцията на фотосинтезата на нивото на сенника към добавянето на азот (ii) промени в моделите на разпределение (съотношение корен: издънки) (iii) конкуренцията на растенията и почвените микроби за добавените (или намалените) ) количество азот и следователно времева динамика на съдбата на добавения N (iv) промяната на стехиометрията на екосистемата с течение на времето (v) реакции и контроли върху биологичното фиксиране на N и (iv) фракцията на N, която се изнася от екосистеми. Оценката спрямо експериментите за манипулиране на екосистемата, които бяха част от оценката на модела O–CN [8,10], помагат да се разбере дали чувствителността на модела към смущенията е адекватна. Въпреки това, интерпретацията на тези експерименти е сложна и тяхната регионална представителност е неясна, така че, докато чувствителността на O-CN изглежда разумна, остават големи несигурности в моделираните отговори, което изисква допълнителни оценки.

Друг фактор, пропуснат в тази оценка, е съвместното ограничаване на земните азотни и въглеродни цикли от фосфора. Растенията са развили стратегии за достъп до почвата P, използвайки ексудация на фосфатаза, така че ограничаването на P се случва главно върху стари, дълбоко изветрени и P-лишени почви [40]. Представените тук резултати са в съответствие с хипотезата [41,42], че умерените и бореалните екосистеми са ограничени от N, докато влажните тропици не са. Като се има предвид, че по-голямата част от антропогенното смущение на азотния цикъл досега се е случило в предимно N-ограничени региони, малко вероятно е анализите на съдбата на антропогенния N и неговите последици за въглеродния цикъл да бъдат драстично променени, когато се отчита цикълът на фосфора . Въпреки това бъдещите прогнози на глобалния въглероден цикъл ще бъдат различни в регионите, където преобладава ограничението на P.

5. Заключителни бележки

Оценките, представени в това изследване, са резултат от най-съвременен модел на земна биосфера, интегриращ разбирането на биофизични, биогеохимични и екологични процеси.Във всеки такъв модел има значителна несигурност и систематичната оценка на взаимодействията азот-въглерод на цикъла от ансамбъл от такива модели изглежда логичната следваща стъпка, която трябва да се направи. Въпреки това някои изводи изглеждат надеждни:

- антропогенен Nr добавките понастоящем подобряват улавянето на азот и въглерод в биосферата (фигура 1), но същевременно причиняват повишени емисии на NOх и Н2О от почви. Всеки от факторите е достатъчно голям, за да има значение за климатичната система, но нетният климатичен ефект все още е несигурен

— азотът ограничава земната продуктивност в много екосистеми и следователно способността на земната биосфера да улавя въглерод в отговор на повишеното изобилие от CO в атмосферата2

— регионалните и глобалните стратегии за увеличаване на наземното съхранение на въглерод в дървесната биомаса или в почвите трябва да вземат предвид последствията за кръговрата на хранителните вещества и да предвидят ефектите от ограничаването на хранителните вещества, когато се обсъжда ефективността на различните мерки и

— бъдещите прогнози за глобалния въглероден цикъл ще подценят частта на антропогенния CO на базата на изкопаеми горива2 емисии, оставащи в атмосферата, освен ако не се вземе предвид динамиката на азота. Поради тясното свързване на земните азотни и въглеродни цикли и техните взаимодействия с климата, динамиката на азота трябва да се отчете интерактивно в следващото поколение модели на земната система, предназначени за дългосрочни изследвания на биогеохимични и климатични взаимодействия.


Азотен цикъл - PowerPoint PPT презентация

PowerShow.com е водещ уебсайт за споделяне на презентации/слайдшоу. Независимо дали приложението ви е бизнес, инструкции, образование, медицина, училище, църква, продажби, маркетинг, онлайн обучение или просто за забавление, PowerShow.com е страхотен ресурс. И най-хубавото е, че повечето от страхотните му функции са безплатни и лесни за използване.

Можете да използвате PowerShow.com, за да намерите и изтеглите примерни онлайн PowerPoint ppt презентации на почти всяка тема, която можете да си представите, за да можете да научите как да подобрите своите собствени слайдове и презентации безплатно. Или го използвайте, за да намерите и изтегляте висококачествени презентации на PowerPoint ppt с илюстрирани или анимирани слайдове, които ще ви научат как да правите нещо ново, също безплатно. Или го използвайте, за да качите свои собствени слайдове на PowerPoint, за да можете да ги споделите с вашите учители, клас, ученици, шефове, служители, клиенти, потенциални инвеститори или целия свят. Или го използвайте, за да създадете наистина страхотни слайдшоута със снимки - с 2D и 3D преходи, анимация и избор на музика - които можете да споделите с приятелите си във Facebook или кръговете в Google+. Всичко това също е безплатно!

Срещу малка такса можете да получите най-добрата онлайн поверителност в индустрията или публично да популяризирате вашите презентации и слайдшоута с най-високо класиране. Но освен това е безплатно. Ние дори ще преобразуваме вашите презентации и слайдшоута в универсалния Flash формат с цялата им оригинална мултимедийна слава, включително анимация, 2D и 3D ефекти на преход, вградена музика или друго аудио или дори видео, вградено в слайдове. Всичко безплатно. Повечето от презентациите и слайдшоута на PowerShow.com са безплатни за гледане, много дори са безплатни за изтегляне. (Можете да изберете дали да позволите на хората да изтеглят оригиналните ви презентации на PowerPoint и слайдшоута със снимки срещу заплащане или безплатно или изобщо.) Разгледайте PowerShow.com днес - БЕЗПЛАТНО. Наистина има по нещо за всеки!

презентации безплатно. Или го използвайте, за да намерите и изтегляте висококачествени презентации на PowerPoint ppt с илюстрирани или анимирани слайдове, които ще ви научат как да правите нещо ново, също безплатно. Или го използвайте, за да качите свои собствени слайдове на PowerPoint, за да можете да ги споделите с вашите учители, клас, ученици, шефове, служители, клиенти, потенциални инвеститори или целия свят. Или го използвайте, за да създадете наистина страхотни слайдшоута със снимки - с 2D и 3D преходи, анимация и избор на музика - които можете да споделите с приятелите си във Facebook или кръговете в Google+. Всичко това също е безплатно!


Кондициониране на почвата: ръководство стъпка по стъпка

pH на почвата е отличен химичен индикатор за състоянието на почвата (качество и нейната способност да използва както макро, така и микроелементи за културата) в допълнение към други качества на структурата на почвата. pH на почвата също влияе върху микробната активност в почвата, което може да повлияе на растежа и добива на културите.

Защо вземането на проби и анализа на почвата е важно?

Целите на вземането и анализа на почвата са:

  • определя средния хранителен статус в полето
  • определете pH и препоръчайте кондициониране на почвата
  • определяне на съдържанието на глина за прилагане на хербициди, определяне на видовете култури за отглеждане и за напояване
  • за да се получи мярка за променливостта на хранителните вещества в полето. Когато променливостта е известна, приложението на тора може да се коригира, за да отговори по-тясно на нуждите от допълнителни хранителни вещества на културата за специфични полеви площи. Правилното използване на хранителни вещества за тор може да доведе до повишен добив, намалени разходи и намалено потенциално замърсяване на околната среда.
  • Важно е да се вземат проби от почвите за анализ на всеки 3-4 години в зависимост от типа почва.

Как да вземаме проби от почви?

  • Най-често използваната процедура за вземане на проби от почвата ще се основава на типа почва.
  • Полетата са разделени на блокове за вземане на проби, които съдържат подобни почви, напр. блок A, B, C и така нататък.
  • Склоновете на хълмовете се държат отделно от дъното, тъй като типовете почви ще варират значително.
  • Картите за изследване на почвата, ако е приложимо, могат да помогнат за организирането на почвените типове в цялата зона за вземане на проби. Не е задължително да се вземат проби за всеки тип почва, но подобни почви трябва да се съхраняват заедно.
  • Методите на зигзаг, произволен и кръстосано диагонал се използват обикновено и се препоръчват, когато пробите се вземат в зигзагообразен или кръстосан диагонален формат от блок. Това ще доведе до извадка, която научно представя целия блок.
  • Блокът за вземане на проби ще зависи от почвите и топографията. По принцип блок от 10-20 ха се счита за максимален размер.
  • Може да са необходими по-малки блокове за вземане на проби, ако почвите са доста променливи или проблемът с производството е очевиден и очевиден.
  • След като се определи блокът за вземане на проби, трябва да се вземе достатъчен брой места/ядра, за да се получи представителна проба. Обикновено това са 10 до 20 сайта. Дълбочината на пробата за повърхностни почви би била около 20 cm или толкова дълбока, колкото е основната обработка на почвата или по-специално толкова дълбока, колкото кореновата зона на предвидената култура(и). Това се нарича още слой за обработка на почвата.
  • Най-често използваните инструменти за вземане на проби са шнекове, сонди, мотики или понякога лопати.
  • Пробите от различни места в блок след това се смесват старателно и се съхраняват в джоб каки и се етикетират. Пробите трябва да бъдат изсушени на слънце, за да се отстрани влагата, преди да бъдат пакетирани. Информацията върху етикетите трябва да включва име на земеделски производител, име на ферма, данни за контакт, име на блок, дата на заснемане и предвидена реколта, преди да бъдат представени за анализ в одобрени лаборатории.

Пример: Метод на произволна извадка

Кога да вземаме проби от почви?

  • Зимата (точно след прибиране на лятна реколта) е идеалното време за вземане на почвени проби, с изключение на тестване за нитратен азот в песъчливи почви.
  • Зимното вземане на проби позволява повече време за получаване на резултатите от тестовата лаборатория и избягва натоварения лабораторен график през пролетта.
  • Получаването на резултати навреме също така ще позволи време за действие на препоръките, напр. ако се прилага вар, то най-доброто време е 3 – 6 месеца преди засаждане на културата и едновременно със зимната обработка на почвата.
  • Средата или края на лятото е подходящото време за събиране на почвени проби за зимна пшеница.
  • Нивото на фосфор в почвата трябва да се определи преди сеитбата на зимната пшеница.
  • Нитратно-азотните тестове, направени преди засаждането на зимна пшеница, помагат да се предскажат нуждите от азотни торове за културата.
  • Препоръчва се вземането на почвени проби след 2 до 4 години използване на земята, за да се определи pH и други аспекти на качеството на почвата.

Какво представляват киселите почви?

  • Това са почви с рН мярка по-малко от 7 по скала на калциев хлорид в Зимбабве. Тези почви съдържат високи нива на активен водород и/или алуминий по отношение на нивата на калций и магнезий.
  • Земеделските производители могат да подобрят качеството на почвата на киселите почви чрез варуване, за да коригират pH до нивата, необходими на културата, която ще се отглежда.
  • pH на почвата е мярката за киселинността или алкалността на почвата. Степента на киселинност или алкалност се определя чрез измерване на концентрацията на водородните йони в почвения разтвор. Това се изразява в скала с диапазон от 0 до 14.
  • Почва с pH 7 се счита за неутрална, докато по-малко от 6 се счита за кисела, а почва с pH по-високо от 7 се счита за алкална.

Какво причинява киселинността на почвите?

  • Почвите могат да станат по-кисели в резултат на прибиране на реколтата, премахване на основи като калций и магнезий от почвата. Това е нормален и естествен процес. Различните култури премахват различни количества калций и магнезий от почвата.
  • Валежите също оказват влияние върху pH на почвата, при което водата, преминаваща през почвата, извлича основни хранителни вещества като калций и магнезий извън зоната на корените в дренажната вода, като ги замества с киселинни елементи като водород, манган и алуминий и по този начин подкиселява почвата.
  • Прилагане на азотни торове напр. Амониевият нитрат или урея и в по-малка степен базалните торове допринасят за киселинността на почвата чрез нитрификация на амониевия до нитрат чрез процес, който освобождава водородни йони.
  • Органичната материя се разгражда естествено в почвата и се отделят водородни йони, което води до повишаване на киселинността на почвата. Растенията отделят водородни йони в почвата, което допринася за киселинността на почвата.

Защо киселинността на почвата има значение за продуктивността на културите?

  • Токсичност за реколтата: при понижаване на pH под 5,5 наличността на алуминий и манган се увеличава и може да достигне точка на токсичност за растението.
  • Излишните алуминиеви йони в почвения разтвор пречат на растежа и функционирането на корените, както и ограничават усвояването на някои хранителни вещества от растенията.
  • Ефект върху наличието на фосфор: Киселите почви карат фосфора да образува неразтворими съединения с алуминий и желязо. Варуването на почви с ниско pH разтваря тези неразтворими съединения и позволява на фосфора да бъде по-достъпен за усвояване на растенията
  • Наличност на микроелементи: Киселите почви влияят върху наличието на микроелементи в почвата и в крайна сметка общото развитие на културите и продуктивността Почвени организми: Някои микроорганизми, напр. важни бактерии и гъбички в почвата, свързани с нитрификацията, изискват определено ниво на pH на почвата, за да функционират ефективно в кисели почви (ниско pH).
  • Физическо състояние на почвата: Варуването подобрява физическата структура на почвата чрез намаляване на образуването на почвена кора/покриване и това насърчава по-доброто поникване на дребните посевни култури и в крайна сметка води до по-добри насаждения. Не забравяйте, че насажденията на населението са от ключово значение за постигането на по-високи добиви като цяло от всички култури
  • Ефективността на усвояване на NPK също може да бъде засегната

Следната таблица илюстрира ефективността на усвояване на NPK спрямо нивата на pH: Това е критична информация


4. Експериментална секция

4.1. Образци

Проби от седимент от резервоара бяха събрани от резервоара за питейна вода Zhoucun (34끖'38.74''N, 117끁'14.13''E). През юни 2011 г. повърхностните седименти бяха събрани на дълбок слой от 0 до 10 cm с помощта на стерилизиран пробоотборник от неръждаема стомана Petersen [38,40]. Взета е проба от водата от резервоара. Пробите бяха съхранявани в черни найлонови торбички при 4 ଌ и прехвърлени в Ключовата лаборатория по северозападни водни ресурси, околна среда и екология, Xi𠆚n University of Architecture and Technology.

4.2. Култури за обогатяване и изолиране на аеробни денитрификатори

100 mL пробата от утайката се добавя в 700 mL хетеротрофна обогатяваща денитрификация бульонна среда (HEDM) при pH 7.0𠄷.5: CH3COONa (0,5 g/L) NaNO3 (0,1 g/L) K2HPO4୳H2O (0,1 g/L) CaCl2 (0,05 g/L) MgCl2୶H2O (0,05 g/L) [38,40]. На всеки три дни премахвахме течната среда, намалявахме концентрацията на средата с една десета и поставяхме новата среда в утайката, докато концентрацията на HEDM стане една десета от първата концентрация. Обогатяването с аеробни денитрификатори продължи почти един месец [59]. Температурата и DO на културите за обогатяване се контролират при стайна температура и почти 5 mg/L. Проба от суспензията от обогатена утайка се взема чрез градиентно разреждане и градиентните разреждания се извършват, както следва: 10 𢄡 разреждане (1 mL суспензия от обогатена утайка се добавя към 9 mL стерилна дестилирана вода) 10 𢄢 &# разреждане (1 mL 10 x022121 суспензия за разреждане, добавена към 9 mL стерилна дестилирана вода) 10 𢄣 разреждане (1 mL 10 𢄢 суспензия за разреждане добавена към 9 mL стерилна дестилирана вода) 10 𢄤L разреждане добавена към 122124 разреждане 122124 разреждане 102 mL стерилна дестилирана вода) 10 𢄥 разреждане (1 mL 10 𢄤 суспензия за разреждане добавена към 9 mL стерилна дестилирана вода) 10 𢄦 разреждане (1 mL 10 𢄥 добавена разреждане на стерилна вода) суспензия за разреждане 19 𢄧 разреждане (1 mL 10 𢄦 разреждаща суспензия се добавя към 9 mL стерилна дестилирана вода). Получената бактериална суспензия се нанася на ивици върху плочи за скрининг среда и инкубационна температура от 30 °С в продължение на 3 дни. Скринингова среда (SM) [36] плака с агар (20 g/L) pH 7.0𠄷.5 CH3COONa (0,1 g/L) NaNO3 (0,02 g/L) K2HPO4୳H2O (0,02 g/L) CaCl2 (0,01 g/L) MgCl2୶H2О (0,01 g/L). Отделни колонии бяха избрани и пречистени чрез многократно нанасяне на ивици върху пресни агарови плочи. Изолатите бяха събрани и култивирани в SM среда с NaNO3 като единствен източник на азот за откриване на ефективността на аеробните денитрифициращи бактерии. В това изследване беше получен изолат N299 с висока ефективност на отстраняване на азот и SM наклонена среда при 4 ଌ и SM Glycerin среда при � ଌ.

4.3. Анализ на 16S rRNA генна последователност

16S rRNA последователността на Зооглоя sp. N299 се получава чрез PCR. PCR използва праймерите [60]: 7F 5'-CAGAGTTGATCCTGGCT-3' и 1540R 5'-AGGAGGTGATCCAGCCGCA-3'. PCR реакционната смес се състои от следните реагенти, които са екстрахирани и секвенирани от Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd. (Шанхай, Китай): 5× буфер (с Mg 2+) (2.5 μL), ДНК шаблон (0,5 μL), dNTP (всеки 2,5 mM), Taq ДНК полимераза (0,2 μL) и стерилна вода без нуклеаза до 25 μL. PCR се провежда, както следва: 94 ଌ за 4 минути за един цикъл и след това 30 цикъла на денатурация при 94 ଌ за 45 s, отгряване при 55 ଌ за 15 s и удължаване при 72 ° за 1 мин. След окончателно удължаване при 72 ଌ за 10 минути, реакциите се съхраняват при 4ଌ. Seqman беше използван за подравняване на последователностите. Търсенето на хомология на последователностите в GenBank беше извършено с помощта на BLAST (http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi). Дърво за присъединяване на съседи е конструирано в програмата MEGA5.0, използвайки метода за присъединяване на съседи (NJ) с максимален композитен модел на вероятност и 1000 копия за стартиране [35]. Културни щамове, силно подобни на родовете, са изброени на Фигура 2. И накрая, последователността на щама N299 е представена в GenBank за неговия номер за присъединяване, щамът също е депозиран в Китайския общ център за събиране на микробиологични култури (CGMCC).

4.4. Амплификация на гена napA

В дрямкаА се амплифицира с предните праймери NAP1: 5'-TCTGGACCATGGGCTTCAACCA-3' [48] и NAP2: 5'-ACGACGACCGGCCAGCGCAG-3' [48]. PCR реакционната смес (50 μL) се състои от 2× Taq Mastermix (0,1 U Taq Polymerase/μL), 500 μM dNTP, 20 mM Tris-HCl (pH 0,3, mM3), KClm 10 MgCl2 (25 μL), NAP1 (1 μL), NAP2 (1 μL) и стерилна вода без нуклеаза до 50 μL. Условията, използвани за тази реакция, бяха съгласно [48]: първоначално стартиране при 94 ଌ за пет минути за един цикъл, последвано от 30 цикъла на денатурация при 94 ଌ за 30 s, отгряване при 59 ଌ за 30 s и удължаване при 72 ଌ за 1 минута. След окончателно удължаване при 72 ଌ за 7 минути, реакциите се съхраняват при 4ଌ. PCR продуктите се разделят с помощта на електрофореза в 1.0% агарозен гел и след това се оцветяват с етидиев бромид за визуализация.

4.5. Характеристики на растежа на Zoogloea sp. N299

Характеристиките на растежа на изолирания щам N299 се определят чрез измерване на OD510 в експеримент с разклащаща се колба, в който 400 mL от течната SM среда се поставят в 1000 mL колби за разклащане, инокулират се с 4 mL щамова предварителна култура и след това се култивират при 30 °C. По време на инкубацията периодично се отстранява 3 mL култура за определяне на оптичната плътност на клетките. Аеробната денитрифицираща бактерия N299 се култивира предварително в продължение на 24 часа в 50 mL течна SM среда (без агар) в 100 mL Ерленмайерова колба при 30 ଌ и 120 rpm, за да бъде активирана [36]. Според проучването, проведено от Duu-Jong Lee [51], логистичното уравнение на растежа описва кривата на клетъчния растеж:

където T е времето (h) y(T) е плътността на бактериалните клетки при T h (OD) μ е максималната специфична скорост на клетъчен растеж (h 𢄡 ) и а е максималната плътност на бактериалните клетки (OD) ° С е плътността на бактериалните клетки (T = 0). Корелационният анализ с помощта на OriginPro (Версия 8.0, OriginLab Corporation, Northampton, MA, USA) дава резултат.

4.6. Ефективност на отстраняването на азот в система с чиста културална среда

Предварително култивираният щам N299 беше инокулиран в 10% (v/v) в 150 mL течен SM, short-SM и HNM от 250 mL Ерленмайерова колба при 30 ଌ, 120 rpm, съответно. Концентрациите на нитрати, нитрити, TN, TDN, TP, TOC и оптичната плътност на клетките (OD) бяха измерени, за да отразяват ефективността на денитрификацията на щама N299. Всички параметри бяха измерени в три екземпляра (н = 3). Средата SM включва, при рН 7.0𠄷.5: CH3COONa (0,1 g/L), NaNO3 (0,02 g/L), К2HPO4୳H2O (0,02 g/L), CaCl2(0,01 g/L) и MgCl2୶H2О (0,01 g/L). Кратка SM среда [59], при pH 7.0𠄷.5: CH3COONa (0,1 g/L), NaNO2 (0,018 g/L), K2HPO4୳H2O (0,02 g/L), CaCl2 (0,01 g/L), MgCl2୶H2О (0,01 g/L). Хетеротрофна нитрифицираща среда (HNM) [38] също беше приготвена при pH 7,0𠄷,5: CH3COONa (0,5 g/L), NH4Cl4 (0,1 g/L), К2HPO4୳H2O (0,1 g/L), CaCl2 (0,05 g/L) и MgCl2୶H2О (0,05 g/L).

4.7. Ефективност на отстраняването на азот в олиготрофна водна система с източник

За да се проучи дали добавящите агенти могат да пречистят стерилизираната олиготрофна изходна вода в резервоара и да се проучи дали бактериите в изходната вода повлияват денитрификацията на N299’s, бяха проведени експерименти със стерилизирана вода от резервоара и нестерилизирана изходна вода. Предварително култивираният N299 беше инокулиран в 10% (v/v) в 150 mL стерилизирана вода от олиготрофен резервоар и нестерилизирана олиготрофна изходна вода от 250 mL Ерленмайерова колба при 30 ଌ при 120 rpm. TN, TDN, TOC, оптичната плътност на клетките, pH и DO бяха измерени, за да отразяват ефективността на денитрификацията на N299. Всички параметри бяха измерени в три екземпляра (н = 3).

4.8. Влияние на различни фактори върху отстраняването на нитрати

Характеристиките на хетеротрофната аеробна денитрификация на изолирания щам бяха определени при различни условия на култивиране, включително източник на въглерод, температура, C/N, дозировка на инокулите (v/v) и рН. Глюкоза, натриев сукцинат, натриев цитрат и натриев ацетат бяха използвани за изследване на ефектите на източника на въглерод върху отстраняването на нитратите. За да се наблюдава ефектът на температурата върху отстраняването на нитратите, експериментът се провежда в диапазона от 10� ଌ. Ефектът на C/N (натриев ацетат като източник на въглерод) върху отстраняването на нитратите беше изследван чрез коригиране на съотношението между 1 и 10 с фиксирано количество от 3,54 mg/L NO3 − -N. Влиянието на дозата на инокулите (v/v) за отстраняване на нитрати се провежда чрез промяна на дозата на инокулите на 2%, 3%, 5% и 10%. Ефектът на pH върху отстраняването на нитратите беше изследван в 6, 7, 8, 9 и 10. Всички параметри бяха измерени в три екземпляра (н = 3).

4.9. Аналитични методи

Оптичната плътност на културалния бульон се измерва при 510 nm (OD510) с помощта на спектрофотометър (DR6000, HACH Company, Loveland, CO, USA) [61]. Нитритът се определя от н-(1-нафталин)-диаминоетан фотометрия метод [62]. TN и нитратите се измерват чрез фотометрия на солна киселина [62]. TP се измерва чрез спектрофотометричен метод на амониев молибдат [63]. TOC, определен от TOC анализатор (ET1020A, Шанхай, Китай). SEM, анализиран от S-3400N (Hitachi, Токио, Япония). Пробите от нитрати, нитрити, TDN, TOC и TP се филтруват с помощта на 0.45 μm целулозен-ацетатен филтър за отстраняване на бактерии. pH беше измерено от HQ11d (HACH Company) и DO беше измерено от HQ30d (HACH Company). Повърхностните утайки се събират в дълбок слой от 0 до 10 cm, като се използва стерилизиран пробоотборник от неръждаема стомана Petersen [38,40]. Филогенетичният анализ е конструиран в програма MEGA5.0, използвайки метод за присъединяване на съседи (NJ) и модел на максималната композитна вероятност [38].

4.10. Статистически анализи

Данните се представят като средни ± SD (стандартно отклонение на средните) и се анализират чрез еднопосочен ANOVA с HSD тест на Tukey’ (стр < 0,05) с помощта на софтуер SPSS (Версия 20.0, IBM Corporation, Armonk, Ню Йорк, САЩ).


Пресечени концепции

Преходните концепции имат приложение във всички области на науката. Като такива те са начин за свързване на различните области на науката. Те включват модели, причинно-следствени мащаби, пропорции и количествени системи и системи, модели на енергия и материя, структура и функция, стабилност и промяна. В Рамка подчертава, че тези концепции трябва да бъдат ясни за учениците, тъй като те предоставят организационна схема за взаимно свързване на знания от различни научни области в последователен и научно обоснован възглед за света.

1 . Модели

Наблюдаваните закономерности в природата ръководят организацията и класификацията и предизвикват въпроси за взаимоотношенията и причините, които са в основата им.

2 . Причина и следствие

Събитията имат причини, понякога прости, понякога многостранни. Дешифрирането на причинно-следствените връзки и механизмите, чрез които те са медиирани, е основна дейност на науката и инженерството.

3 . Мащаб, пропорция и количество

При разглеждането на явления е от решаващо значение да се разпознае какво е от значение в различни мащаби по размер, време и енергия и да се разпознаят пропорционални връзки между различните количества при промяна на скалите.

4 . Системи и системни модели

Системата е организирана група от свързани обекти или компоненти, моделите могат да се използват за разбиране и прогнозиране на поведението на системите.

5 . Енергия и Материя

Проследяването на потоците на енергия и материя, в, извън и вътре в системите помага на човек да разбере поведението на тяхната система.

6 . Структура и функция

Начинът, по който един обект е оформен или структуриран, определя много от неговите свойства и функции.

7 . Стабилност и промяна

Както за проектирани, така и за естествени системи, условията, които влияят на стабилността и факторите, които контролират скоростта на промяна, са критични елементи, които трябва да се разгледат и разберат.


Нашия подход

Персонализирани обучения

EduSakham предлага напълно персонализирано обучение за всеки потребител. Системата предоставя уникално изживяване за обучение за потребителя и им помага да научат концепциите на тяхното ниво. Потребителят може да завърши уроците със собствено темпо и да има достъп до тях от всяко място в движение. Всеки потребител получава свое собствено табло, което помага за проследяване на неговата ефективност и напредък. Потребителят може да има достъп до всеки урок по всяко време въз основа на собствените си нужди от обучение. Системата е проектирана по начин да подпомага ученето на всеки етап за всеки отделен обучаем.

Самостоятелно обучение

EduSakham предоставя курсове за самостоятелно обучение. Потребителите могат да научат уроците със собствено темпо и не остават изоставени за нито един от уроците. Всеки потребител на платформата има собствен профил, в който съдържанието се представя на потребителя по негов избор. Потребителят получава достъп до цялото съдържание и след това може да реши кой урок иска да научи. Ако обучаемият не е в състояние да разбере концепцията наведнъж, той има пълен контрол върху възпроизвеждането на уроците. Освен това, крайният потребител може да опита няколко пъти всеки тест, докато концепциите му са ясни.

Модулна структура на курса

Цялата структура на курса е създадена в модулна структура за всички курсове, за да се подобри по-доброто обучение за студентите. Учениците научават една концепция в даден момент. Създадохме по-малки модули за учениците, за да могат да гледат/четат/практикуват уроците според нивото им на внимание. Ако ученикът иска да направи повече, той може бързо да премине към следващия опит. Модулната структура на курса също помага на студентите да идентифицират своите силни и слаби страни по теми, което помага за подобряване на цялостното представяне на студентите.

Обширни експериментални концепции

Всички наши курсове включват много експериментални идеи, за да накарат учениците да разберат много лесно темите. Ние използваме ежедневните си обекти, за да направим паралели на понятията и да накараме учениците да се учат от заобикалящата ни среда. Нашите курсове по природни науки използват много експерименти за студентите, за да направят визуализациите по-силни за идеите, тъй като визуалната памет им помага да запазят концепцията за по-дълъг период от време. Ние иновативно приближаваме нашите курсове до реалния живот, за да могат учениците да учат по-добре с ежедневните си предмети.

Разширен анализ

EduSakham предлага усъвършенствани анализи и отчитане на всеки ученик. Нашите анализи помагат на учениците да идентифицират своите силни и слаби страни и им помагат да работят върху тях. Нашият задълбочен анализ помага на ученика да идентифицира своите грешки, области на загриженост, ниво на тема, ниво на владеене и т.н. Ние предоставяме много анализи относно управлението на времето за оценките, въпроси, сравнителен анализ, наред с други студенти, за да помогнем на учениците да разберат тяхното представяне. Помага за коригиране или ускоряване на тяхното учене и постижения.

Бърза ревизия на изпита

EduSakham предостави на студентите отлични интелигентни модули за ревизия на изпитите, които помагат на студентите бързо да покрият основните точки от главата и да се подготвят бързо. Това ще помогне на учениците да преразгледат бързо всяка тема и да практикуват въпросите по тема за главите. Тези модули обхващат всички важни точки на главите в кратко обобщено видео, бележки, базирани на мисловна карта, и различни добри въпроси. Тези предложения помагат на студентите да се подготвят по-добре за изпитите и да повишат представянето си.

Изясняване на съмнения

Курсовите модули на EduSakham осигуряват достъп до всякакви уроци по всяко време. В случай, че студент се съмнява в някое от съдържанието, той може да сподели своите запитвания с нас в нашия форум. Нашите експерти ще се свържат с него за нула време. Ние предоставяме пълни подробни обяснения за всички въпроси, така че студентите да могат незабавно да изяснят своите съмнения. Всяко описание също свързва понятията, използвани в проблема, така че ако ученикът иска да провери съдържанието, той може директно да посети съдържанието и да изясни съмненията си.

Дискусионен форум

Предлагаме дискусионен форум за студентите, за да обсъдят своите въпроси, ако имат такива. Нашите експерти се връщат към запитванията на студентите и им помагат да разрешат съмненията си. Състудентите също могат да си помагат, за да изяснят съмненията си. Дискусионният форум помага за изграждането на студентска общност, където те могат да се учат един от друг. Форумът създава здравословна учебна среда сред учениците. Той също така прави хранилище от заявки, към които учениците да се обърнат по всяко време в бъдеще и да изяснят съмненията си по време на изпълнение.


Препратки

Adler JF, Williams Q (2005) Изследване с рентгенова дифракция при високо налягане на железни нитриди: последици за ядрото на Земята. J Geophys Res 110. https://doi.org/10.1029/2004JB003103

Александър MOD, Fogel M, Yabuta H, Cody GD (2007) Произходът и еволюцията на хондритите, записани в елементния и изотопния състав на тяхната макромолекулна органична материя. Geochim Cosmochim Acta 71:4380–4403

Армстронг LS, Hirschmann MM, Stanley BD, Falksen EG, Jacobsen SD (2015) Спецификация и разтворимост на редуцирани летливи C-O-H-N в основната стопилка: последици за вулканизма, атмосферната еволюция и дълбоките летливи цикли в земните планети. Geochim Cosmochim Acta 171:283–302

Bassett WA, Shen AH, Bucknum M, Chou IM (1994) Нова диамантена клетка за хидротермални изследвания до 2,5 GPa и от -190°C до 1200°C. Rev Sci Instrum 64: 2340–2345

За GE, Fogel ML, Cartigny P (2013) Азот: силно летлив, но изненадващо съвместим. Елементи 9:333–338

Bebout GE, Ryan JG, Leeman WP, Bebout AE (1999) Фракциониране на микроелементи чрез метаморфизъм в зоната на субдукция-ефект на конвергентна термична еволюция. Earth Planet Sci Lett 171:63–81

Bergin EA, Blake GA, Ciesla F, Hirschmann MM, Li J (2015) Проследяване на съставките за обитаема земя от междузвездното пространство през формирането на планети. Proc US Natl Acad Sci 112: 8965–8970

Busigny V, Bebout GE (2013) Азот в силикатната земя: видообразуване и изотопно поведение по време на взаимодействия минерал-флуид. Елементи 9:353–358

Busigny V, Cartigny P, Philippot P (2011) Азот в офиолитни мета-габро: преоценка на съвременните азотни потоци в зоните на субдукция и импликация за ранната земна атмосфера. Geochim Cosmochim Acta 75:7502–7221

Carmichael ISE, Ghiorso MS (1990) Контроли върху окислително-редукционните отношения в магми. В: Nicholls J, Russell JK (eds) Съвременни методи на магматична петрология: разбиране на магматични процеси. Минералогичното общество на Америка, Вашингтон, окръг Колумбия, стр. 191–212

Carroll MR, Draper DS (1994) Благородни газове като микроелементи в магматичните процеси. Chem Geol 117:37–56

Cody GD, Alexander CMOD, Yabuta H, Kilcoyne ALD, Araki T, Ade H, Dera P, Fogel ML, Militzer B, Mysen B (2008) Органична термометрия за хондритни родителски тела. Earth Planet Sci Lett 272:446–455

Dalou C, Hirschmann MM, von der Handt A, Mosenfelder J, Armstrong LS (2017) Фракциониране на азот и въглерод по време на диференциация ядро-мантия на плитка дълбочина. Eart Planet Sci Lett 458:141–151

De Corte K, Cartigny P, Shatsky VS, Sobolev NV, Javoy M (1998) Доказателство за флуидни включвания в метаморфни микродиаманти от масива Kokchetav, Северен Казахстан. Geochim Cosmochim Acta 62:3765–3773

Elkins LT, Fischer TP, Hilton DR, Sharp ZD, McNight S, Walker J (2006) Проследяване на азот във вулканични и геотермални летливи вещества от никарагуанския вулканичен фронт. Geochim Cosmochim Acta 70:5215–5235

Fogel ML, Steele A (2013) Азот в извънземни среди: улики за възможното присъствие на живот. Елементи 9:367–372

Gessmann CK, Rubie DC (2000) Произходът на изчерпването на V, Cr и Mn в мантиите на Земята и Луната. Earth Planet Sci Lett 184:95–187

Goldblatt C, Claire M, Lenton T, Matthews A, Watson A, Zahnle K (2009) Подсилено с азот парниково затопляне на ранна земя. Nat Geosci 2:894–896

Grewal DS, Dasgupta R, Sun C, Tsuno K, Castin C (2019) Доставка на въглерод, азот и сяра към силикатната земя чрез гигантски удар. Sci Adv 23. https://doi.org/10.1126/sciadv.aau3669

Halama R, Bebout GE, John T, Scambelluri M (2014) Рециклиране на азот в субдуцирани мантийни скали и последици за глобалния азотен цикъл. Международен J Earth Sci 103:2081–2099

Зала А (1999) Амоний в гранити и неговото петрогенетично значение. Earth Sci Rev 45:145–165

Халидей AN (2013) Произходът на летливите вещества в земните планети. Geochim Cosmochim Acta 105:146–171

Honma H, Itihara Y (1981) Разпределение на амониеви минерали в метаморфни и гранитни скали. Geochim Cosmohim Acta 45:983–988

Javoy M, Pineau F (1991) Летливите данни на „пукаща“ скала от средноатлантическия хребет при 14 N: химичен и изотопен състав на газ, уловен във везикулите. Earth Planet Sci Lett 107: 598–611

Джонсън Б, Голдблат С (2015) Азотният бюджет на земята. Earth-Sci Rev 148:150–173

Кадик А.А., Колташев В.В., Крюкова Е.Б., Плотниченко В.Г., Цехоня Т.И., Кононкова Н.Н. (2015) Разтворимост на азот, въглерод и водород във FeO-Na2O-Al2О3-SiO2 стопилка и течна желязна сплав: влияние на летящ кислород. Geochem Int 53:849–868

Кадик А.А., Куровская Н.А., Игнатьев Ю.А., Кононкова Н.Н., Колташев В.В., Плотниченко В.Г. (2011) Влияние на фугабилността на кислорода върху разтворимостта на азота, въглерода и водорода във FeO-Na2O-SiO2-Ал2О3 топи се в равновесие с метално желязо при 1,5 GPa и 1400°C. Geochem Int 49:429–438

Кадик А.А., Литвин Ю.А., Колташев В.В., Крюкова Е.Б., Плотниченко В.Г., Цехоня Т.И., Кононкова Н.Н. (2013) Поведение в разтвора на редуцирани летливи N-H-O в FeO-Na2O-SiO2-Ал2О3 стопилка, уравновесена с разтопена Fe сплав при високо налягане и температура. Phys Earth Planet Inter 214:14–24

Kaminski FV, Wirth R (2017) Нитриди и карбонитриди от най-долната мантия и тяхното значение в търсенето на „изгубения“ азот на Земята. Am Mineral 102: 1667–1676

LeLosq C, Mysen BO, Cody GD (2015) Вода и магми: прозрения за механизмите на водния разтвор в алкални силикатни стопилки от инфрачервени, Raman и 29 Si твърдотелни ЯМР спектроскопии. Progr Earth Planet Sci 22:2. https://doi.org/10.1186/s40645-015-0052-7

Li J, Agee CB (1996) Геохимия на диференциацията на мантийното ядро ​​при високо налягане. Природа 381:686–689

Li Y, Huang RF, Wiedenbeck M, Keppler H (2015) Разпределение на азота между водни течности и силикатни стопилки. Earth Planet Sci Lett 411:218–228

Li Y, Keppler H (2014) Спецификация на азот в мантийни и корови флуиди. Geochim Cosmochim Acta 129:13–32

Li Y, Wiedenbeck M, Schcheka S, Keppler H (2013) Разтворимост на азот в минерали от горната мантия. Earth Planet Sci Lett 377-378:311-328

Libourel G, Marty B, Humbert F (2003) Разтворимост на азот в базалтова стопилка. Част I. Ефект на летящ кислород. Geochim Cosmochim Acta 67(21):4123–4136

Литасов К.Д., Шацки А., Пономарев Д.С., Гаврюшкин П.Н. (2017) Уравнения на състоянието на железните нитриди ε-Fe3нх и γ-Fe4нг до 30 GPa и 1200 K и отражение за азота в земното ядро. J Geophys Res 122:3574–3584

Mallik A, Li Y, Wiedenbeck M (2018) Азотът в системата атмосфера-мантия на Земята, оценен чрез рециклиране в зони на субдукция. Earth Planet Sci Lett 482:556–566

Марти Б (2012) Произходът и концентрациите на вода, въглерод, азот и благородни газове на земята. Earth Planet Sci Lett 313-314:56-86

McCammon C (2005) Състояние на окисление на мантията и летящ кислород: ограничения върху химията, структурата и динамиката на мантията. В: van der Hilst RD, Bass JD, Matas J, Trampert J (eds) Дълбоката мантия на Земята: структура, състав и еволюция. Американски геофизичен съюз, Вашингтон, окръг Колумбия, стр. 221–242

Mitchell EC, Fischer TP, Hilton DR, Hauri EH, Shaw AM, de Moor JM, Sharp ZD, Kazahaya K (2010) Източници на азот и рециклиране в зоните на субдукция: прозрения от дъгата Изу-Бонин-Мариана. Geochem Geophys Geosyst 11. https://doi.org/10.1029/2009GC002783

Miyazaki A, Hiyagon H, Sugiura N (1995) Разтворимост на азот и аргон в базалтова стопилка при окислителни условия. В Farley KA (ed) Летливи вещества в Земята и Слънчевата система, стр. 276–283. Американски институт по физика, Вашингтон

Miyazaki A, Hiyagon H, Sugiura N, Hirose K, Takahashi E (2004) Разтворимости на азот и благородни газове в силикатни стопилки при различни кислородни фугации: последици за произхода и историята на дегазирането на азота и благородните газове в земята. Geochim Cosmochim Acta 68(2):387–401

Mysen BO (2018a) Пренос на маса във вътрешността на Земята: взаимодействие флуид-стопка в системи от алумосиликат-C-O-H-N при високо налягане и температура при окислителни условия. Proc Earth Planet Sci 5:6. https://doi.org/10.1186/s40645-017-0161-6

Mysen BO (2018b) Механизми за разтваряне на COHN течности в стопилки до температура, налягане и редокс условия на горната мантия. Am Mineral 103: 1780–1788

Mysen BO, Fogel ML (2010) Състави на азотни и водородни изотопи и разтворимост в силикатни стопилки в равновесие с редуцирани (N+H)-носещи течности при високо налягане и температура: ефекти от структурата на стопилката. Am Mineral 95 (7): 987–999

Mysen BO, Richet P (2019) Силикатни стъкла и стопилки: структура и свойства, том 728, 2-ро изд. Елзевиер, Ню Йорк

Mysen BO, Tomita T, Ohtani E, Suzuki A (2014) Спецификация на и D/H разделяне между течности и стопилки в силикат - D-O-H-C-N системи, определени на място при температури, налягания и редокс условия на горната мантия. Am Mineral 99:578–588

Mysen BO, Yamashita S, Chertkova N (2008) Разтворимост и механизми на разтваряне на летливи NOH в силикатни стопилки при високо налягане и температура – ​​аминогрупи и водородна фугабилност. Am Mineral 93: 1760–1770

Nieder R, Benbi DK (2008) Въглерод и азот в земната среда. стр. 430. Springer, Берлин

O'Neill HSC (1991) Произходът на Луната и ранната история на Земята — химичен модел. Част 2: Земята. Geochem Cosmochim Acta 55:1159–1172

Palya AP, Buick IS, Bebout GE (2011) Съхранение и мобилност на азота в континенталната кора: доказателства от частично разтопени метаседиментни скали, връх Стафорд, Австралия. Chem Geol 281:211–226

Plesen B, Harlov DE, Henry D, Guidotti CV (2010) Загуба на амоний и изотопно фракциониране на азот в биотит като функция на метаморфен клас в метапелити от западен Мейн, САЩ. Geochim Cosmochim Acta 74:4759–4771

Полянов Ю.Н., Баталева Ю.В., Сокол А.Г., Борздов Ю.М., Куприянов И.Н., Реуцки В.Н., Соболев Н.В. (2014) Взаимодействие мантия-плоча и редокс механизъм на образуване на диаманти. Proc Natl Acad Sci U S A 51:20408–20413

Righter K, Drake MJ (1999) Ефект на водата върху метал-силикатно разделяне на сидерофилни елементи: високо налягане и температура на земния океан от магма и образуване на ядро. Earth Planet Sci Lett 171:383–399

Roskosz M, Bouhifd MA, Jephcoat AP, Marty B, Mysen BO (2013) Разтворимост на азот в разтопен метал и силикат при високо налягане и температура. Geochim Cosmochim Acta 121:15–28

Roskosz M, Mysen BO, Cody GD (2006) Двойно спецификиране на азот в силикатни стопилки при високо налягане и температура: експериментално изследване. Geochim Cosmochim Acta 70:2902–2918

Rubie DC, Frost DJ, Mann U, Asahara Y, Tsuno K, Nimmo F, Kegler P, Holzheid A, Palme H (2011) Хетерогенна акреция, състав и диференциация на ядро-мантия на Земята. Earth Planet Sci Lett 301:31–42

Sano Y, Takahata N, Nishio Y, Fischer TP, Williams SN (2001) Вулканичен поток на азот от Земята. Chem Geol 171:263–271

Смит Е.М., Копилова М.Г. (2014) Влияние на металното желязо за диамантите и азота в сублитосферната мантия. Can J Earth Sci 51:510–516

Wade J, Wood BJ (2005) Образуване на ядрото и степента на окисление на Земята. Earth Planet Sci Lett 236:78–95

Watenphul A, Wunder B, Heinrich W (2009) Амониеви силикати с високо налягане: последици за съхранението на азот и водород в мантията на Земята. Amer Mineral 94: 283–292

Watenphul A, Wunder B, Wirth R, Heinrich W (2010) Амоний-носещ клинопироксен: потенциален азотен резервоар в мантията на Земята. Chem Geol 270:240–248

Yoshioka T, Wiedenbeck M, Shcheka S, Keppler H (2018) Разтворимост на азот в дълбоката мантия и произходът на първичния азотен бюджет на Земята. Earth Planet Sci Lett 488:134–143

Zhang C, Duan Z, Li M (2010) Интерстициални кухини в стопилки на силициев диоксид и импликация за разтворимост на аргон при високо налягане. Geochim Cosmochim Acta 74:4140–4149

Zhang Y, Yin QZ (2012) Съдържание на въглерод и други леки елементи в ядрото на Земята въз основа на молекулярната динамика на първите принципи. Proc Natl Acad Sci U S A 109:19579–19583


Препратки

Киша

[1.2] National Geographic Data Center – Национална сателитна, данни и информационна служба. http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/image/2minrelief.html (2006)

[1.3] Информационен сайт на Международната полярна фондация: http://www.sciencepoles.org/index.php?/home/

[1.4] Zhang D, Yong Y, Xin Y, Hong L, Zhou P и Zhou Y. Colwellia polaris sp. ноември, психротолерантна бактерия, изолирана от арктическия морски лед. Международно списание за систематична и еволюционна микробиология (2008) Vol. 58 стр. 1931-1934 г

[1.5] Raymond J, Fritsen C, Shen K. Свързващ лед протеин от ледена бактерия на Антарктическо море. FEMS Микробиология Екология (2007) Vol. 61(2) стр. 214-221

[1.6] Huston A, Haeggstrom J, Feller G. Студена адаптация на ензими: структурни, кинетични и микрокалориметични характеристики на аминопептидаза от арктическия психрофил Colwellia и на човешката левикотриен А4 хидролаза. Biochemica et Biophysica Acta (2008) 13 юни.

[1.7] Huston A, Methe B, Deming J. Пречистване, характеризиране и секвениране на извънклетъчна студено-активна аминопетидаза, продуцирана от морски психофил Colwellia Starin 34H. Американско дружество по микробиология (2004) Vol. 70(2) стр. 3321-3328

[1.8] Gilbert J, Hill P, Dodd C, Laybourn J. Демонстрация на активността на антифриз протеин в антарктическите бактерии. Микробиология (2004) том. 150 стр. 171-180

Езерото Восток

[2.1] Инман М. Микробна екология. Тъмната и кашава страна на замръзнал континент. Наука 2007 юли 6317 (5834): 35-6.

[2.2] Studinger M, Bella RE, Karnera GD, Tikkua AA, Holtb JW, Morseb DL, Richterb TG, Kempfb SD, Petersb ME, Blankenshipb DD, Sweeneyc RE, Rystromc VL. Ледена покривка, ландшафтна обстановка и геоложка рамка на езерото Восток, Източна Антарктида. Писма от науката за Земята и планетата 2003205:195-210.

[2.3] Lavire C, Normand P, Алехина I, Bulat S, Prieur D, Birrien J-L, Fournier P, Hänni C, Petit J-R. Наличие на ДНК Hydrogenophilus thermoluteolus в натрупващия се лед в подледното езеро Восток, Антарктида, оценено с помощта на rrs, cbb и hox. Микробиология на околната среда 20068(12):2106-14.

[2.4] Siegert MJ, Ellis-Evans JC, Tranter M, Mayer C, Petit JR, Salamatin A, Priscu JC. Физически, химични и биологични процеси в езерото Восток и други антарктически подледни езера. Nature2001 Dec 6414(6864):603-9.

[2.5] Karl DM, Bird DF, Bjorkman K, Houlihan T, Shackelford R, Tupas L. Микроорганизми в натрупания лед на езерото Восток, Антарктида. Science1999 Dec 10286(5447):2144-7.

[2.6] Кристнър BC, Mosley-Thompson E, Thompson LG, Reeve JN. Изолиране на бактерии и 16S rDNAs от леда на езерото Восток. Environ Microbiol2001 Sep3(9):570-7.

[2.7] Raymond JA, Christner BC, Schuster SC. Бактериален лед-свързващ протеин от ледената сърцевина Vostok. Extremophiles2008 12 юли.

[2.8] Hayashi NR, Ishida T, Yokota A, Kodama T, Igarashi Y. Hydrogenophilus thermoluteolus gen. нов., sp. nov., термофилна, факултативно хемолитоавтотрофна, окисляваща водород бактерия. Международно списание за систематична бактериология 199949:783-6.

Зависимост на Рос

[3.1] Dennett, Mark R., Mathot, Slyvie, Caron, David A., Smith, Walker O. Jr. и Lonsdale, Darcy J. „Изобилие и разпространение на фототрофен и хетеротрофен нано- и микропланктон в южното море на Рос“ . Elsevier Science Ltd. 2001. [1]

[3.2] „Разнообразие от морски риби Рос“. Център за обучение по наука. 25 февруари 2008 г. [2]

[3.3] Норис, Катина Бучер. „Емисия на диметилсулфид: контрол на климата от морски водорасли?“. ProQuest. ноември 2003 г. [3]

[3.4] Смит, Уокър О-младши, Айнли, Дейвид Г. и Катанео-Виети, Рикардо. „Трофични взаимодействия в рамките на екосистемата на континенталния шелф на море Рос“. Философски транзакции на Кралското общество Б: Биологични науки. 6 декември 2006 г. Стр. 95-106. [4]

[3.5] Уорд, Пол. „Данни за климата на Антарктида и климатични графики на станции Макмърдо, Амундсен-Скот (Южен полюс) и Восток“. Готина Антарктида. 17 август 2008 г. [5]

[3.6] Уилямс, Найджъл. „Студен вятър над биоразнообразието на Антарктика“. Текуща биология. 9 март 2004 г. Том 14, брой 5. p.R169-R170. [6]

[3.7] Прайс, П. Бюфорд. „Живот в твърд лед“. Университетска библиотека Корнел. 2 юли 2005 г. стр. 1-11. [7]

[4.1] „Антарктида – Световната книга с факти“. Централната разузнавателна агенция на САЩ (03.03.2007 г.). Изтеглено на 2007-03-14.

[4.2] „Времето в Антарктика“. Британско антарктическо проучване. Изтеглено на 2006-02-09.

[4.3] Lyons, W.B et al. 1998. Къснохолоценско изсушаване на езерото Хоар и езерото Фриксел, Сухите долини Макмърдо, Антарктида. Антарктическа наука. Том 10 (3): стр. 247-256.

[4.4] Foreman, C., B. Sattler, J. Mikucki, D. Porazinska и J.C. Priscu. 2007. Метаболитна активност и разнообразие от криоконити в долината Тейлър, Антарктида. Списание за геофизични изследвания - Биогеонауки. Стр. 1-43.

[4.5] Пауърс, Лора Е., Даяна У. Фрекман, Менгчи Хо и Рос А. Вирджиния. (1995). McMurdo LTER: Свойства на почвата, свързани с разпределението на нематодите по протежение на височинна трансекта в долината Тейлър, Антарктида. Антарктически вестник на Съединените щати. 30 (5): 282-283.

[4.6] Imperio T, Viti C, Marri L. (2008). Alicyclobacillus pohliae sp. nov., термофилна, ендоспорообразуваща бактерия, изолирана от геотермална почва на северозападния склон на планината Мелбърн (Антарктида). Int J Syst Evol Microbiol. 58 (Pt 1): 221-5.

[4.7] Wood, S. et al. (2008 г.). Източници на едафично разнообразие от цианобактерии в Сухите долини на Източна Антарктида. ISME Journal. Том 2, стр. 308–320.

[4.8] Хо, Менчи, Рос А. Вирджиния, Лора Е. Пауърс и Даяна У. Фрекман. (1995). Химия на почвата по протежение на ледникова хроносеквенция на Андрюс Ридж, долината Тейлър. Антарктически вестник на Съединените щати. Том 30 (5): 310-311.

[4.9] Hogg ID, Craig Cary S., Convey P., Newsham KK, O'Donnell AG, Adams BJ, Aislabie J., (. ), Wall DH (2006) Биотични взаимодействия в антарктически сухоземни екосистеми: те са фактор ? Биология на почвата и биохимия. 38 (10), стр. 3035-3040.

[4.10] de la Torre, J. R., B. M. Goebel, E. I. Friedmann и N. R. Pace. (2003). Микробно разнообразие на криптоендолитни общности от сухите долини Макмърдо, Антарктида. Прилож. Околна среда. Microbiol. 69:3858-3867. [PubMed].

[4.11] Stackebrandt E, Rainey FA и Ward-Rainey NL. (1997). Предложение за нова йерархична класификационна система Actinobacteria classis nov. Int J Syst Bacteriol. 47:479-491.

[4.12] Mitsui, A. et al. (1986). Стратегия, чрез която азотфиксиращите едноклетъчни цианобактерии растат фотоавтотрофно. природата 323, 720–722.

[4.13] Hogg I.D., Craig Cary S., Convey P., Newsham K.K., O'Donnell A.G., Adams B.J., Aislabie J., (. ), Wall D.H. (2006). Биотични взаимодействия в антарктическите сухоземни екосистеми: те ли са фактор? Биология на почвата и биохимия. 38 (10), стр. 3035-3040. (същото като (9))

[4.14] Розмари Хонегер. (1991). ФУНКЦИОНАЛНИ АСПЕКТИ НА СИМБИОЗАТА НА ЛИХЕИТЕ. Ану. Rev. Plant Physiol. Растение Mol. биол. Том 42. стр. 553-7.

[4.15] Хънт, Х. У. (1987). Детритната хранителна мрежа в прерия с къса трева. Биология и плодородие на почвите. Том 3, стр. 1-2.

[[4.17] Gerday C., Aittaleb M., Bentahir M., Chessa J.-P., Claverie P., Collins T., D'Amico S., (. ). (2000). Фелер Г. Ензими, адаптирани към студ: от основите до биотехнологиите. Тенденции в биотехнологиите. 18 (3), стр. 103-107.

[4.18] Rivkina, E.I. Friedmann, C.P. McKay, and D.A. Gilichinsky, E.M. (2000). Метаболитна активност на вечно замръзналите бактерии под точката на замръзване. Appl Environ Microbiol. 66(8): 3230–3233.

[4.19] Wynn-Williams D.D., Edwards H.G.M. (2000). Проксимален анализ на реголитни местообитания и защитни биомолекули in Situ чрез лазерна раманова спектроскопия: Преглед на земните антарктически местообитания и аналози на Марс. Икар. 144 (2), стр. 486-503.

[4.20] Ланкастър, Н. (2002). Поток от еолиански седимент в сухите долини Макмърдо, Антарктида: предварителна оценка. Арктика, Антарктика и Алпийски изследвания. том 34, бр. 3 (авг., 2002), с. 318-323.

[4.21] Fell J.W., Scorzetti G., Connell L., Craig S. (2006). Биоразнообразие на микроеукариоти в почви на Антарктическата суха долина с Биология на почвата и биохимия. 38 (10), стр. 3107-3119.

[4.22] Wall D.H., Вирджиния, R.A. (1999) Контрол на биоразнообразието на почвата: Прозрения от екстремни среди. Приложна почвена екология, 13 (2), стр. 137-150.

[4.23] Aislabie, J., McLeod, M., Fraser, R. (1998). Потенциал за биоразграждане на въглеводороди в почвата от зависимостта на Рос, Антарктида. Приложна микробиология и биотехнология. Том 49, номер 2.

[4.24] СТИВЪНС, М.И. и HOGG, I. D.. 2006 г. Тенденции в антарктическите сухоземни и лимнетични екосистеми: Антарктида като глобален индикатор. Том 1. Стр. 1-13..

[4.25] Д’Амико, Салвино и др. (2006). Психрофилни микроорганизми: предизвикателства за живота. Докладва Европейската организация за молекулярна биология. ТОМ 7 | NO 4, 385–389.

[4.26] Дейвид Дж. Саул а , Джаки М. Айслаби б, *, Каролайн Е. Браун а , Лиза Харис а , Джулия М. Фогт c. (2006). Замърсяването с въглеводороди променя бактериалното разнообразие на почвата около базата Скот, Антарктида. FEMS Микробиология Екология. Том 53, брой 1, стр. 141-155.

[4.27] Gupta, R. S., Johari, V. (1998). Сигнатурните последователности в различни протеини предоставят доказателство за тясна еволюционна връзка между групата Deinococcus-Thermus и цианобактериите. Списание за молекулярна еволюция. Том 46, номер 6.

[4.28] Хорнек Г. (2000). Микробният свят и случаят с Марс. Планетарна и космическа наука. 48 (11), стр. 1053-1063.

[4.29] Stibal, M., Tranter, M., Лабораторно изследване на поглъщането на неорганичен въглерод от криоконитни остатъци от Werenskioldbreen, Svalbard. Списание за геофизични изследвания, том 112, G04S33, стр. 1-9, Авторско право 2007, Американски геофизичен съюз.

Морски лед

[5.1] Никълс, Карол Манкузо, Джон П. Боуман и Жан Гезенек. "Ефекти от температурата на инкубация върху растежа и производството на екзополизахариди от бактерия от антарктически морски лед, отгледана в партидна култура." Приложна микробиология на околната среда. 2005 юли 71(7): 3519–3523.

[5.3] Пек, Лойд С. „Перспективи за оцеляване при изменението на климата в антарктическите водни видове.“ Преден Zool. (2005) 2:9.

[5.4] Morgan-Kiss, Rachael M., et al. „Адаптиране и аклиматизиране на фотосинтетичните микроорганизми към постоянно студена среда.“ ПРЕГЛЕДИ ПО МИКРОБИОЛОГИЯ И МОЛЕКУЛНА БИОЛОГИЯ, март 2006 г., стр. 222–252.

[5.5] „Антарктическо време“. www.antarcticconnection.com

[5.6] Госинк, Дж. Дж., Стейли Дж. Т. „Биоразнообразие на газови вакуолни бактерии от антарктически морски лед и вода.“ Приложна и екологична микробиология. 1995 септември 61(9): 3486–3489.

[5.7] BOWMAN, JOHN P., et al. „Разнообразие и асоциация на психофилни бактерии в ледовете на Антарктида“. Приложна и екологична микробиология. август 1997 г., стр. 3068–3078 том. 63, бр. 8.

[5.8] Biuw, M., et al. „Вариации в поведението и състоянието на хищник от Южен океан във връзка с океанографските условия in situ.” Известия на Националната академия на науките. 2007 г. 21 август 104 (34): 13705–13710.

[5.9] Ducklow, Hugh W, et al. "Морски пелагични екосистеми: Западният антарктически полуостров." Философски транзакции на Кралското общество по биологични науки. 2007 29 януари 362 (1477): 67–94.

[5.10] Дък, Хю, Крейг Карлсън, „Уокър смит Бактериален растеж в експериментални планктонни групи и култури от морска вода от цъфтежа Phaeocystis antarctica в море на Рос, Антарктида.“ МИКРОБНА ЕКОЛОГИЯ. (1999) Vol. 19: 215-227.

[5.11] Д’Амико, Салвино и др. "Психрофилни микроорганизми: предизвикателства за живота." Докладва Европейската организация за молекулярна биология. (2006) ТОМ 7 | NO 4, 385–389.

[5.12] Прайс, Буфорд П., Тод Соуърс. "Температурна зависимост на метаболитните скорости за микробния растеж, поддържане и оцеляване." Известия на Националната академия на науките. 22, 20 януари

Сладководен лед

[6.1]: Карпентър, Е. Дж., С. Лин и Д. Г. Капоне. 2000. Бактериална активност в снега на Южния полюс. Прилож. Околна среда. Microbiol. 66:4514-4517.

[6.2]: Vincent WF, Quesada A (1994) Въздействие на ултравиолетовото лъчение върху цианобактериите: последици за антарктическите микробни екосистеми. Antarctic Res Ser 62:111–124

[6.3]: Campbell JW, Aarup T (1989) Фотосинтетично достъпна радиация във високи географски ширини. Лимнология и океанография 34:1490–1499

[6.4]: Tanabe, et al. (2007). Фитопланктонът цъфти при тъмни и студени условия в сладководни езера на Източна Антарктида. Полярна биология, 31(2), 199-208.

[6.5]: Джоунс, А. Е., и Дж. Д. Шанклин. 1995. Продължаващо намаляване на общия озон над Халей, Антарктида, от 1985 г. Nature 376:409-411

[6.6]: М. Р. Джеймс. et al. 1996. Биоразнообразие в екстремни водни среди: езера, езера и потоци от сектора на морето Рос, Антарктида. Опазване на биологичното разнообразие. 5: 145 1-1471.

[6.7]: Vincent WF, Rae R, Laurion I, Howard-Williams C, Priscu JC (1998) Прозрачност на покрити с лед езера на Антарктика към слънчевата UV радиация. Лимнология и океанография 43:618–624

[6.8]: Хауърд-Уилямс, К. (2007). Екологични процеси във вътрешните води на Антарктика: взаимодействия между физическите процеси и азотния цикъл. Антарктическа наука, 19(2), 205-217.

[6,9]: Джон К. Приску, Крейг Ф. Улф, Кристина Д. Такач, Кристиан Х. Фрицен, Йохана Лейбърн-Пари, Емили К. Робъртс, Биргит Сатлър и Бери Лайънс. BioScience, бр. 49, № 12, McMurdo Dry Valleys (Дек., 1999), стр. 997-1008

[6.11]: Cavicchioli, R. 2006. Студено адаптирани археи. Нац. Rev. Microbiol. 4:331-343.

[6.12]: Tindall, B. J. 2004. Прокариотно разнообразие в Антарктика: върхът на айсберга. Microb. Екол. 47:271-283.

[6.13]: Ellis-Evans, J. (1996). Микробно разнообразие и функция в сладководни екосистеми на Антарктика. Биоразнообразие и опазване, 5(11), 1395-1431.

[6.14]: Stingl, U. (2008). Култивиране от разреждане до изчезване на психротолерантни планктонни бактерии от постоянно покрити с лед езера в сухите долини Макмърдо, Антарктида. Микробна екология, 55(3), 395-405.

[6.15]: Андраши, I (2007). Нематоди от солени и сладководни езера на хълмовете Вестфолд, Източна Антарктида, включително описанието на Hypodontolaimus antarcticus sp n. Полярна биология, 30(6), 669-678.

[6.16]: Братина, Б. (1998). Намаляване на мангана от микроби от оксигенни региони на водния стълб на езерото Ванда (Антарктида). Приложна и екологична микробиология, 64(10), 3791-3797.

[6.17] Kepner, R. (2000).UV радиация и потенциални биологични ефекти под многогодишната ледена покривка на антарктическо езеро. Hydrobiologia, 427 (1-3), 155-165.

Редактирано от [Brenna Riley, Sabrina Koperski, Rebecca Dickerson, Trevor Mickelson, Timbrely Fong, Srdjan Sonjara], ученици на Rachel Larsen


Гледай видеото: #Азотный цикл, #БИО баланс, #бактерии в аквариуме. Теория, практика применения и личный опыт. (Може 2022).