黄河三角洲盐碱地柽柳多酚对凋落物分解和土壤碳氮磷转化的影响机制

Polyphenolics are carbon-based secondary metabolites and the only putative defensive molicules ubiquitous in plants. They have important ecological function and play an important role in affecting nutrient cycles of ecosystems. A command of structural information is the necessary prerequisite to the scientific consideration of physiological activity and ecological function of polyphenolics due to the close relationship between their complexity and diversity of molecular structure and biological activity. Much work is still required to understand the mechanistic detail of condensed tannins (CTs) in ecosystems, such as the role of structural variation of CTs in ecological processes, the chemical fate of CTs in soils, and the specific relationship between CTs and microorganisms.The present study, therefore, highlight the fate and potential ecological role of CTs during leaf litter decomposition of Tamarix chinensis, which is one of salt-tolerant dominant species in saline ecosystem of Yellow River Delta, using the litterbag experiment. Nuclear Magnetic Resonance (NMR) followed Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Time of Flight Mass Spectrometry (MALDI-TOF MS) and High Performance Liquid Chromatography (HPLC) will be used as molecular-level analytical methods to study the dynamics of concentration and structural changes of polyphenolics during leaf decomposition and their relationship with litter dicomposition rate and nutrient release, then the short- and long-term effects of purified CTs of leaf litter on soil physical and chemical properties will be investigated in a greenhouse experiment. Eventually reveal the role of plant polyphenolics in regulating litter decomposition and nutrient release, and the effect of of condensed tannin on nutrient cycles, especially carbon, nitrogen and phosphorus cycles of saline-alkali soil in Yellow River Delta.

多酚不仅是植物体内普遍存在的以碳为基础的次生代谢物质和防御物质，而且具有重要的生态功能，影响生态系统养分循环,由于多酚结构的复杂多样性及其与生物活性之间的密切联系，对其结构进行准确分析成为研究其生理活性和生态功能的先决条件。本项目以黄河三角洲盐碱地富含多酚的主要建群种之一柽柳为对象，利用分解袋法开展不同盐度条件下柽柳凋落物分解实验，结合基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)、高效液相色谱(HPLC)和核磁共振(NMR)技术探讨柽柳凋落物分解过程中不同类型多酚浓度和结构变化及其与分解状况和养分释放规律之间的关系，并利用从凋落物中提取纯化的缩合单宁对不同程度盐碱化土壤进行室内培养，探讨缩合单宁在不同时间尺度上对盐渍化土壤理化性质的影响。最终揭示黄河三角洲盐碱地柽柳多酚在通过凋落物分解向土壤释放养分方面的调节机制及其在盐碱地生态系统养分循环，尤其是碳氮磷循环中所扮演的角色。

多酚不仅是植物体内普遍存在的以碳为基础的次生代谢物质和防御物质，而且具有重要的生态功能，影响生态系统养分循环。本项目以黄河三角洲盐碱地富含多酚的主要建群种之一柽柳为对象，利用分解袋法开展了不同盐度条件下柽柳凋落物分解实验，结合高效液相色谱（HPLC）和反相HPLC-ESI-MS技术探讨了柽柳凋落物分解过程中不同类型多酚浓度和结构变化及其与分解状况和养分释放规律之间的关系，并利用从凋落物中提取纯化的多酚对不同程度盐碱化土壤进行室内培养，探讨了多酚在不同时间尺度上对盐渍化土壤理化性质的影响。研究结果显示，柽柳凋落物表现为“快-慢-快”的分解规律，总酚含量随着分解时间的延长而降低，且高盐度条件下的含量略高于中低盐度条件。分别利用酸降解结合液相色谱和硫醇-反相HPLC-ESI-MS法分析了水解单宁和缩合单宁的变化，证明柽柳叶片中仅存在水解单宁（包括鞣花单宁和没食子单宁），而没有检测到缩合单宁。不同盐度土壤上凋落物碳氮磷含量逐渐升高，钾、钠、钙和镁含量均逐渐降低。利用多酚纯化物对不同盐度土壤进行了培养，结果表明，低盐土壤全碳和全氮及不同盐度土壤全磷随培养时间的延长均没有明显的变化趋势，而高盐土壤全碳、有机碳和全氮降低。高盐土壤铵态氮和硝态氮高于低盐土壤，随着培养时间的延长，低盐土壤铵态氮有升高的趋势，硝态氮则在不同盐度土壤中均随着培养时间的延长而降低。不同盐度土壤总可溶性氮（TSN）和可溶性有机氮（SON）随着培养时间的延长而降低，而有效磷的含量有所升高，但低盐土壤不同时间点的差异性没有达到显著水平。利用Tiessen磷素分级方法分离、测定了不同型态磷素的含量，与对照相比，各型态有机磷素含量降低，而无机态磷素含量有所升高，但不同时间点之间含量的差异不显著。脲酶、过氧化氢酶、碱性和酸性磷酸酶、低盐土壤中的转化酶，以及高盐土壤中性磷酸酶活性均随着培养时间的延长而升高，而高盐土壤转化酶先降低后升高，低盐土壤中性磷酸酶则在培养初期的低盐土壤中急剧降低，之后保持在较为稳定的水平。利用柽柳叶片多酚纯化物培养后，不同种类微生物数量均有一定程度的升高，且真菌数量的增多尤为明显。不同程度盐渍化土壤之间的比较显示，土壤盐渍化水平越高，加入多酚纯化物后微生物数量的增加程度越显著。通过该项目的研究，揭示了黄河三角洲盐碱地柽柳多酚在凋落物养分释放方面的调节机制及其在盐碱地生态系统养分循环中扮演的角色。