石灰和双氰胺对红壤酸化和硝化作用的影响及其机制

施用石灰是改良酸性土壤的重要措施,但其对土壤硝化作用的增强不仅加速土壤酸化,也增加硝态氮流失风险。传统的硝化抑制剂双氰胺(Dicyandiamide,DCD)能否在石灰改变pH的条件下始终有效抑制硝化是当前红壤区生产中亟需解决的问题。采用短期土壤培养试验,探讨了不同用量石灰与DCD配合施用对土壤酸化和硝化作用的影响及其机制。结果表明:施用一定量的石灰(≤4 g·kg^–1)显著提高土壤pH,通过促进氨氧化细菌的生长以促进硝化作用。在不同pH条件下,DCD对红壤硝化过程均有显著抑制效果。在较高pH(pH 7.0~7.8)条件下,DCD主要通过降低氨氧化细菌的丰度以抑制硝化,而在低pH(pH<6.0)条件下,DCD对氨氧化古菌和氨氧化细菌的丰度均有抑制作用。此外,DCD通过抑制土壤硝化,显著提高了土壤pH。上述结果表明,适宜量(2~4 g·kg^–1)的石灰和DCD结合施用不仅能够减缓红壤酸化,而且能够抑制硝化作用,降低硝态氮的潜在环境风险。     

有机物料对植烟土壤氮素矿化及微生物性质的影响

采用稻草、油菜、黑麦草和菜籽饼等4种有机物料,采集高有机质含量(68.2 g·kg^–1)烟-稻轮作土壤和低有机质含量(17.2 g·kg^-1)旱地植烟土壤,在等氮(100 mg·kg^-1)投入条件下通过室内培育实验,分析了不同培育时段土壤无机氮(NO3-、NH4+)矿化动态、土壤酶活性以及微生物功能多样性的变化。结果表明:植烟土壤矿化氮动态特征与施用有机物料碳氮比(C/N)密切相关,高有机质植烟土壤中添加稻草、油菜和黑麦草显著降低土壤净矿化氮水平,而低C/N的菜籽饼添加显著促进了土壤净矿化速率,引起土壤无机氮积累。在低有机质植烟土壤添加各有机物料明显提升了土壤硝化速率,但稻草和油菜添加显著降低了培养前期土壤无机氮浓度;而菜籽饼添加显著促进了土壤的净矿化速率,在短期培养内(7 d)土壤铵态氮浓度较对照土壤增加了3.3倍~3.7倍。施入高C/N的有机物料显著提升了土壤微生物功能多样性,引起土壤酶活性增高;但不同物料添加下土壤微生物群落变异不同,诱导了对碳源利用类型不同的微生物种群变化。因此,烟-稻轮作区的高有机质植烟土壤上合理施用稻草是改善烤烟品质重要措施,而对旱地植烟土壤应更加重视高氮源有机肥料的施用,以实现不同植烟区提质增效的目标。     

生物黑炭对玉米苗期根际土壤氮素形态及相关微生物的影响

生物黑炭被作为土壤改良剂应用逐渐被认可,但其应用机制特别是生物黑炭对氮素形态和根际微生物的影响机理尚不明确,影响其推广。本文采用盆栽试验,研究了玉米和水稻秸秆烧制的生物黑炭按不同量施入土壤后,对玉米苗期株高、生物量和根际土壤氮素形态及相关微生物的影响。结果表明,施入60 g·kg-1玉米黑炭和40~60 g·kg-1水稻黑炭均对玉米苗期株高有显著(P0.05)降低作用,其中水稻黑炭的降低效果更为明显;分别施入60 g·kg-1玉米黑炭和20~60 g·kg-1水稻黑炭后,玉米植株地上部生物量均显著降低。施入60 g·kg-1玉米黑炭后根际土壤含水量和微生物量氮显著提高。随两种生物黑炭施入量的不断增加,玉米苗期根际土壤全氮、硝态氮含量以及固氮作用强度也显著增加,且均在60 g·kg-1施用量下达最大值。施用40 g·kg-1玉米黑炭可显著提高玉米苗期根际土壤氨态氮含量。同时,施用两种生物黑炭后,均不同程度地抑制了玉米根际土壤中细菌总体数量,促进了固氮菌和纤维素降解菌的生长,其中施入60 g·kg-1玉米黑炭的效果最为明显。综上,玉米和水稻秸秆生物黑炭的适量施用,可以促进玉米根际土壤氮素的循环转化,影响相关微生物的群落结构,且与水稻秸秆相比,玉米秸秆生物黑炭的施用效果更加明显。本文针对作物生长、土壤氮素形态及相关微生物数量3个方面研究生物黑炭施入土壤对氮有效性的影响,能够更全面、更准确地将生物黑炭如何影响土壤氮素转化展现出来,促进生物黑炭的深入开发利用,对黑土肥力保护具有一定意义。     

添加葡萄糖对红壤农田肥料氮转化及其酸化的影响

采用室内培养实验,初步研究了外加葡萄糖对红壤肥料氮素转化及其酸化作用的影响,其中葡萄糖添加量充足,为8 g·kg^–1干土,氮肥以(NH4)₂SO₄和KNO₃为例。结果表明,在对照、单施(NH4)₂SO₄或KNO3处理中,土壤中氮转化过程主要以有机氮净矿化和铵态氮净硝化为主,这主要是由于红壤可利用碳源较少。而外加足够葡萄糖碳源可快速(2 d内)促进土壤及其100 mg·kg^–1氮肥中的NH₄⁺-N和NO₃^--N几乎全部被微生物同化,30 d培养期间微生物同化促进28%~50%的肥料氮迅速转化为固相有机态氮。单施(NH4)₂SO₄或KNO₃主要通过硝化作用和盐效应降低土壤pH,但微生物对NH₄⁺-N的生物固定可抑制其硝化导致的酸化作用,而微生物对NO₃^--N的生物固定可提高土壤pH高达0.78个单位。因此,添加葡萄糖等碳源可促进农田土壤中NH₄⁺-N和NO₃^--N的微生物同化,缓解氮肥引起的土壤酸化作用。研究结果对提高农田土壤的保氮能力和氮肥利用率、抑制土壤酸化等具有重要意义。     

分次施氮对水稻根际土壤微生物生态效应的影响

研究了分次施氮条件，施氮对水稻根际土壤微生物生态效应的影响，结果表明：水稻根际土壤微生物生态效应不仅仅受到根际土壤微生物的影响，同时也受到水稻生长状态的影响。一般来说，水稻生长旺盛的时候，水稻根系与根际土壤微生物竞争营养元素，导致水稻根际微生物活性的下降。在水稻生长周期内，水稻根际土壤微生物生物量C与根际土壤酶等变化不一致。分次施氮条件下，施氮对根际微生物生物量C、磷酸酶、脲酶、总蛋白和总酚有一定的影响，尤其是在水稻生长的后期，4次施氮全部完成后，施氮与不施氮表现出明显的差异。     

长期施肥对棕壤氨氧化细菌和古菌丰度的影响

【目的】氨氧化是氮转化过程的限速步骤,其由氨氧化微生物所驱动。本研究旨在探明 37 年玉米–大豆轮作施肥条件下影响棕壤氨氧化微生物丰度的主要影响因子及变化规律。【方法】以沈阳农业大学棕壤肥料长期定位试验耕层土壤 (0—20 cm) 为材料,选取其中 9 个施肥处理进行取样分析:不施肥 (CK)、低量氮肥 (N₁)、高量氮肥 (N₂)、氮磷肥 (N₁P)、氮磷钾肥 (N₁PK)、高量有机肥 (M₂)、高量有机肥 + 低量氮肥 (M₂N₁)、高量有机肥 + 氮磷肥 (M₂N₁P)、高量有机肥 + 氮磷钾肥 (M₂N₁PK)。采用实时荧光定量 PCR 技术测定其氨氧化微生物丰度,通过对土壤基本化学性质和氨氧化微生物丰度的冗余分析找出影响氨氧化微生物丰度的主要因素。【结果】施用有机肥处理的土壤 pH、有机质、全氮、碱解氮、速效钾、速效磷、铵态氮、硝态氮含量明显高于不施肥和单施化肥处理。各施肥处理土壤有机质、全氮、碱解氮、速效钾、速效磷的含量总体呈现有机肥处理 > 化肥处理 > CK;与不施肥处理 (CK) 相比,单施化肥处理显著降低了土壤 pH 值,施用有机肥处理显著提高了土壤 pH 值,其中 N₂ 处理的土壤 pH 最低,M₂ 处理的土壤 pH 最高。不同施肥处理氨氧化细菌 (AOB) 的丰度为 0.94 × 106～5.77 × 106 copies/g 干土,氨氧化古菌 (AOA) 的丰度为 3.56 × 106～1.22 × 107 copies/g 干土;施用有机肥处理 AOB 和 AOA 丰度显著高于不施肥和单施化肥处理,其中 M₂ 处理的 AOB 和 AOA 丰度最高,单施氮肥处理的 AOB 和 AOA 丰度最低。冗余分析 (RDA) 表明,影响棕壤 AOB 和 AOA 丰度的主要环境因子有土壤 pH、有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾,且与 AOB 和 AOA 丰度呈正相关关系。【结论】长期轮作施肥显著改变了棕壤的化学性质,从而对氨氧化微生物的丰度产生了显著影响。长期施用有机肥显著提高了土壤养分含量及 AOB 和 AOA 的丰度,对维持土壤氨氧化微生物的数量起到十分重要的作用;同时试验结果也为今后通过改变土壤 pH、有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾等性质对 AOB 和 AOA 进行调节提供了依据。     

广西富硒土壤中氧化铁对Se（Ⅳ）吸附解吸的影响机制

为探究游离氧化铁对富硒土壤吸附解吸Se(Ⅳ)的影响机理,以广西富硒赤红壤、红壤为研究对象,通过等温吸附解吸实验,比较去除游离氧化铁前后土壤对Se(Ⅳ)的吸附解吸特征,同时运用Zeta电位、扫描电镜-能谱分析和傅里叶红外光谱技术分析其机理。结果表明：Langmuir和Freundlich等温吸附方程均能较好地拟合供试土壤吸附Se(Ⅳ)过程,相关系数在0.920～0.995之间。供试土壤最大吸附量由高到低依次为：赤红壤(1 399 mg·kg^–1)、红壤(1 336 mg·kg^–1)、去氧化铁赤红壤(444 mg·kg^–1)、去氧化铁红壤(352 mg·kg^–1)。去除游离氧化铁后,红壤、赤红壤的Zeta电位分别由–24.42、–18.06 mV变为–33.06和–26.43 mV,且比表面积减小。红壤、赤红壤及其去氧化铁土对Se(Ⅳ)的解吸率在2%～7%之间,去氧化铁土的解吸率高于红壤、赤红壤。红外光谱分峰拟合分析可知,土壤主要通过-OH、Fe-O、C=O等含氧基团与硒发生反应,土壤去除氧化铁后,Fe...     

盐胁迫对棉田土壤微生物量和土壤养分的影响

以耐盐品种中棉所44为材料,模拟滨海混合盐土成分,研究了正常灌水(土壤相对含水量保持在75±5%)和轻度干旱(55±5%)下,不同程度盐胁迫(0,0.35%,0.60%,0.85%,1.00%)对棉田土壤微生物量和土壤养分的影响。结果表明,棉花产量及产量构成(铃数和铃重)、生物量、根重均随着盐浓度的升高而显著递减。棉田土壤微生物量C和N在棉花各个生育期内均随着盐浓度的升高而显著降低,花铃期达到最大,土壤有机质、全氮、速效N、有效P、速效K等养分含量的变化趋势与土壤微生物量C和N基本一致,但降幅较小。土壤微生物量碳与土壤有机碳的比值、土壤微生物量氮与全氮的比值均随着盐浓度的升高而呈现逐渐下降的趋势,表明了土壤微生物量碳氮受盐胁迫的影响大于土壤有机碳和全氮,也表明了土壤微生物对土壤有机碳和全氮转化效率的显著减低。正常灌水条件下各盐分处理的棉花生物量、铃数、铃重、根重、土壤微生物量和土壤养分含量均显著高于相应干旱处理,干旱加重了盐分对土壤微生物量和土壤养分的抑制效应。土壤微生物量C和N与土壤pH值之间存在显著负相关,与土壤有机质、全氮、速效N、有效P、速效K之间均存在显著正相关。     

氮素形态和光照强度对水稻表土及根际 N2O 排放的影响

【目的】 稻田生态系统是 N₂O 的重要排放源,本研究旨在探讨氮素形态和光照对水稻根际、叶际 N₂O 排放作用及其机制。 【方法】 试验采用水培方法,在小型光控培养箱内进行,供试作物为水稻。将水稻地上部和地下部严格分隔在试验装置内室和外室,用气相色谱法测定水稻根、叶界面排放的 N₂O 量。首先进行了弱光 (8:00～18:00, 4000 Lux;18:00～22:00, 0 Lux) 和供氮量一致条件下 (N 90 mg/L),NO₃–-N、NH₄NO₃ 和 NH₄+-N 3 种氮素形态对水稻根、叶界面 N₂O 排放的影响的试验。在此基础上,进行了不同光照条件下 [弱光 (8:00～18:00, 4000 Lux; 18:00～22:00, 0 Lux)、强光 (8:00～18:00, 8000 Lux; 18:00～22:00, 0 Lux) 和自然光]不同氮素形态对水稻根、叶界面 N₂O 排放的影响的试验。 【结果】 1) 相同供氮水平、弱光条件下,NO₃–-N、NH₄NO₃、NH₄+-N 处理的水稻分蘖期叶际及根际 N₂O 排放速率分别为 6.37、5.03、0.46 μg/(pot·h) 和 16.30、15.71、1.31 μg/(pot·h),开花结实期及成熟衰老期亦获得相似的结果。NO₃–-N、NH₄NO₃ 处理水稻根际、叶际 N₂O 排放量显著高于 NH₄+-N ( P < 0.05)。 2) 弱光照条件下,NO₃–-N、NH₄NO₃ 和 NH₄+-N 处理的水稻开花结实期叶际 N₂O 平均排放速率分别为 10.47、3.70、0.26 μg/(pot·h),强光照条件下分别为 20.83、10.82、2.08 μg/(pot·h),两种光照条件下 3 种氮源处理之间 N₂O 平均排放速率差异显著,自然光照条件下 NO₃–-N 与 NH₄NO₃ 处理间水稻叶际 N₂O 排放差异不显著。 3) 在弱光条件下,NO₃–-N、NH₄NO₃ 和 NH₄+-N 处理的水稻根际 N₂O 排放速率分别为 27.76、5.19、0.30 μg/(pot·h),强光条件下分别为 32.83、16.41、1.27 μg/(pot·h),自然光条件下分别为 16.49、20.21、1.74 μg/(pot·h)。NH₄NO₃ 处理水稻根际 N₂O 排放随光照增强而增加,自然光条件下 NO₃–-N 与 NH₄NO₃ 处理间水稻根际 N₂O 排放差异不显著,但弱光条件下差异显著; 4) 叶际 N₂O 排放速率 ( Y) 与根际 N₂O 排放速率 ( X) 间呈极显著正相关, Y = 1.963 + 0.444 X ( R2 = 0.661, P < 0.01)。 【结论】 不论光照条件强弱,供应 NO₃–-N 均显著提高水稻根、叶界面的 N₂O-N 排放,NH₄NO₃ 次之。光照越强,排放就越明显。叶际 N₂O 排放可以反映出根际的排放,因此,水稻施肥应尽量选用铵态氮肥,避免使用硝态氮以及含有硝态氮的肥料。      

两种施肥处理下不同有机质含量农田黑土微生物群落结构PLFA分析

土壤有机质含量和施肥是影响黑土微生物群落结构的重要因素,但是受气候影响,很难单独明确有机质含量或施肥对土壤微生物群落的影响。本研究利用黑土生产力长期定位试验,将有机质含量不同的5个黑土(SOM1.7、SOM3、SOM5、SOM6、SOM11)置于相同气候条件下,通过分析磷脂脂肪酸,系统地研究了施肥与有机质含量对农田黑土微生物群落结构的影响。研究结果表明,5个有机质含量农田黑土中,土壤磷脂脂肪酸总量为10.6~31.5 nmol·g^-1,细菌磷脂脂肪酸含量为6.23~18.4 nmol·g^-1,真菌磷脂脂肪酸总量为1.78~4.57 nmol·g^-1。土壤有机质含量升高和施肥会显著提高土壤中总微生物量、细菌生物量和真菌生物量,但施肥和有机质含量对真菌/细菌比值无显著影响。非度量多维尺度分析(NMDS)分析表明,有机质含量和施肥是导致微生物群落结构差异的重要因素,但施肥可能会遮蔽有机质含量对微生物群落的影响。     

冬种绿肥对水稻土硝化作用的影响

冬闲田种植绿肥是传统的水稻土培肥增产措施,但绿肥-水稻种植系统中,不同绿肥种类对硝化作用的影响规律及调控机制尚不明确.采用盆栽试验,研究了冬种紫云英、油菜、黑麦草对土壤性状及硝化作用的影响,并通过特异性细菌抑制剂(卡那霉素和大观霉素)研究了氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)对硝化作用的相对贡献.结果表明,冬种三...     

长期施肥对水稻土剖面氨氧化古菌和细菌丰度及组成的影响

长期施肥影响稻田土壤理化性质和硝化微生物群落,但长期施肥对稻田不同土层氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)群落结构的影响尚不明确.以湖南宁乡稻田不同施肥制度长期定位试验为平台,选取不施肥(CK)、施秸秆有机肥(ST)、有机-无机肥配施(OM)和施全量化肥(NPK)4个处理,采用实时荧光定量PCR和Illumina...     

氮肥形态对香蕉种植土壤中氨氧化细菌与古菌的影响

氨氧化微生物通过影响氮素在土壤中的转化而间接影响作物对不同氮素形态的吸收。因此,本实验采集了海南省种植香蕉的滨海土壤,通过施用硫酸铵和硝酸钙,研究了氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的数量与群落的变化,并测定了香蕉的生长与氮营养状况。通过构建氨氧化细菌和古菌的功能基因amo A文库后发现:施用硫酸铵的土壤中AOB的amo A基因拷贝数显著高于施用硝酸钙的土壤和不施肥的土壤,而AOA的拷贝数低于硝酸钙与不施肥处理。但是氨氧化古菌AOA的绝对数量都高于AOB。施用硫酸铵的土壤中AOB的群落多样性和丰富度明显增加,而施用硝酸钙的土壤却没有发生显著变化。施用硫酸铵和硝酸钙的土壤中AOA群落结构相似,但丰富度和多样性均高于不施肥处理。从施肥效果看,相比硫酸铵,硝酸钙显著提高了香蕉植株的生物量和全氮含量。上述结果表明,在南方酸性土壤中AOA占优势,虽然施用铵态氮肥可以促进AOB的丰度与多样性,但是很可能会抑制AOA的数量。因此,在海南滨海土中施用铵态氮肥后,通过硝化作用以满足香蕉吸收硝态氮的需求达不到理想的效果,应直接补充硝态氮肥来促进香蕉生长。     

石灰性紫色土硝化作用及硝化微生物对不同氮源的响应

土壤中发生的硝化作用是对p H高度敏感的典型过程。本文采用室内恒温培养法,结合定量PCR和高通量测序,研究石灰性紫色土硝化作用以及氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)、氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)、亚硝酸盐氧化细菌(Nitrite-oxidizing bacteria,NOB)的丰度与群落结构对不同氮源的响应。结果表明:不同氮源均刺激土壤硝化作用的发生,CO(NH2)2处理下的净硝化速率最大,约是CK处理的4.76倍,(NH_4)2SO4和NH_4Cl处理下的净硝化速率分别为N 3.88和3.34 mg kg-1d-1。相比于(NH_4)2SO4和CO(NH2)2处理,NH_4Cl处理降低了硝态氮的累积量,抑制了铵态氮的减少量。AOB amo A基因拷贝数在28 d培养过程中变化显著(p0.05),在(NH_4)2SO4和CO(NH2)2处理中呈先增长后降低趋势,在NH_4Cl处理中呈持续增长趋势;而AOA amo A基因拷贝数无显著变化(p0.05)。说明石灰性紫色土硝化作用的主要推动者是AOB,而不是AOA。在28 d培养过程中,亚硝酸盐氧化细菌占总微生物的比例高于氨氧化细菌和古菌,意味着石灰性紫色土中可能存在全程氨氧化微生物(Comammox)。高通量测序的结果表明:石灰性紫色土中AOB的优势种群为亚硝化螺菌Nitrosospira Cluster 3,AOA的优势种群是土壤古菌Group 1.1b,NOB的优势种群是硝化螺菌Nitrospira。     

秸秆直接还田与炭化还田对潮土硝化微生物的影响

为比较秸秆直接还田和炭化还田对黄淮海平原小麦/玉米轮作体系典型潮土硝化作用及硝化微生物群落的影响,设置4个处理:全量小麦秸秆还田(S)、全量秸秆炭化还田(B)、半量秸秆半量生物质炭还田(SB)和不进行秸秆或生物质炭还田的对照(CK),连续进行3 a田间试验。对小麦、玉米两个生长季土壤理化性质进行分析,用末端限制性片段长度多态性(Terminal-restriction length polymorphism,T-RFLP)技术和克隆文库技术对氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)和氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)群落结构和多样性进行分析。结果表明,在小麦季,与S处理相比,B处理显著降低了土壤容重,提高了土壤pH、有机碳(SOC)和速效钾(AK)含量(P0.05),但并未显著影响土壤水分、铵态氮(NH_4~+-N)和硝态氮(NO_3~--N)含量;B和SB处理的硝化潜势(Potential nitrification rate,PNR)分别为0.58、0.49μg·h~(-1)·g~(-1)(以NO_2~-计,下同),显著高于CK,与S处理(0.40μg·h~(-1)·g~(-1))差异不显著。玉米季,B处理显著提高了土壤水分、SOC和AK(P0.05),各处理玉米季的PNR整体低于小麦季,B处理最高(0.27μg·h~(-1)·g~(-1)),显著高于CK和S处理(P0.05)。小麦季PNR分别与AK、NH_4~+浓度和土壤容重显著相关(P0.05),与AOA和AOB群落组成均无显著关系;玉米季PNR仅与理化因子SOC显著相关,但该季节PNR与AOB群落结构显著相关。冗余分析(RDA)表明,土壤SOC、容重、pH和AK是显著影响硝化微生物群落结构的主要因子,对AOA和AOB群落结构总变异的解释量分别为76.4%和75.5%。系统发育树分析表明,AOA大部分属于土壤古菌Group1.1b,AOB多属于亚硝化螺菌Nitrosospira簇3。综上,与秸秆直接还田相比,炭化还田提高土壤硝化活性,改善部分土壤理化性质,引起土壤硝化微生物群落结构变化。     

有机碳氮添加对酸性森林土壤氨氧化过程的影响

以亚热带酸性森林土壤为研究对象,开展了微宇宙室内培养实验,设置了有机碳和有机氮添加处理,分析了土壤硝化活性和氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)、氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)的功能基因丰度,研究了外源有机碳和有机氮对酸性森林土壤氨氧化过程的影响规律。结果表明:外源有机氮添加显著刺激了酸性森林土壤硝化活性,乙炔抑制实验表明自养氨氧化对酸性森林土壤硝化过程的贡献率90%。有机碳添加对土壤硝化活性未有显著影响,同时添加有机碳和无机铵态氮也未显著提高土壤硝化活性,而外源有机氮添加提高了土壤矿化速率并导致土壤NH3浓度升高,可能是土壤硝化活性、AOA和AOB数量显著增加的主要原因。     

基于宏基因组学的酸性森林土壤氨氧化微生物群落特征研究

全球30%以上陆地面积是酸性土壤(pH5.5),而酸性土壤中氨氧化微生物群落特征研究是破译其硝化过程微生物学机理的基础。尤其随着完全硝化微生物(Complete ammonia oxidizer,comammox)的发现,亟需重新认知酸性土壤中氨氧化微生物类群。以酸性马尾松林为研究对象,综合利用荧光定量PCR(qPCR)、凝胶电泳半定量和宏基因组测序等技术研究土壤中氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)、氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)和Comammox的相对丰度以及群落组成特征。研究发现AOA和AOB amoA基因丰度分别为2.61×106 copies·g~(-1)和1.45×106copies·g~(-1);而comammoxamoA基因qPCR结果存在显著的非特异性扩增,导致其丰度被高估,而经凝胶电泳半定量矫正后,约为(1.38～1.47)×106copies·g~(-1),该结果和土壤宏基因测序揭示的comammox相对丰度基本吻合。此外,宏基因组分析发现经典嗜酸group1.1a-associated仅占AOA总类群的12%,而group1.1b则占88%,尽管目前仍未有嗜酸group 1.1b AOA纯菌株的报道。AOB主要类群为Nitrosospira(约64%),而Nitrosomonas约占36%。Comammox主要类群为clade B(约64%),而clade A仅占36%且均隶属于clade A.1亚枝,这暗示clade B与已报道的嗜中性comammox clade A纯菌株有极大的生理代谢差异。总之,本研究提供了综合利用qPCR、半定量和宏基因组分析土壤氨氧化微生物群落的策略,并建议优化comammox的qPCR引物,同时本研究系统分析了酸性马尾松林土壤中氨氧化微生物的相对丰度和群落组成特征。     

Effects of inorganic fertilizer and manure on soil archaeal abundance at two experimental farms during three consecutive rotation-cropping seasons

Soil archaeal population dynamics at two experimental sites of the same clay-loam type in Ottawa and Woodslee, Ontario, were investigated to determine fertilizer and manure effects following their different long-term crop rotation and fertilization schemes. Phylogenetic analysis of cloned soil archaeal 16S rRNA gene libraries of both sites identified them with group 1.1b of Thaumarchaeota. The gene population dynamics subtly varied in the order of 10⁷ copies g⁻¹ soil when monitored by quantitative real-time PCR during three growing seasons (2007–2009). In Ottawa, where plots were amended with dairy-farm manure, soil thaumarchaeal gene abundance was double of the unamended plots. At the Woodslee N-P-K-fertilized plots, it remained at least 30% fewer than that of the unfertilized ones. These cultivated plots showed soil carbon limitation while the fertilized ones were low in soil pH (ca. 5.5). Surface soils from an unfertilized sod plot and an adjacent deciduous forest had higher total carbon content (C:N ratio of 9 and 11, respectively). Their thaumarchaeal gene abundance varied up to 4.8 × 10⁷ and 7.0 × 10⁷ copies g⁻¹ soil, respectively. The former value was also attained at the manure-amended plots in Ottawa, where the C:N ratio was just below 10. Where soil pH was above 6.0, there was a weak and positive correlation between soil total C and the estimated gene abundance. Such gene population dynamics consistently demonstrated the stimulating and suppressive effects of dairy-farm manure (Ottawa site) and inorganic fertilizers (Woodslee site), respectively, on soil thaumarchaea. At both sites archaeal amoA and 16S rRNA gene abundance were similarly affected. Archaeal amoA gene abundance also outnumbered bacterial amoA abundance, suggesting that ammonia-oxidizing archaea might be dominant in these soils. Only minor crop effects on gene population dynamics were detected.     

The role of ammonium oxidizing communities in mediating effects of an invasive plant on soil nitrification

Invasive plants often benefit from changes that they impose on soil microbes via positive plant–soil feedback, but the mechanisms that underlie these changes, and the legacy of their effects, remain poorly quantified. We investigated the impacts of an invasive annual grass, Microstegium vimineum, on the structure and functioning of soil microbial communities in a multi-year, field-based common garden experiment. Given previous reports that M. vimineum can both elevate nitrification rates in soil and benefit from enhanced nitrate availability, we sought to answer the following questions: 1) Does M. vimineum alter the abundance or composition of soil nitrifying microbial communities (ammonia oxidizing archaea and bacteria, AOA and AOB, respectively)? 2) Are such effects reversible or do soil legacy effects persist after M. vimineum is no longer present? After three years, invaded plots had greater AOA abundances than uninvaded native dominated plots, as well as different AOA community structure. However, after seven years, and following a period of M. vimineum replacement by native plants in the invaded plots, AOA abundances and nitrification rates declined toward levels found in uninvaded plots. Collectively, our results suggest that while the impacts of M. vimineum invasions on nitrogen cycling likely relate to their association with AOA, these effects may not persist if M. vimineum declines over time and native plants and their associated microbes are able to re-establish.