水热条件和施肥对黑土中微生物群落代谢特征的影响

选择位于我国东部3个不同气候带(温带、暖温带、中亚热带)的农业生态试验站(海伦站、封丘站、鹰潭站),设置水热变化梯度下的土壤置换试验,利用Biolog方法,研究了水热因子和施肥对单作玉米的黑土中微生物群落的影响。结果表明,在3种气候条件下,施用NPK肥均提高了黑土中细菌群落的碳源代谢活性(Average well color development,AWCD值表示)。在玉米抽雄期,施肥处理(NPK)黑土中AWCD值大小顺序为:鹰潭站(中亚热带)>海伦站(温带)>封丘站(暖温带),不施肥(CK)处理为:鹰潭站(中亚热带)>封丘站(暖温带)>海伦站(温带)。说明不施肥时黑土中微生物代谢活性随月均温度的提高而增加,而施肥和降水影响了温度对黑土中微生物代谢活性的作用。主成分分析表明,黑土中微生物群落代谢特征在海伦站(温带)和封丘站(暖温带)之间变化较小,而在鹰潭站(中亚热带)黑土中微生物群落的代谢指纹发生明显改变。气候条件变化导致的黑土中微生物代谢碳源的分异主要表现在:α-丁酮酸、腐胺、D,L-α-甘油、L-苏氨酸(r>0.9);而施肥导致的黑土中微生物代谢碳源的分异主要表现为:β-甲基-D-葡萄糖苷、葡萄糖-1-磷酸盐和丙酮酸甲脂。总体上,不同气候带水热条件的变化和施肥均影响了黑土中微生物群落的代谢活性和代谢特征的变化。     

田间条件下小麦和玉米秸秆腐解过程中微生物群落的变化——BIOLOG分析

对秸秆分解微生物演变机理的研究是调控秸秆还田、提高农田地力的理论基础。本试验基于土壤置换试验平台,利用BIOLOG方法研究在寒温带、中温带和中亚热带气候下,埋于黑土、潮土和红壤中的小麦和玉米秸秆在腐解过程中微生物对碳源利用的变化规律。试验中利用网袋法区分直接分解秸秆微生物。试验结果发现秸秆腐解微生物的碳源代谢活性(Average Well Color Development AWCD值表示)在腐解0.5 a和1 a后表现出一定的随气候变化规律,即随温度和降雨量的增加而降低。其中0.5 a为海伦(0.765±0.060)>封丘(0.737±0.165)>鹰潭(0.326±0.076),1 a为海伦(0.630±0.092)>封丘(0.319±0.096)>鹰潭(0.291±0.029),但这种趋势在腐解2 a后减弱。气候条件是影响秸秆腐解微生物碳源代谢活性的主要因素,其次是腐解时间和土壤类型。主成分分析表明在腐解0.5 a后海伦、封丘地区的微生物群落代谢特征与鹰潭差异较大,而1 a后封丘和鹰潭的微生物群落代谢特征与海伦的差异较大,腐解2 a后不同气候条件下的秸秆腐解微生物对碳源的利用趋于一致,均对含氮化合物利用较多。     

不同海拔茶树根系土壤微生物群落多样性分析

从福建省泉州市安溪县不同海拔铁观音茶园采集了根系区域土壤, 利用磷脂脂肪酸(PLFAs)生物标记法研究了不同海拔茶园根系土壤微生物群落多样性。结果表明, 不同海拔茶树根系土壤共检测22个PLFAs, 不同的PLFAs在不同海拔茶树根系土壤分布差异明显, 可分为完全分布和不完全分布两种类型。高海拔(834 m)茶树根系土壤分布的PLFAs种类和数量都最多, 分布最高的前3个生物标记为16:0(指示细菌)、18:3ω6c(6,9,12)(指示真菌)、18:00(指示嗜热解氢杆菌)。对不同海拔茶树根系土壤特征微生物PLFAs分析表明, 代表细菌的16:0、代表真菌的18:3ω6c(6,9,12)和代表放线菌的10Me 16:0相对生物量在不同海拔茶树根系土壤中分布量不同, 细菌分布量最大, 其次是放线菌, 真菌分布量最小。微生物群落PLFAs标记聚类结果显示, 当欧氏距离为11.51时, 可将不同海拔茶园根系土壤的PLFAs生物标记分成3个大的类群, 类群I的PLFAs生物标记为完全分布且分布量中等, 类群Ⅱ的PLFAs生物标记为完全分布且分布量较高, 类群Ⅲ的PLFAs生物标记为不完全分布且分布量较低。分析多样性指数表明, Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou指数均是海拔834 m处最大, 海拔717 m处最低。     

水热条件和土壤类型对纤维素分解菌的影响

试验选择中国东部3个气候带上的主要农田土壤:寒温带黑龙江海伦的黏化湿润均腐土(黑土)、暖温带河南封丘的淡色潮润雏形土(潮土)和中亚热带江西鹰潭的黏化湿润富铁土(红壤),在海伦、封丘和鹰潭3个生态试验站建立土壤置换试验,研究玉米不同生育期水热条件和土壤类型对好氧性纤维素分解菌数量的影响。结果表明,暖温带气候条件下土壤好氧性纤维素分解菌数量高于中温带和中亚热带气候条件;土壤类型显著影响了土壤好氧性纤维素分解菌数量,变化顺序为黑土>潮土>红壤;在玉米不同生育期土壤纤维素分解菌数量的顺序均为抽雄期>收获后>种植前;施用化肥提高了土壤中好氧性纤维素分解菌的数量。相关分析显示土壤好氧性纤维素分解菌数量与土壤有机质、全氮、全磷、全钾、含水量和pH值呈显著正相关,土壤温度和含水量是影响土壤好氧性纤维素分解菌数量的重要环境因子。通径分析结果表明,土壤养分是决定土壤好氧性纤维素分解菌数量的主要因子,水热条件对其直接作用并不明显,但水热、施肥、土壤类型对纤维素分解菌数量有显著的交互作用。     

气候条件和作物对黑土和潮土固氮微生物群落多样性的影响

固氮微生物是土壤氮素的主要贡献者之一。利用在黑龙江海伦(寒温带)、河南封丘(暖温带)和江西鹰潭(中亚热带)设置的2种农田土壤(黑土、潮土)的置换试验,研究了不同气候、土壤和种植条件对固氮微生物多样性的影响。通过直接从土壤中提取DNA,对固氮酶基因nifH PCR扩增并进行DGGE电泳的分析方法研究了2种类型土壤在3种不同水热条件下固氮微生物群落多样性的变化特征。研究结果表明,在置换到不同气候条件下3年后,土壤类型是决定固氮微生物结构及多样性的主要影响因子,其次是短期气候条件变化的影响,最后是种植玉米的影响。土壤固氮微生物多样性、优势度与土壤C/N及碱解氮含量呈显著正相关(p<0.01),与pH呈显著负相关;多元回归分析及典范对应分析均表明土壤碱解氮含量是影响固氮微生物多样性的决定因素。水热条件与土壤固氮微生物多样性没有线性相关关系,暖温带条件下黑土固氮微生物多样性最高,而潮土最低。种植玉米提高了土壤固氮微生物多样性。     

放牧与围栏内蒙古针茅草原土壤微生物生物量碳、氮变化及微生物群落结构PLFA分析

以内蒙古贝加尔针茅草原、大针茅草原和克氏针茅草原为研究对象,采用氯仿熏蒸法和磷脂脂肪酸（PLFA）分析方法研究了放牧与围栏条件下内蒙古针茅草原土壤微生物生物量和群落结构特征的变化情况。研究表明放牧与围栏草地土壤微生物生物量和群落结构差异显著。氯仿熏蒸法分析结果表明内蒙古针茅草原土壤微生物生物量碳的含量介于166.6-703.5mg·kg^-1之间,微生物生物量氮含量介于30.34-92.15mg·kg^-1之间,其中贝加尔针茅草原土壤微生物生物量碳、氮最高,大针茅草原次之,克氏针茅草原则最低。放牧条件下,贝加尔针茅草原、大针茅草原土壤微生物生物量碳、氮显著低于围栏草地,克氏针茅草原则无显著变化。PLFA分析结果显示,内蒙古针茅草原土壤微生物群落PLFAs种类、含量丰富,共检测出28种PLFA生物标记磷脂脂肪酸,并且以直链饱和脂肪酸和支链饱和脂肪酸为主,相对含量占总量的2/3左右,其中贝加尔针茅草原土壤微生物含量最丰富,其围栏样地土壤的PLFA含量达到27.3nmol·g-1,大针茅草原和克氏针茅草原依次降低。围栏条件下,各类型草原土壤细菌脂肪酸与总PLFA含量均显著高于放牧草地,真菌脂肪酸含量则因草原类型不同各有差异;放牧导致各类型草原革兰氏阳性细菌PLFAs/革兰氏阴性细菌PLFAs（GPPLFAs/GNPLFAs）比值显著降低,而除了克氏针茅草原,细菌PLFAs/真菌PLFAs比值则显著升高。PLFAs主成分分析表明,放牧和围栏处理对内蒙古针茅草原土壤微生物群落结构产生影响,且围栏处理的影响程度大于放牧处理。经相关分析表明,氯仿熏蒸法和PLFA分析方法之间有很好的一致性,且土壤微生物PLFAs与土壤有机质、全磷、硝态氮显著相关。     

林下参根区土壤微生物群落结构的研究

为了解林下参的生长对土壤微生物群落结构的影响,采用磷脂脂肪酸(PLFA)法测定了5,10,15,20,25年生林下参根区土壤的微生物量的活性部分及群落结构的变化情况。结果表明:林下参根区土壤微生物群落均以i15:0,a15:0,18:1ω9t,16:0,16:1ω9c,18:1ω9c,br17:0,18:2ω6,i16:0,16:1ω9t的微生物为优势种群;林下参生长根区土壤微生物总量、细菌生物量、真菌生物量及放线菌生物量与对照相比均有提高,且15a以后提高的幅度更加明显;在菌群结构变化上,与对照相比20a及25a放线菌占有总生物量的比率有所提高,真菌占有比率有所下降。15年后的林下参土壤微生物结构朝着有利于人参生长的微环境方向发展,野山参在深山密林中健康生长几十年而不死亡可能与其土壤微生物群落结构有直接关系。     

野生黄花蒿土壤的养分状况与微生物特征

黄花蒿是提取青蒿素的唯一原料植物,广泛分布于我国西南地区。为探索野生黄花蒿的耐瘠机理,提高人工种植黄花蒿的产量品质,研究了野生黄花蒿土壤的养分状况与微生物特性,以及它们与黄花蒿产量品质的关系。结果表明,在野生黄花蒿生长的不同样地中,土壤养分、pH、酶活性和微生物量差异显著,说明黄花蒿耐瘠耐肥,具有广泛的生态适应性。利用气相色谱-质谱联用仪共检测出24种土壤微生物标记性磷脂脂肪酸(PLFAs),包括代表细菌的19种11～19碳PLFAs,代表放线菌的10Me18∶0,代表真菌的18∶2ω6,9、18∶1ω9c和18∶1ω9t,以及代表线虫的20∶0,PLFAs总含量均表现出细菌放线菌真菌的现象。在黄花蒿根际土壤中,pH显著低于非根际土壤,但有机质、碱解氮、有效磷、速效钾,蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性,微生物碳氮量,PLFAs总含量,微生物群落的多样性和均匀度指数等显著高于非根际土壤。此外,在野生黄花蒿根际土壤中,微生物PLFAs总含量与黄花蒿植株生物量、青蒿酸和青蒿素产量呈极显著正相关,微生物生物量碳氮与青蒿酸和青蒿素产量呈显著或极显著正相关。说明黄花蒿根际土壤适合多种微生物生长繁殖,种群丰富,密度高,酶活性强,提高了土壤养分的有效性,有益于野生黄花蒿适应不同的土壤条件,根际土壤微生物显著影响野生黄花蒿生长及其有效成分的含量。     

不同气候和土壤条件下玉米叶片叶绿素相对含量对土壤氮素供应和玉米产量的预测

叶绿素仪可以用于估测作物和土壤氮素供应状况,本研究通过野外土壤置换试验评估叶绿素仪在不同区域的适用性。在黑龙江海伦（中温带）、河南封丘（暖温带）和江西鹰潭（中亚热带）设置3种主要农田土壤（黑土、潮土、红壤）的异地置换对比试验,研究了不同气候和土壤条件下玉米叶绿素相对含量对土壤氮素供应的响应及其对玉米产量的预测性。研究结果表明:不同气候和土壤条件下,玉米生长旺盛期功能叶的叶绿素相对含量（叶绿素仪SPAD值）和土壤表层（0—20 cm）硝态氮、无机氮含量相关性显著,说明叶绿素仪测定值可以在玉米生长旺盛期反应土壤氮素供应情况;玉米生长旺盛期功能叶叶绿素相对含量和土壤表层硝态氮含量均与玉米子粒产量呈显著相关,说明叶绿素仪可以在玉米生长旺盛期估测玉米子粒产量,且不受地域、土壤类型的影响。     

不同林龄杉木根际与非根际土壤微生物群落特征

为探究中亚热带杉木土壤微生物群落随林龄变化特征,以中亚热带7,24,34 a生杉木人工林为研究对象,采用磷脂脂肪酸(PLFA)法分析其根际和非根际土壤微生物数量和群落结构及驱动土壤微生物变化的主要土壤环境因子。结果表明:随着杉木林龄的增长,非根际土壤各类微生物数量不断减少,根际土壤微生物数量不断增加,34 a生杉木人工林细菌含量、革兰氏阴性菌含量、Cy:MONO根际土壤显著高于非根际土壤,而其他各类微生物在根际和非根际土壤间均没有显著差异。相关分析和冗余分析结果表明:土壤环境因子对杉木土壤微生物群落有显著影响,其中有效磷和铵态氮含量对土壤微生物群落的影响较大,有效磷含量与土壤微生物群落呈正相关,土壤铵态氮含量与其呈负相关。因此,在杉木人工林管理过程中,可适当增加磷的输入,以增加土壤微生物数量,提高土壤质量,促进杉木的生长。     

土壤动物与土壤健康

土壤动物与土壤健康息息相关,土壤动物多样性和功能能够灵敏反映人类活动和气候变化引起的土壤扰动。同时,土壤动物还通过与生物和非生物组分间的相互作用对地上生态系统产生反馈作用。当前土壤动物在土壤健康评价体系中的应用相对较少,主要集中在土壤线虫、节肢动物和蚯蚓等类群,仍缺乏基于土壤动物的系统性评价指标。因此,本文围绕土壤动物在指示土壤健康方面的潜力,系统总结了现有基于土壤动物的土壤健康评价指标,强调未来应建立和完善土壤动物基因组信息数据库,挖掘土壤动物的功能性状,加强土壤食物网结构和生态功能的研究,建立集成土壤动物物种多样性、功能性状和土壤食物网的指标体系,从而促进土壤健康和生态系统的可持续发展。     

土壤退化时间序列的构建及其在我国土壤退化研究中的意义

我国土壤退化发生广、发展快,后果严重,很多问题亟待解决,加大其研究力度势在必行。显而易见,人们对土壤特性与土壤退化过程了解得越详细,对土壤退化的评估与防治也会越好。因此迫切需要建立大量土壤退化时间序列来明确土壤退化过程中时间因素的作用并帮助人们正确理解和认识土壤退化与人为作用之间的关系。为了得到可靠的结果,土壤退化时间序列的建立需包括起始土壤相似性判定与退化土壤绝对或相对年龄的验证两个重要过程。本文详细论述了土壤退化时间序列的构建过程及应注意的问题,并探讨了土壤时间序列在我国土壤退化研究中的意义,旨在为土壤退化时间序列的正确建立与应用提供较为详尽的参考。     

保存过程对土壤生化指标的影响及保存土样的应用

土壤样品的生化指标反映了样品采集时期的生态与环境信息,具有极为重要的科学研究价值。样品的生化指标在保存过程中是否发生变化,是保存样品应用中应关注的重点问题。本文总结了各类土壤生化指标在不同保存条件、保存时间下的变化,表明长期保存的土壤样品适用于全量元素含量测定、土壤微生物群落结构分析、DNA/RNA序列分析、土壤污染物分析和土壤酶活性的比较研究,而土壤速效成分以及呼吸、硝化等代谢过程相关指标则不宜采用保存土样。土样长期保存应采用风干、磨口玻璃瓶密封、常温保存的方式。保存土样应用过程中应注意避免取样、分析时的环境污染,采用合适的分析测试技术,并考虑不同类型土壤保存效应的差异。随着分析技术的发展,保存土样中更多的历史环境信息将得以发掘,发挥出更大的科研价值。     

乙草胺对土壤微生物数量及土壤呼吸的影响

通过室内瓶培养试验,研究了不同浓度(0.3、3、30μgkg-1干土)乙草胺对土壤呼吸、土壤细菌、放线菌和真菌数量的影响,结果表明乙草胺在培养初期促进土壤呼吸强度,之后土壤呼吸强度恢复到对照水平,甚至有降低的趋势;对细菌数量有先增长后抑制的趋势;对放线菌数量具有促进-抑制-恢复的趋势;对土壤真菌数量具有先抑制-恢复-促进的趋势。其研究结果为合理施用乙草胺提供理论依据。     

将土种资料转化为土系的必要性与可行性分析

在对我国土壤基层分类发展历程进行简短回顾的基础上,分析了将土种资料转化为土系的必要性,和将第二次全国土壤普查建立的土种转化为土系的可行性,并指出了在土种转化为土系过程中应当注意的问题。研究结果表明,经过大量土壤学家的多次讨论修改,全国第二次土壤普查最终汇总时所建立的土种(或称"新土种")已接近土系的涵义,以此为基础,辅以必要的野外实地补充调查,根据土系划分的原则、标准和方法,将土种转化为土系是可行的。如果能够通过认真分析、比较、归纳、总结已建立的"新土种"资料,将其转化的土系,就能够使大量宝贵的土壤普查资料充分发挥作用,节约大量的时间和资金,这是在大规模开展新一轮土壤普查前,加速我国土壤系统分类的基层分类研究进程,完善我国土壤系统分类体系,使土壤调查资料能够更好地为生产实际服务有效途径。     

土壤动物在土壤有机质形成中的作用

作为土壤生态系统重要组成部分的土壤动物,在土壤元素循环转化和迁移过程中发挥着重要的作用。土壤动物是凋落物分解的"微型粉碎机",通过体内"特殊转换器",影响土壤有机质的转化、腐殖质的形成。本文从土壤动物对地表枯落物分解入手,分析了影响土壤动物对凋落物分解的因素,土壤动物通过刺激土壤酶活性,与土壤微生物群落一起,加快土壤有机物的分解,促进土壤腐殖质的转化。旨在拓宽土壤动物生态功能,丰富土壤腐殖质形成机理学说,对保护土壤生物多样性、提高土壤地力、保障粮食安全具有重要的科学意义。     

土壤微生物影响土壤健康的作用机制研究进展

土壤健康是农业可持续发展的中心主题。土壤微生物参与土壤生态功能、环境功能和免疫功能协同驱动土壤生命系统运转，是维持土壤健康的核心与关键。了解不同微生物介导的土壤健康调控机制对有效利用这些核心微生物维持和改善土壤健康至关重要。本文围绕微生物参与调节土壤碳循环、养分循环，改变土壤结构、抑制植物病虫害、污染控制等主要生物过程系统梳理了微生物在调控土壤健康中的重要作用，以及微生物作为土壤健康的敏感指标对土壤健康的指示与预警作用。强调未来应加强驱动土壤健康特定功能以及多个生物过程的核心微生物组信息数据库挖掘、构建与生产应用研究，为定向利用微生物改善农业土壤生态系统功能、维持土壤健康以及保障土壤可持续发展提供科学依据。     

苏打盐碱化土壤pH与团聚体中球囊霉素相关土壤蛋白含量的关系

球囊霉素相关土壤蛋白(Glomalin-related soil protein,GRSP)在土壤团聚体形成中起重要作用,与土壤团聚体稳定性正相关。土壤盐碱化破坏土壤结构,降低土壤中GRSP含量,但影响多大尺寸团聚体GRSP含量并不清楚。本文采集45个松嫩盐碱化草地土壤样品,通过干筛法分离出直径0.25、0.25~1和1~2 mm 3种不同粒级团聚体,采用Bradford法测定土壤中GRSP含量,并测定土壤盐碱化指标,经Pearson相关分析和前向选择变量多元线性回归分析,结果显示:土壤pH显著影响各粒级团聚体总球囊霉素相关土壤蛋白(T-GRSP)含量和难提取球囊霉素相关土壤蛋白(DE-GRSP)含量,二者存在显著负相关关系,特别是0.25~1 mm粒级团聚体DE-GRSP含量与土壤pH存在极显著负相关关系,可解释22.3%的DE-GRSP含量变化。土壤pH、电导率、碱解氮和有效磷对各粒级团聚体易提取球囊霉素相关土壤蛋白(EE-GRSP)影响不显著。结果表明土壤苏打盐碱化影响0.25~1 mm团粒结构中较稳定的DE-GRSP含量,可能对土壤团聚体胶联和土壤碳存储产生负影响。     

土壤质量的酶学指标研究

土壤质量日益衰退,寻找能够准确标示其变化的敏感指标非常重要。土壤酶几乎参与了土壤中全部的生物化学反应,与土壤中多种生态过程密切相关。土壤酶的敏感性、专一性和综合性等特点使其可以作为一个反映土壤质量的生物学指标。本文在概述了土壤酶作为土壤质量指标可行性的基础上,综述了土壤肥力质量、环境质量等的土壤酶活性和酶动力学指标的研究,并对今后相关研究提出了几点建议。     

几种土壤生物因子对土壤养分的影响

试验研究了在果树—牧草间作模式下土壤中纤维分解菌、硅酸盐细菌以及蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶、纤维分解酶、多酚氧化酶对土壤中N、P、K全量养分、速效养分和有机质的影响,并通过通径分析发现:脲酶、硅酸盐细菌、纤维分解酶是促进有机质积累的主要生物因素,蔗糖酶是影响N、P、K速效养分的最主要因子,过氧化氢酶、多酚氧化酶、纤维分解菌只是选择性地对有机质的积存和N、P、K速效养分的形成起作用。