土壤甲烷氧化菌及水分状况对其活性的影响

阐述了土壤中甲烷氧化的机理及土壤水分状况对甲烷氧化的影响,土壤中甲烷氧化分4步进行,首先甲烷在sMMO或pMMO作用下氧化成甲醇,甲醇在甲醇脱氢酶作用下氧化成甲醛,甲醛是甲烷氧化菌合成体细胞的碳源,甲烷氧化菌Type Ⅰ利用RuMP途径把甲醛转化为细胞合成的中间体,TypeⅡ则利用丝氨酸途径,同时甲醛在甲醛脱氢酶作用下氧化为甲酸,后者再在甲酸脱氢酶作用下氧化为CO_2,从而完成甲烷氧化。甲烷氧化菌TypeⅠ只含pMMO,而TypeⅡ既含sMMO又含pMMO,因此其生存力更强。土壤中甲烷氧化主要发生在10cm左右的土层中,明显受土壤水分状况的影响,甲烷氧化的最佳土壤含水量变化为20％～70％间,主要取决于土壤机械组成和有机质含量。     

基于核酸DNA/RNA同位素示踪技术的水稻土甲烷氧化微生物研究

稳定性同位素示踪复杂土壤中微生物DNA/RNA的技术难点是13C-DNA/RNA的鉴定。本研究针对我国六种典型水稻土,利用稳定性同位素13CH4示踪活性的甲烷氧化菌,超高速密度梯度离心获得不同浮力密度DNA/RNA后,以甲烷氧化菌独有的pmo A功能基因和16S r RNA特异基因作为分子标靶,通过半定量凝胶电泳技术评价了特异基因作为分子标靶判定13C-DNA/RNA的可行性,进一步利用克隆文库技术研究水稻土中的活性甲烷氧化菌群落结构。结果表明:甲烷氧化菌功能基因pmo A作为分子标靶,能够准确鉴别13C-DNA,而甲烷氧化菌特异的16S r RNA基因则能较好地区分12C和13C标记的RNA,但13C-RNA中的非目标微生物污染高于13C-DNA示踪技术。进一步以13C-DNA和13C-RNA为模板,分别构建了pmo A和16S r RNA基因的克隆文库,系统发育分析表明I型菌主导了土壤甲烷氧化过程,其中江西鹰潭和黑龙江五常土壤中活性甲烷氧化菌全部属于Ia型,而四川资阳、浙江嘉兴、江苏常熟和江都土壤中Ia型和Ib型甲烷氧化菌均有发现,并且后者比例较低。这些结果表明分子标靶基因能够有效判定复杂土壤中的甲烷氧化菌13C-DNA/RNA,在DNA和RNA水平的结果基本一致,我国典型水稻土中活性甲烷氧化菌可能存在一定的地理分异规律。     

不同浓度铜污染对水稻土甲烷氧化菌群落结构的影响

近年来,随着含铜矿产的开采、冶炼和制造等工业“三废”的排放、含铜农药与杀菌剂的长期大量施用以及城市污泥的堆肥利用,农田土壤铜污染日趋严重。土壤含铜量一旦超出其环境承载力,就会对植物、动物和土壤微生物产生危害,严重威胁到生态系统的稳定和人类的健康[1]。我国是水稻生产大国,其种植面积达全国粮食作物栽培面积的1/4,因此,水稻土在我国粮食生产中占有及其重要的地位,是具有重大经济意义的土壤资源[2]。研究表明,过量铜会对水稻根系产生毒害,进而推迟抽穗期,降低产量[3]。铜污染不仅会危害作物地上部分的生长发育,同时也会导致土壤微生物数量、呼吸强度、微生物商、代谢商等的变化,并对微生物的活性和功能产生影     

大气CO2浓度缓增对稻田土壤甲烷氧化过程的影响

微生物介导的甲烷好氧氧化,对控制稻田甲烷排放起着重要作用。本文从基因、群落、活性等多个层次上解析CO₂浓度缓增对稻田土壤甲烷好氧氧化过程的影响及其作用机理。依托于田间CO₂浓度自动调控平台,在背景CO₂浓度(AC)基础上,设置了CO₂浓度缓增处理(每年增加40μL·L^-1,持续4年)(EC)。采用室内泥浆培养以及高通量测序和定量PCR技术,对不同CO₂处理下水稻关键生育期(分蘖期、拔节期、扬花期和乳熟期)土壤中的甲烷氧化潜势及其功能微生物的丰度和群落结构进行了系统研究。结果表明：大气CO₂浓度升高促进了稻田甲烷氧化潜势和甲烷氧化菌丰度的增加;CO₂浓度升高还使得土壤中甲烷氧化菌的群落结构发生了显著变化,其优势菌从Ⅱ型菌转变为Ⅰ型菌。CO₂浓度升高所致的土壤中甲烷、氧气浓度以及氮素水平等的改变很可能对稻田甲烷氧化过程产生了重要影响。综合本研究发现,稻田甲烷氧化过程对大气CO₂     

鸡粪好氧堆肥过程中氨氧化古菌群落结构的动态变化

应用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR DGGE）技术,研究了好氧堆肥过程氨氧化古菌（ammonia oxidizing archaea, AOA）的群落结构和多样性变化。结果表明,不同堆肥时期鸡粪好氧堆肥AOA菌群的群落结构发生了明显的变化。与AOA HH 2(GU2258721)亲缘关系较近的b条带(相似性96%)和未培养泉古菌属［uncultured crenarchaeote NM 152(HQ8752251)］的m条带(相似性99%)是堆肥过程一直存在的AOA菌属。条带c、 b、 f、 i和条带m、 k、 l、 n代表的种属分属两个大类。AOA群落的Shannon Weiner指数（H）、 均匀度指数（EH）均表现为第30 d＞第5 d＞第25 d第45 d＞第3 d第12 d＞第1 d第15 d。对AOA种群数据与不同时期堆体温度、 pH、 全氮、 铵态氮、 亚硝态氮和硝态氮等环境因子的冗余分析表明,堆体温度、 全氮、 亚硝态氮和硝态氮对氨氧化古菌群落演替有着显著的影响（P0.05）,AOA的群落结构在堆肥第1 d、 第5 d、 第25 d、 第30 d、 第45 d变化较大。说明这些参数能有效控制鸡粪好氧堆肥过程中AOA的群落结构。     

水稻土好氧甲烷氧化菌对大气CO2浓度升高的适应规律

CH4是仅次于CO2的第二大温室气体,而稻田是CH4的主要排放源,但未来大气CO2浓度升高情景下（elevated CO2, eCO2）,水稻土好氧甲烷氧化过程及其功能微生物群落适应规律尚不清楚。本研究依托中国FACE（Free Air CO2 Enrichment）水稻田试验平台,通过13C-CH4示踪的室内微宇宙培养实验,采用稳定性同位素核酸探针（DNA-SIP）和高通量测序技术,研究了未来大气CO2浓度升高对水稻土甲烷氧化活性及其功能微生物的影响规律。研究结果表明：与常规大气CO2浓度（ambient CO2, aCO2）相比,eCO2条件下的甲烷氧化活性显著增加,从243 nmol g-1 d.w.s h-1增加至302 mol g-1 d.w.s h-1,增幅高达24.3%,甲烷氧化菌数量则增加了1.1~1.2倍。通过超高速离心获得活性甲烷氧化菌同化13CH4后合成的13C-DNA,高通量测序发现,未来大气CO2升高情景下水稻土活性好氧甲烷氧化微生物群落极可能发生明显演替,与对照相比,类型I甲烷氧化菌甲基杆菌属Methylobacter的相对丰度增加16.2%~17.0%,而甲基八叠球菌属Methylosarcina的相对丰度下降4.7%-11.1%;同时刺激了食酸菌属Acidovorax和假单胞菌属Pseudomonas等非甲烷氧化菌的活性。这些研究结果表明：未来大气CO2升高情景下,水稻土好氧甲烷氧化微生物群落结构发生分异,促进了甲烷氧化通量,而甲烷氧化的代谢产物可能引发土壤中微生物食物网的级联反应,是土壤碳储存和周转的重要功能微生物群。     

青藏高原多年冻土区土壤冻融期间水热运移特征分析

以唐古拉监测点气象及活动层土壤水热资料为基础,对青藏高原高海拔多年冻土区冻融期活动层土壤的水热特征进行了分析。研究结果表明:不同土层的土壤温度变化规律基本一致,土壤温度的变化滞后于气温的变化,而且滞后时间随着土层深度的增大而增大,表层土壤温度变化波动较大,随着深度的增加,土温温度变化趋于平缓;气温的降低引起了土壤温度的降低,从而引起水分的迁移;在冻结期,水分向上下两个冻结锋面迁移,而活动层中部则被疏干,在融化期,活动层底部水分含量高,水分向相变界面附近迁移。拟合了冻结期未冻水含量与土壤温度的关系,相关系数R2平均值为0.89,结果基本能反映实际情况。该研究结果为高海拔多年冻土区冻融土壤水热耦合模拟的研究提供了基础理论依据。     

不同水分条件下粗砂土剖面中目标物的GPR 图像特征及其解译

通过粗砂土人工土槽试验,研究了不同水分处理下土壤剖面中目标物探地雷达波形态特征的变化及其解译.结果表明,采用500 MHz中心频率天线采集GPR数据,可以获取不同水分条件下粗砂土1 m土体内介电性质异常的目标物较高分辨率的形态特征和位置信息数据:土壤含水量的增加会导致土壤中目标物界面反射信号强度减弱、双程走时增加以及目标物GPR图像形态特征的变化;在土壤性质、水分条件较均一的情况下,利用GPR数据通过时间一深度转换可以准确地确定目标物的埋藏深度.     

不同土壤水分下小麦幼苗出土幼苗生长及叶片光合作用的变化

本文研究了不同土壤水分下小麦(小偃6号)幼苗出土及幼苗生长的变化,结果表明,轻微的土壤水分亏缺使根的伸长加快,根量增加;严重的土壤水分亏缺使根和幼苗生长受抑,干旱下根/冠比增大.土壤水势低于1.80MPa时,幼苗几平不能出土.土壤水势在-0.61MPa时,形成的苗既小又弱,形成弱小苗的原因是叶片光合能力下降、呼吸增加的结果.根据实验结果本文提出,小偃6号向较旱区推广是一慎重的问题.     

不同水分条件下椰壳炭施用对稻田土壤酶活性及微生物群落的影响

以热带稻田土壤为研究对象,利用室内短期恒温(25°C)培养探讨好氧和淹水条件下椰壳炭不同施用量(0%、2%和5%(w/w))对土壤性质和微生物群落的影响。结果表明：①培养35 d后,好氧和淹水条件下增施2% 和5% 椰壳炭均提升土壤pH,增幅分别为20%、39%和31%、32%。好氧下土壤脲酶活性增加121% 和75%,酸性磷酸酶活性降低10% 和49%,碱性磷酸酶活性提高39% 和39%;淹水下脲酶活性减少12% 和45%,酸性磷酸酶活性降低3% 和14%,碱性磷酸酶活性增加133% 和105%。②增施2% 和5% 椰壳炭时,好氧下土壤细菌和真菌香农指数均降低,但淹水时增加。好氧下变形杆菌门(Proteobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)和浮霉菌门(Planctomycetes)丰度提高,增幅分别为2%、54%,51%、47% 和94%、82%;淹水下酸杆菌门(Acidobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)丰度增加,增幅分别为3%、20%,14%、18% 和38%、37%;同时好氧和淹水下土壤担子菌门(Basidiomycota)丰度均下降,降幅分别为68%、70% 和68%、76%,并且淹水下壶菌门(Chytridiomycota)和罗兹菌门(Rozellomycota)丰度增加。该研究结果可为椰壳炭对稻田土壤改良及其推广应用提供参考。     

暴雨条件下北京山区主要乔木蓄水能力研究

利用大型称重式蒸渗仪记录2012年7月21-22日北京暴雨全过程下土体水重的变化,分析不同树种土体水重的增幅和总量的差异.同时运用土壤三参数测定仪对蒸渗仪的不同深度土体中土壤含水率进行观测,分析降雨过程中各层含水率的动态变化.结果表明,暴雨条件下蒸渗仪土体水重呈先猛增后缓增的趋势,五角枫的土体水重增加最多,渗漏量最少;油松土体水重增加最少,渗漏量最多.土体水重大小依次为:五角枫＞侧柏＞空地＞油松.不同深度土层在暴雨过程中都有水分猛增的过程,表层土发生较早,且增幅大;深层土发生晚,增幅小.五角枫各层土体的含水率最高,油松的最低,含水量大小依次为:五角枫＞空地＞侧柏＞油松.     

VP—EXPERT专家系统开发工具在节水灌溉土壤水分调控中的应用

本文介绍了利用VP—EXPERT专家系统开发工具进行节水灌溉土壤水分调控专家系统的研制。概述了土壤水分调控装置及其调控原理,讨论了专家系统的构成及应用特点。     

塔克拉玛干沙漠南缘不同植被区土壤水分状况研究

在新疆干旱气候条件下,2009年通过对棉花膜下滴灌进行试验研究,分析了不同灌溉定额和灌水周期对土壤水盐分布及棉花生长的影响。结果表明,灌水周期5d的处理能够达到棉花最适宜的土壤水分范围。在相同的灌水周期下,土壤剖面平均含水量随着灌溉定额的增加而增大。较高灌水频率对根区土壤盐分具有较好的淋洗作用,灌水周期10d的处理,土壤盐分波动变化较大,在生育期内土壤盐分出现累积现象。从节水增产和抑盐方面考虑,灌溉定额3 900m3/hm2,灌水周期为5～7d的灌溉制度适合北疆农业生产。     

土壤水热盐运动模型的建立与初步验证

以土壤物理基本定律为基础，建立了结冻、未结冻、饱和、非饱和土壤的水热盐耦合运动通用模型。该通用模型可简化为土壤水或热运动的单一模型。通过二维有限元数值解、一维模拟程序的编制和计算预测，与内蒙河套长胜渠杨树壕试验点在１９８８年秋～１９８９年春期间耕层积盐过程实测值对照，模型得到初步验证及应用。     

黄土高原土壤干层水分恢复与作物产量响应

通过大田试验研究了黄土高原苜蓿草地土壤干层水分恢复状况，及恢复过程中不同作物的产量响应。试验设5个处理，苜蓿→草谷子→春小麦→马铃薯→豌豆（WPPe）；苜蓿→草谷子→玉米→玉米→春小麦（CCW）；苜蓿→草谷子→马铃薯→春小麦→玉米（PWC）；苜蓿→草谷子→休闲→豌豆→马铃薯（FPeP）；常规耕作农田（CS）。结果表明，如用苜蓿翻耕后农田土壤含水量与凋萎湿度时土壤含水量的比值表示土壤干层水分恢复程度，比值在正常降雨情况下增加而在降雨量少时下降，但如用苜蓿翻耕后农田土壤含水量与常规农田土壤含水量的比值表示土壤干层水分恢复程度，比值持续增长不受降雨量的影响。经过4年时间WPPe、CCW、PWC、FPeP的0～5m土层的土壤含水量由2001年4月仅有常规农田的63．66％上升到2004年9月的90．51％、89．83％、92．17％、96．72％。苜蓿翻耕后的农田作物产量与常规农田中的作物产量没有明显差别，而水分利用效率显著高于常规农田中的作物产量。以秋收作物马铃薯和玉米较适合苜蓿一作物轮作。