重金属复合污染下土壤微生物群落功能多样性动力学特征

用碳素利用法对浙江省天台铅锌银尾矿区重金属复合污染土壤微生物群落功能多样性动力学特征进行了初步探讨。研究结果表明 ,矿区重金属复合污染降低了供试土壤的微生物群落代谢剖面 ,且群落代谢剖面值与培养时间之间呈非线性关系 ,其变化过程符合微生物种群生长动态模型 (S形 )。随着重金属复合污染程度的加剧 ,土壤微生物群落功能多样性动力学参数K和r值越低 ,参数s值所需的时间则越长。上述动力学参数与群落代谢剖面各自的主成分分析结果显示 ,微生物群落功能多样性的动力学参数K值和s值能够很好地区分矿区土壤重金属污染程度 ,并且其区分效果比微生物群落代谢剖面值好。土壤微生物群落功能多样性动力学特征的变化可以较好地显示矿区重金属复合污染土壤微生物群落对碳源利用模式的差异 ,反映矿区特定生境土壤微生物群落功能多样性的变化 ,在一定程度上揭示重金属胁迫下环境微生物种群作用机理。     

矿区侵蚀土壤的微生物活性及其群落功能多样性研究

通过对浙江省天台铅锌银矿区侵蚀土壤的微生物活性以及微生物群落功能多样性研究,结果表明:人为开矿使矿区土壤环境呈现不同层次的加速侵蚀特征。矿区侵蚀土壤的几种重金属含量比无明显侵蚀土壤有明显的增加,且其基本理化性质相应变差。矿区侵蚀土壤微生物特征发生了显著的变化,与无明显侵蚀土壤相比,微生物生物量和可培养细菌数量显著降低,但土壤基础呼吸和微生物代谢商(qCO2)值却明显升高。Biolog测试结果显示,随着土壤侵蚀程度的加剧,其微生物群落结构亦发生了相应改变,侵蚀土壤微生物群落的丰富度、多样性指数、均匀度均显著低于对照土壤,且几项指标都达极显著水平差异(P<0.001),表明矿区水土流失引起了土壤微生物群落功能多样性的下降,减少了能利用有关碳源底物的微生物数量,降低了微生物对单一碳源底物的利用能力,最终导致土壤微生物群落结构和功能多样性发生变化。     

长江三角洲地区污水污泥与健康安全风险研究Ⅴ.污泥施用对土壤微生物群落功能多样性的影响

利用BIOLOG测试方法对长江三角洲地区施污泥土壤的微生物群落功能多样性进行了初步探讨。研究结果表明,施用污泥后土壤微生物群落代谢剖面、多样性指数、动力学参数均发生了变化,说明微生物对单一碳源底物的利用能力发生了改变。微生物群落功能多样性动力学研究结果发现,供试土壤的微生物群落代谢剖面(AWCD)与培养时间之间呈非线性关系,其变化过程符合微生物种群生长动态模型(S型)。除滩潮土的杭州新鲜消化污泥和杭州风干污泥处理外,其他污泥处理均使土壤微生物群落功能多样性动力学参数K和r值降低,S值增大。土壤微生物群落功能多样性特征的变化可以较好地显示施用污泥后土壤微生物群落对碳源利用能力和模式的差异,反映施用污泥特定生境土壤微生物群落功能多样性的变化。     

长江三角洲地区污水污泥与健康安全风险研究V．污泥施用对土壤微生物群落功能多样性的影响

利用BIOLOG测试方法对长江三角洲地区施污泥土壤的微生物群落功能多样性进行了初步探讨。研究结果表明,施用污泥后土壤微生物群落代谢剖面、多样性指数、动力学参数均发生了变化,说明微生物对单一碳源底物的利用能力发生了改变。微生物群落功能多样性动力学研究结果发现,供试土壤的微生物群落代谢剖面（AWCD）与培养时间之间呈非线性关系,其变化过程符合微生物种群生长动态模型（S型）。除滩潮土的杭州新鲜消化污泥和杭州风干污泥处理外,其他污泥处理均使土壤微生物群落功能多样性动力学参数K和r值降低,S值增大。土壤微生物群落功能多样性特征的变化可以较好地显示施用污泥后土壤微生物群落对碳源利用能力和模式的差异,反映施用污泥特定生境土壤微生物群落功能多样性的变化。     

多氯联苯污染土壤的微生物生态效应研究

以多氯联苯（Polychlorinated biphenyls,PCBs）自然污染的农田土壤为材料,分析土壤中微生物区系组成、生物量C、N、土壤基础呼吸以及微生物群落功能多样性的变化。研究结果表明,在以4-氯、5-氯同系物为主的PCBs污染土壤中,污染程度对土壤细菌、放线菌的数量影响不明显,而真菌的数量除与土壤污染程度有关,可能还受到土壤pH等性状的影响;土壤微生物C、N与土壤基础呼吸随污染程度的加剧呈下降趋势,但微生物C／N基本没有变化;Biolog分析显示,土壤微生物代谢剖面（AWCD）及Simpson指数在污染程度相差较大的两组土壤样品中差异均达到了显著性水平,表明PCBs污染引起了土壤微生物群落功能多样性下降,降低了微生物对不同单一碳源底物的利用能力。     

基于BIOLOG指纹解析土壤可培微生物对铀污染的响应

为考察铀污染对土壤微生物群落的影响,以50、100、150 mg·L-1铀处理的土壤为研究对象,未处理的土壤为对照(CK),采用BIOLOG-ECO微孔板技术考察土壤微生物群落的功能多样性和碳源利用动力学特征等的变化。根据微孔板中的孔平均颜色变化率(AWCD)可知,铀污染对土壤微生物的生理活性呈现显著的抑制作用;采用Shannon多样性指数、Simpson指数、Mc Intosh指数描述微生物功能多样性,结果表明,铀处理组与CK的微生物群落功能多样性差异在3个多样性指数上均达到显著水平;土壤微生物对各类碳源的利用能力有所不同,以氨基酸类和胺类碳源为主;铀处理后,6类碳源相对利用率均比CK显著降低,其中羧酸类和多聚物类的利用率下降50%以上。主成分分析结果表明,铀污染后的土壤微生物特异利用的碳源主要有β-甲基-D-葡萄糖苷、D-半乳糖酸-γ-内脂、L-精氨酸等。因此,铀污染改变了土壤微生物的群落结构,导致微生物生理代谢等功能特性的变化。BIOLOG-ECO技术结合数学统计分析方法可以较为直观、快捷地反映土壤微生物的生物多样性,研究结果为评估和修复铀污染生态环境提供了理论依据。     

玉米秸秆覆盖还田量对黑土微生物碳代谢活性与多样性的影响

  目的  针对东北黑土区长期集约化耕作导致的土壤退化问题,开展不同秸秆覆盖还田量对土壤微生物碳代谢特征的影响及其驱动因素的研究。  方法  采用MicroRespTM方法结合土壤碳氮含量等理化性质,测定土壤微生物碳代谢能力及其影响因素,使用Past v2.16、Canoco 5.0等软件对微生物群落功能多样性、结构差异以及土壤理化性质和微生物群落碳代谢特征间的关系进行分析。  结果  秸秆连续覆盖还田14年后,土壤微生物对羧酸类与氨基酸类碳源的代谢活性显著降低,但对外源碳底物的代谢多样性显著增强。67%和100%秸秆还田显著改变了土壤微生物群落碳源代谢结构,100%秸秆还田下微生物对芳香酸类碳源的相对代谢活性提高。土壤微生物对碳源的代谢活性主要与土壤碳氮含量显著相关,土壤可溶性碳与碱解氮含量分别是影响土壤微生物碳源代谢多样性和结构的主要理化因子。  结论  长期秸秆还田可以通过降低土壤微生物对易利用碳源的代谢需求、提高对碳源的代谢多样性而改善免耕土壤微生物碳代谢功能。本研究可为优化东北黑土区保护性耕作管理模式、促进该地区农业可持续发展提供微生物学参考。     

东北黑土旱田改稻田对土壤团聚体微生物群落功能多样性的影响

为了解东北黑土旱田改种稻田后土壤团聚体中微生物群落功能多样性的变化,将东北黑土旱田(种植玉米为主)改种为稻田(简称“旱改稻”),采用Biolog-Eco微平板技术,研究了“旱改稻”后不同粒径土壤团聚体微生物的多样性指数以及其对碳源利用能力的变化。结果表明,“旱改稻”显著增加了黑土土壤水稳性微团聚体数量,增加了不同粒径土壤团聚体内有机碳(SOC)的含量。旱田和稻田不同粒径土壤团聚体内的土壤微生物群落平均颜色变化率(AWCD)表现为旱田淤泥+粘土>旱田大团聚体>旱田微团聚体>稻田大团聚体>稻田淤泥+粘土>稻田微团聚体。“旱改稻”明显降低了各粒径土壤团聚体微生物的多样性指数以及碳源利用能力,尤其对氨基酸与碳水化合物最为明显。主成分分析结果表明,旱田和稻田不同粒径土壤团聚体微生物群落功能多样性差异显著。综上,“旱改稻”明显改变了黑土土壤团聚体微生物群落功能多样性,降低了以碳源为底物的土壤微生物代谢活性。本研究结果为东北黑土区土壤可持续利用提供了理论参考。     

转Bt基因棉粉碎叶对土壤微生物群落功能多样性的影响

采用Biolog GN2微平板法,研究转Bt基因棉粉碎叶添加到土壤后,对土壤微生物群落功能多样性的影响。结果表明,在转Bt基因棉粉碎叶添加到土壤后,第10天和第40天的平均颜色变化率(AWCD)显著提高,表明微生物群落的代谢加快,活动强度加大;土壤微生物群落对糖类、胺类、氨基酸类和羧酸类4类碳源的优势利用顺序发生明显变化,表明土壤微生物群落结构及其功能多样性发生了一定改变;土壤微生物群落对聚合物类和其他类碳源的利用率无显著影响,但显著提高对糖类、胺类和氨基酸类碳源的利用率,并仅在第10天显著降低对羧酸类碳源的利用率,表明降解糖类、胺类和氨基酸类碳源的微生物可能是转Bt基因棉粉碎叶影响的主要土壤微生物类群。     

湿地土壤微生物碳源代谢活性对不同水分条件的动态响应 ——以鄱阳湖为例

为深入了解湿地土壤微生物群落代谢特征对不同水分条件的响应变化,本研究以鄱阳湖湿地表层土壤为研究材料,采用室内控制试验,运用Biolog技术探讨土壤微生物碳源代谢活性在不同水分条件(干燥、湿润、淹水)下连续处理132 d的变化特征。结果表明:湿润组土壤微生物代谢活性最高,其平均光密度值(AWCD)在处理的第72天分别是淹水组和干燥组的1.34倍和3.95倍;同时土壤微生物对不同碳源类型的利用能力也发生了显著的差异性变化,其中干燥组利用的主要碳源为多聚物类和碳水化合物类(占总碳源利用率的39.25%和36.53%),而淹水组对氨基酸类碳源有较高的利用能力(占总碳源利用率的36.33%)。土壤微生物碳源代谢特征在处理的第21天达到稳定状态,而土壤理化性质和土壤微生物群落结构在处理的第72天发生显著变化,同时研究发现淹水条件升高了土壤pH和铵态氮含量,降低了微生物群落多样性。由此可知,水分条件不仅会影响湿地土壤微生物总体碳源代谢活性强度,还会改变对不同碳源的相对利用能力,最终导致土壤环境发生改变。     

藏中矿区重金属污染对土壤微生物学特性的影响

土壤微生物对土壤重金属污染反应敏感,是探讨矿区土壤重金属污染生态效应的有效指标之一。通过野外调查与采样和室内分析,研究了藏中矿区重金属污染对土壤蔗糖酶、脲酶、脱氢酶和酸性磷酸酶活性、微生物生物量C（MBC）、N（MBN）和P（MBP）、土壤基础呼吸、代谢商（qCO2）及可矿化N的影响。研究表明,矿区土壤重金属Cu、Zn、Pb、Cd全量和有效含量均高于对照土壤;随着矿区土壤重金属含量增加,土壤酶活性、微生物量C、N和P、可矿化N均逐渐降低,土壤基础呼吸和qCO2则逐渐升高;土壤重金属与土壤蔗糖酶活性、脲酶活性、脱氢酶活性、酸性磷酸酶活性、MBC、MBN、土壤基础呼吸、qCO2及可矿化N具有显著的线性相关;脱氢酶活性对土壤重金属污染最为敏感,表明脱氢酶活性可作为藏中矿区土壤环境质量变化的有效指标。     

Biolog方法在区分城市土壤与农村土壤微生物特性上的应用

通过利用环境微生物研究中比较可靠有效的Biolog方法研究了英国阿伯丁市城市土壤与邻近农村土壤的微生物群落结构和功能多样性,结果表明在重金属元素胁迫下,城市土壤的微生物群落结构与农村土壤相比已经发生了显著的改变,从而导致城市土壤微生物在利用能源碳方面包括消耗量、消耗速度、能源碳的利用种类等发生了一系列改变,使城市土壤显著区别于农村土壤。     

南方几种水稻土重金属污染下的土壤呼吸及微生物学效应

采集南方几种重金属污染下的水稻土,通过室内培养的方法研究土壤CO2排放的动态变化以及微生物学指标的差异。结果表明,在60d的培养期内,前7d土壤呼吸速率较高,占了整个排放量的30．89％～64．37％,并且这一阶段重金属对土壤呼吸速率的影响最大。重金属对土壤微生物生物量的影响表现出增加、抑制与无显著性差异的结果,而重金属对微生物熵及微生物代谢熵（qCO2）的影响却是极显著的,同时表现出增加与降低的不同结果。这说明土壤呼吸以及不同的微生物学指标,在长期的复合重金属污染条件下,其表现并不一致,微生物熵与代谢熵用于基本性质差异较大的土壤时,对重金属的响应更为灵敏。此外,土壤重金属的累积还能提高土壤中有机碳的含量。     

长期重金属胁迫下的土壤微生物特征: 沈阳张士污灌区的案例研究

Soil samples were collected from Zhangshi Wastewater Irrigation Area in the suburb of Shenyang City, China, an area with a 30-year irrigation history with heavy metal-containing wastewater. The chemical properties and microbial characteristics of the soils were examined to evaluate the present situation of heavy metal pollution and to assess the soil microbial characteristics under long-term heavy metal stress. In light of the National Environmental Quality Standards of China, the soil in the test area was heavily polluted by Cd and to a lesser degree by Zn and Cu, even though wastewater irrigation ceased in 1993. Soil metabolic quotient （qCO2） had a significant positive correlation, while soil microbial quotient （qM） had a negative correlation with content of soil heavy metals. Soil microbial biomass carbon （MBC） had significantly negative correlation with Cd, but soil substrate~induced respiration （SIR）, dehydrogenase activity （DHA）, cellulase activity, and culturable microbial populations had no persistent correlations with soil heavy metal content. Soil nutrients, except for phosphorous, showed positive effects on soil microbial characteristics, which to a certain degree obscured the adverse effects of soil heavy metals. Soil Cd contributed more to the soil microbial characteristics, but qM and qCO2 were more sensitive and showed persistent responses to heavy metals stress. It could be concluded that qM and qCO2 can be used as bioindicators of heavy metal pollution in soils.     

铜尾矿污染土壤几种牧草的重金属抗性及微生物群落功能多样性研究

Copper （Cu） mine tailings, because of their high content of heavy metals, are usually hostile to plant colonization. A pot experiment was conducted to determine the tolerance of four forage grasses to heavy metals in Cu mine tailings and to examine the variation in the microbial functional diversity of soils from the tailing sites in southern China. All the four grass species survived on Cu mine tailings and Cu mine tailing-soil mixture. However, on pure mine tailings, the growth was minimal, whereas the growth was maximum for the control without mine tailings. The tolerance of grasses to heavy metals followed the sequence： Paspalum notatum 〉 Festuea arundinaeea 〉 Lolium perenne 〉 Cynodon daetylon. The planting of forage grasses enhanced the soil microbial biomass. The Biolog data indicated that the soil microbial metabolic profile values （average well color development, community richness, and Shannon index） of the four forage grasses also followed the sequence： P. notatum 〉 F. arundinaeea 〉 L. perenne 〉 C. daetylon. Thus, P. notatum, under the experimental conditions of this study, may be considered as the preferred plant species for revegetation of Cu mine tailing areas.     

铅锌矿区污染土壤微生物活性研究

通过野外调查和采样分析，研究了浙江衢州铅锌矿区土壤的微生物、土壤酶活性及植物重金属积累特性。结果表明：矿区污染区土壤Ph、Zn、Cd、Cu全量的平均值分别是对照土壤的267．8倍、132．6倍、41．8倍、17．0倍。矿区植物体内重金属含量与土壤重金属全量和有效态含量呈显著正相关。矿区土壤随着重金属含量的增加，土壤微生物生物量碳逐渐降低，而土壤基础呼吸、微生物代谢商则升高，矿区中心污染土壤微生物生物量碳只有对照土壤的72％，而基础呼吸和微生物代谢商分别是对照土壤的1．6倍和2．3倍。铅锌矿口附近污染区土壤酶活性较低，对照土壤的各种酶活性最高。其中土壤脱氧酶的活性变化最大，作为矿区重金属污染的指标更灵敏。     

Soil Microbial Community Composition and Diversity in the Rhizosphere of a Chinese Medicinal Plant

Rehmannia glutinosa is an important medicinal plant, but there is a serious problem of decreasing productivity with its continuous cropping on the same land. We hypothesize some relationships between this problem and the disturbed soil ecosystem. In this work, two community‐based microbiological measurements, community‐level physiological profiling (CLPP) using Biolog sole carbon (C) source utilization tests and phospholipid ester–linked fatty acid (PLFA) profiles, were used to evaluate soil microbial community function and composition of different R. glutinosa cropping soils. Field investigation showed that the problems with continuous cropping occurred not only in 2‐year continuous fields but also in 5‐year rotation fields. Soil basal respiration and metabolic quotient were significantly greater in R. glutinosa cropping soils than in the noncropping controls. In contrast, the Shannon index from the Biolog data set was lower in R. glutinosa cropping soils. Both CLPP‐ and PLFA‐based principal component analyses (PCA) showed distinct groupings of soil microbial communities in R. glutinosa rhizosphere, and 11 PLFAs representing different microbes were identified from the principal component scores of PLFAs. Among these, an abundance of PLFA 18:2ω6,9, which is a biomarker of soil fungi, was significantly higher in R. glutinosa cropping soils than control soils. These results suggest an alteration of soil microbial community following R. glutinosa cropping, and this might be an important reason for the constraints associated with continuous cropping.     

Excessive Nitrogen Inputs in Intensive Greenhouse Cultivation May Influence Soil Microbial Biomass and Community Composition

Intensive greenhouse vegetable‐production systems commonly utilize excessive fertilizer inputs that are inconsistent with sustainable production and may affect soil quality. Soil samples were collected from 15 commercial greenhouses used for tomato production and from neighboring fields used for wheat cropping to determine the effects of intensive vegetable cultivation on soil microbial biomass and community structure. Soil total nitrogen (N) and organic‐matter contents were greater in the intensive greenhouse tomato soils than the open‐field wheat soils. Soil microbial carbon (C) contents were greater in the greenhouse soils, and soil microbial biomass N showed a similar trend but with high variation. The two cropping systems were not significantly different. Soil microbial biomass C was significantly correlated with both soil total N and soil organic matter, but the relationships among soil microbial biomass N, soil total N, and organic‐matter content were not significant. The Biolog substrate utilization potential of the soil microbial communities showed that greenhouse soils were significantly higher (by 14%) than wheat soils. Principal component (PC) analysis of soil microbial communities showed that the wheat sites were significantly correlated with PC1, whereas the greenhouse soils were variable. The results indicate that changes in soil microbiological properties may be useful indicators for the evaluation of soil degradation in intensive agricultural systems.