土壤微生物多样性与地上植被类型关系的研究进展

土壤微生物是生态系统中重要的组成成分,土壤微生物多样性代表着微生物群落的稳定性,对植物的生长发育和群落结构的演替具有重要作用。同时地上植被也影响土壤微生物多样性,地上植被和地下微生物间具协同作用和正负反馈效应的互作机制。探讨植被和土壤微生物多样性之间的互作关系,为植物保护和生态系统的可持续发展研究提供参考。     

土壤微生物多样性与地上植被类型关系的研究进展

土壤微生物是生态系统中重要的组成成分,土壤微生物多样性代表着微生物群落的稳定性,对植物的生长发育和群落结构的演替具有重要作用。同时地上植被也影响土壤微生物多样性,地上植被和地下微生物间具协同作用和正负反馈效应的互作机制。探讨植被和土壤微生物多样性之间的互作关系,为植物保护和生态系统的可持续发展研究提供参考。     

土壤微生物多样性与地上植被类型关系的研究进展

土壤微生物是生态系统中重要的组成成分,土壤微生物多样性代表着微生物群落的稳定性,对植物的生长发育和群落结构的演替具有重要作用.同时地上植被也影响土壤微生物多样性,地上植被和地下微生物间具协同作用和正负反馈效应的互作机制.探讨植被和土壤微生物多样性之间的互作关系,为植物保护和生态系统的可持续发展研究提供参考.     

土壤微生物群落结构的化学估价方法

由于认识到微生物在整个土壤生态系统中的重要功能，就促使人们不断地用最新垂头丧气估价土壤微生物群落结构和多样性。目前除了使用标志化合物外，利用生物细胞膜中磷酯类化合物的脂肪酸组成与土壤中可提取脱氧核糖核酸组成的复杂性作为指纹来估价土壤中微生物群落结构和多样性是两种最常用的方法。     

转基因作物对土壤微生物群落的影响及主要研究策略

土壤生态系统是农业生态系统安全和农业可持续发展的重要载体,也是人类赖以生存的基础。随着基因工程技术的应用和转基因作物大量种植,在带来重大经济效益的同时,也可能会引发一定的生态风险,包括会对农田土壤生态系统尤其是微生物群落结构和功能产生难以预测的复杂影响。目前这些研究方向已成为土壤生物安全的研究热点。本文简要分析了近年来转基因作物对土壤微生物群落的影响,着重介绍了转基因作物种植影响根际土壤微生物群落多样性的研究进展、土壤微生物群落多样性的研究方法及其评估研究的主要策略等。     

植物多样性对土壤微生物的影响

生物多样性强烈地影响生态系统的过程，生态系统过程的变化可导致生物多样性衰减并因素导致生态系统功能衰退，植物种丰度和植物功能多样性对土壤细菌群落的代谢活性和代谢多样性有成正比的影响。土壤细菌的代谢活性和代谢多样性随植物种数量的对数和植物功能组的数量而直线上升，其原因可能是由植被流入土壤的物质和能量的多样性和数量的增加，也可能是由土壤动物区系起作用的土壤微生境的多样性的增加造成的，由于植物多样性的丧失所引起的植物生物量的减少对分解者群落有强烈的影响，微生物生物量将可能减少，因为在大多数陆地生态系统中，有机碳源限制着土壤微生物的活性。     

城乡复合生态系统土壤微生物群落特征及功能差异

土壤微生物在陆地生态系统多个过程中发挥着重要作用,而城市化过程使得城市及其周边地区土地利用发生剧烈变化,形成了异质性环境梯度,直接或间接地影响了土壤微生物群落的组成和功能,进而影响了其承载的生态系统服务。本文综述了城乡复合生态系统不同景观单元土壤微生物群落的组成特征、主要影响因素及其功能差异,发现城市化对土地利用的改变驱动了土壤微生物群落的组成、结构和功能差异,土地利用、土壤污染物、植被覆盖、土壤性质等因素共同影响土壤微生物群落,并且在不同景观中影响土壤微生物的主导因素有所不同。进一步探讨了土壤微生物的生态服务功能,并分析了不同景观中土壤微生物功能存在的差异性。今后需进一步解析社会—经济—自然复合生态系统格局特征对土壤微生物的影响,揭示城乡复合生态系统不同功能区土壤微生物对土壤生态服务的产生和维持机制,明确变化环境下土壤微生物对土壤安全和人类健康的维持机制,以提升土壤生态服务功能、维护城乡土壤安全和人居环境健康。     

土壤微生物对大气对流层臭氧浓度升高的响应

土壤微生物对大气对流层臭氧浓度升高的响应是全面评价臭氧浓度变化对陆地生态系统影响的关键。本文简要回顾了大气臭氧浓度升高对生态系统的影响概况,介绍了土壤微生物对人工控制微域环境臭氧浓度增高的响应研究进展,并提出了农田生态系统土壤微生物生物量与活性(包括硝化反硝化作用)、群落结构与功能(包括秸秆降解过程)、有益微生物(如菌根真菌)及其调控技术是今后大气臭氧污染研究领域的重要方向。     

稻虾共作对稻田土壤nirK反硝化微生物群落结构和多样性的影响

稻虾共作是水稻种植与克氏螯虾共作形成的互利共生的稻田种养复合生态模式。目前对稻虾共作模式稻田反硝化微生物多样性和群落结构的影响尚不清楚。本研究以江汉平原常规中稻模式(MR)为对照,设置连续3年(2014—2016年)稻虾共作模式(CR)为处理,通过特异引物提取中稻抽穗期稻田土壤nirK基因,采用Illumina Miseq高通量测序技术,探讨稻虾共作模式对稻田土壤nirK反硝化微生物多样性和群落结构的影响。结果表明:稻虾共作模式显著提升水稻抽穗期稻田土壤中硝态氮、全氮及全碳的含量,对土壤碳氮比、碱解氮和铵态氮含量没有显著影响。稻虾共作模式显著增加稻田土壤nirK基因微生物的丰富度指数,但对nirK基因微生物的多样性指数影响不显著。稻虾共作模式改变了nirK基因微生物在目、科、属、种水平的群落组成,较常规中稻模式,稻虾共作模式在各分类水平组成类群均减少;稻虾共作模式较常规中稻模式改变了目的种类,对共有目相对丰度没有显著性改变。RDA分析表明稻虾共作模式对土壤nirK基因菌群的群落结构有一定的改变,但稻虾共作模式与常规中稻模式在群落结构上仍保留着一定的相似性。硝态氮含量是影响nirK反硝化细菌群落结构的主效因子。可见,稻虾共作模式对微生物多样性指数没有显著影响,但显著增加了微生物丰富度指数,改变了稻田土壤nirK反硝化微生物在目、科、属、种的群落结构。     

大气CO_2升高与农田土壤碳循环研究

大气CO2浓度的升高通过植物-土壤-微生物的相互作用对陆地生态系统中最大碳库土壤的稳定性产生重要影响。大气CO2浓度升高,影响许多植物生长发育过程,进而影响土壤有机碳输入量。与此同时,土壤微生物的群落与功能也会随之发生变化,参与土壤碳的转化,深刻影响陆地生态系统的碳循环。文章分析了大气CO2浓度升高影响农田土壤碳循的有关过程,包括高CO2浓度条件下,作物地下部分的生长响应,以及向土壤中输入作物光合有机物量和质的变化,探讨了土壤碳库对大气CO2浓度升高反馈的土壤微生物作用机制,进一步解析了土壤微生物群落结构在土壤碳与大气CO2浓度之间的相互作用,提出研究土壤有机碳转化的土壤微生物作用机制是预测全球气候变化条件下的农田土壤碳循环规律的关键。图1,参79。     

长期施肥下我国农田土壤微生物及氨氧化菌研究进展

长期施用化肥和有机肥显著改变了我国土壤肥力和农田生态系统的稳定性。微生物在土壤养分循环和肥力形成过程中扮演了重要角色,其数量、多样性及群落结构是评价土壤肥力和农田生态系统稳定性的重要指标。随着研究土壤微生物的方法和技术的成熟,当前关于如何选择微生物学参数以有效评价土壤肥力及健康状况、土壤微生物对不同施肥管理措施的响应机制及功能微生物如何调控土壤养分循环等问题已成为土壤生态学中的研究热点。本文梳理了基于我国长期定位施肥农田的土壤微生物学研究进展,综合分析了土壤微生物生物量和酶活性、细菌群落及近些年倍受关注的氨氧化菌群落三方面的研究进展及发展方向,其中综合分析了构成细菌群落的八大门类菌群对施肥的响应及其驱动因素,最后从不同角度提出了微生物在土壤学及农业生产中的研究和应用方向。     

土壤微生物群落结构对凋落物组成变化的响应

凋落物分解是陆地生态系统养分循环的关键过程,明确凋落物多样性如何影响土壤微生物群落构成和多度,继而潜在地改变凋落物分解的微生物学机制有助于认识生物多样性和森林生态系统功能的关系。通过小盆模拟试验,应用磷脂脂肪酸谱图的方法研究了我国南方红壤丘陵区典型物种马尾松和湿地松的凋落物分别与白栎和青冈的凋落物混合,与单一针叶凋落物分解时相比,针阔混合凋落物分解过程中土壤微生物群落结构的变化,结果显示:(1)针阔混合凋落物分解时土壤微生物群落磷脂脂肪酸(Phospholipidfatty acids,PLFA)总量低于单一针叶处理,细菌和放线菌的相对多度高于单一针叶处理,真菌则相反,群落真菌/细菌低于单一针叶处理,土壤微生物生物量的差异主要来自于真菌;(2)主成分分析表明:针阔混合凋落物分解与单一针叶凋落物分解的土壤微生物群落结构差异显著,两个时期(分解9个月和18个月)主成分一分别可以解释65.74%和89.63%的变异,第一主成分主要包括18∶2ω6,9、18∶1ω9c、17∶0和10Me18∶0等磷脂脂肪酸;(3)土壤微生物群落结构受凋落物初始C/N和木质素/N调控,土壤微生物群落细菌的相对多度与凋落物初始C/N和木质素/N显著负相关,真菌则与凋落物初始C/N和木质素/N显著正相关,群落真菌/细菌与凋落物初始C/N和木质素/N显著正相关。针阔凋落物混合分解通过改变凋落物C/N和木质素/N,提供了对分解者更为有利的微环境。     

Differential responses of total and active soil microbial communities to long-term experimental N deposition

The relationship between total and metabolically active soil microbial communities can provide insight into how these communities are impacted by environmental change, which may impact the flow of energy and cycling of nutrients in the future. For example, the anthropogenic release of biologically available N has dramatically increased over the last 150 years, which can alter the processes controlling C storage in terrestrial ecosystems. In a northern hardwood forest ecosystem located in Michigan, USA, nearly 20 years of experimentally increased atmospheric N deposition has reduced forest floor decay and increased soil C storage. A microbial mechanism underlies this response, as compositional changes in the soil microbial community have been concomitantly documented with these biogeochemical changes. Here, we co-extracted DNA and RNA from decaying leaf litter to determine if experimental atmospheric N deposition has lowered the diversity and altered the composition of the whole communities of bacteria and fungi (i.e., DNA-based) and well as its active members (i.e., RNA-based). In our experiment, experimental N deposition did not affect the composition, diversity, or richness of the total forest floor fungal community, but did lower the diversity (−8%), as well as altered the composition of the active fungal community. In contrast, neither the total nor active forest floor bacterial community was significantly affected by experimental N deposition. Our results suggest that future rates of atmospheric N deposition can fundamentally alter the organization of the saprotrophic soil fungal community, key mediators of C cycling in terrestrial environments.     

鄱阳湖湿地不同环境条件土壤AM真菌群落特征及其影响因素

丛枝菌根(AM)真菌可以与湿地植物共生，并在湿地生态系统的修复与维护过程中具有重要作用。然而，不同环境条件下湿地土壤AM真菌群落分布特征及其影响因素仍然有待明晰。选择鄱阳湖湿地不同水位条件(高水位和低水位)2种典型植物群落(南荻和水蓼)为研究对象，运用高通量测序技术探究水位和植被类型对鄱阳湖湿地土壤AM真菌群落结构和多样性的影响，比较不同环境条件下AM真菌群落结构和多样性差异，分析其与土壤理化性质的关系。结果表明，AM真菌OTU数为21～38,水位和植被类型影响鄱阳湖湿地土壤AM真菌OTU数，高水位下AM真菌OTU数高于低水位，水蓼群落高于南荻群落。被鉴别出的菌属为Glomus、Claroideoglomus和Paraglomus,其中，Glomus是优势属，占比85%以上，其相对丰度在高水位下显著高于低水位(p<0.05),南荻群落高于水蓼群落。AM真菌多样性指数(Simpson和Shannon指数)受水位和植被类型以及二者交互影响(p<0.01),低水位下不同群落之间的AM真菌多样性指数无显著差异，而高水位下水蓼群落AM真菌多样性指数显著高于南荻群落(p<0.05...     

Enzyme activities as a component of soil biodiversity: A review

Soil enzyme activities are the direct expression of the soil community to metabolic requirements and available nutrients. While the diversity of soil organisms is important, the capacity of soil microbial communities to maintain functional diversity of those critical soil processes through disturbance, stress or succession could ultimately be more important to ecosystem productivity and stability than taxonomic diversity. This review examines selected papers containing soil enzyme data that could be used to distinguish enzyme sources and substrate specificity, at scales within and between major nutrient cycles. Developing approaches to assess soil enzyme functional diversity will increase our understanding of the linkages between resource availability, microbial community structure and function, and ecosystem processes.     

土壤动物主要生态特征与生态功能研究进展

土壤动物是陆地生态系统重要的组成部分，是物质循环和能量流动正常运行的关键环节。近年来，土壤动物研究越来越受到人们的重视，研究主要包括土壤动物生态特征和生态功能两个方面。本文概括了土壤动物的定义和分类，阐述了土壤动物的数量、种类、分布格局及影响因素等主要生态特征，着重论述了土壤动物的分解、生态指示等功能。认为，目前土壤动物研究发展缓慢，基础研究差，生态特征研究仍处于定性与半定量水平；功能研究单一，缺少土壤动物多样性功能研究。对今后研究提出展望。本文旨在加深对土壤动物的了解，为生物多样性保护、合理开发利用土壤资源、健全生态指标和实现农业、生态可持续发展提供必要的理论支持。     

覆盖作物对猕猴桃园土壤氨氧化微生物丰度和群落结构的影响

  【目的】  果园行间播种覆盖作物有利于改善土壤理化性状,改变氮循环过程中的氨氧化微生物群落结构。因此,我们分析不同覆盖作物下猕猴桃园土壤氨氧化微生物的群落结构和基因丰度,以探究其与土壤硝化作用的关系。  【方法】  选择湖北十堰的一个5年生猕猴桃果园进行了种植多年生覆盖作物试验,供试覆盖作物有白三叶草 (Trifolium repens L,W)、毛苕子 (Vicia villosa Roth,V)、黑麦草 (Lolium perenne L,R) 和高羊茅 (Festuca elata Keng ex E. Alexeev,F)。设置单种 (W)、两种混种 (WR)、3种混种 (WRV)、4种混种 (WRVF) 和清耕对照 (CK) 共5种试验处理。在覆盖作物种植后的第2年,取0—20 cm土层样品,利用荧光定量PCR (fluorescence quantitative PCR)、限制性末端片段长度多态性 (terminal restriction fragment length polymorphism, T-RFLP) 以及克隆测序技术,测定了土壤中氨氧化古菌 (ammonia-oxidizing archaea, AOA) 与氨氧化细菌 (ammonia-oxidizing bacteria, AOB) 基因丰度、群落多样性及组成。  【结果】  4种覆盖作物处理的果园地上部生物量没有显著差异。除两种混种处理显著提高了土壤含水率、铵态氮和硝态氮含量和降低了土壤pH外,其他3个处理的土壤理化指标之间也没有显著差异。与清耕对照相比,单种处理的AOA-amoA基因丰度显著提高了2.85%,单种和两种混种处理的AOB-amoA基因丰度分别显著提高了4.95%、6.42%。不同 T-RFs 所代表的AOA在不同种植模式中所占比例发生变化,但AOA群落结构未发生明显改变;不同T-RFs所代表的AOB在不同种植模式下发生改变,其AOB群落结构可能发生变化。两种混种处理显著降低了AOA的多样性指数,两种混种和4种混种处理显著降低了AOA均匀度指数,而3种混种和4种混种处理显著提高了AOB的多样性指数。4个处理土壤中,AOA的优势菌属为Nitrososphaera (44.2%) 和Nitrosotalea (45.8%),AOB的优势菌属为Nitrosospira (96.98%) 和Nitrosomonas (3.02%)。Pearson相关分析和冗余 (RDA) 分析表明,土壤pH、含水率、铵态氮和硝态氮含量是影响氨氧化微生物群落结构及丰度的主要环境因子。  【结论】  土壤pH、含水率、铵态氮和硝态氮含量是影响氨氧化微生物群落结构及丰度的主要环境因子。白三叶草和黑麦草混种模式 (WR处理) 可显著提升土壤的水分含量、铵态氮和硝态氮含量,降低土壤pH,但是不同覆盖作物对土壤中AOA和AOB的群落结构尚未显现出显著影响。     

赤水河流域典型植被类型的土壤微生物群落结构与多样性

土壤微生物是反映土壤环境质量的重要指标,为明确赤水河流域典型植被类型土壤微生物群落特征及优势菌属,为生态系统的恢复与管理提供理论依据,采用高通量测序技术研究了赤水河流域的5种典型植被类型(灌丛、针阔混交林、常绿阔叶林、杉木林和竹林)土壤的微生物群落结构及多样性,并探讨了其主要影响因子。结果表明:(1)不同植被类型的细菌和真菌丰富度Chao1指数差异均不显著,说明二者所观测到的物种总数没有差异。Shannon指数显示各植被类型微生物多样性存在一定差异,细菌多样性以竹林最低,显著性低于灌丛和针阔混交林(p<0.05); 真菌多样性以灌丛和杉木林显著性高于其他3种植被类型(p<0.05)。(2)5种植被类型土壤细菌优势门(相对丰度>10%)主要有变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteriota)和酸杆菌门(Acidobacteriota)。其中变形菌门(Proteobacteria)在灌丛、针阔混交林和常绿阔叶林中占绝对优势(相对丰度为29.70%～33.62%),而放线菌门(Actinobacteriota)则在杉木林和竹林中最为丰富,相对丰度占比分别为32.88%,29.88%。各植被类型土壤真菌门以子囊菌门(Ascomycota)为绝对优势菌群(相对丰度>49%)。(3)5种植被类型土壤细菌和真菌中优势菌属差异较大。在细菌属水平上,针阔混交林和竹林分别以未定名的Vicinamibacterales和芽孢杆菌属(Bacillus)为优势,而其他3种植被类型则以节杆菌属(Arthrobacter)最丰富。在真菌属水平上,灌丛和常绿阔叶林中优势关键属为子囊菌门(Ascomycota)未分类真菌属(unclassified_p_Ascomycota),杉木林以被孢霉属(Mortierella)最丰富,而针阔混交林和竹林中均以沙蜥属(Saitozyma)相对丰度最高。(4)NMDS分析表明,土壤细菌与真菌群落空间分布差异显著。(5)冗余分析表明,土壤含水量、pH值和TN(总氮)对土壤细菌群落结构具有显著性的影响,而pH值、容重、TOC(总有机碳)、TN和TP(总磷)对真菌群落结构影响显著。综合分析可知,针阔混交林土壤细菌群落较丰富,杉木林土壤真菌生长较旺盛,而灌丛土壤细菌和真菌多样性均较高,应采取有效措施提高主要林分土壤养分,从而激发微生物的生长,改善土壤环境。     

煤矿复垦区不同恢复年限沙棘人工林土壤真菌群落特征

  目的  探讨矿区不同恢复年限复垦地沙棘人工林土壤真菌群落组成、多样性及其影响因子。  方法  以鄂尔多斯聚鑫龙煤矿复垦区不同恢复年限沙棘人工林为研究对象,撂荒草地为对照,对研究区土样进行采集,通过高通量测序对土样真菌群落测序分析。  结果  研究区共获得真菌8门、30纲、69目、164科和285属,其中子囊菌门和担子菌门为主要菌群,占样地所有菌门的98.2%,不同恢复年限不同土层真菌群落组成存在差异。随着恢复年限的增加,研究区土壤真菌门分类水平上主要类群的个体数及类群数整体呈现增长趋势,整体高于对照样地草地。另外,恢复7年的样地土壤真菌群落丰富度及多样性显著高于其他年限和撂荒草地。冗余分析表明,研究区不同恢复年限沙棘林土壤微生物群落组成主要由土壤pH、土壤有机质含量决定,同时也与土壤氮、磷、钾元素有关。  结论  不同恢复年限沙棘人工林土壤理化性质存在差异,恢复年限的增加提高了真菌的物种丰富度及多样性。