覆盖和埋置白三叶对黄土高原苹果园土壤细菌多样性的影响

[目的]探究白三叶在不同降解时期果园土壤细菌多样性的变化,为果园白三叶的利用及果园生草模式的推广提供理论依据。[方法]在陕西省洛川县苹果园内分别以覆盖和埋置两种方式将白三叶(Trifolium repens)返园,通过高通量测序研究两种返园方式下白三叶降解1,3,6,12个月时土壤细菌的多样性、丰度及群落结构。[结果]①白三叶返园处理下,土壤微生物优势菌群种类未表现出显著变化,丰度存在差异,返园处理组土壤中出现梭杆菌门(Acidobacteria)、广古菌门(Euryarchaeota)、泉古菌门(Crenarchaeota)、螺旋体门(Spirochaetes)和硝化螺旋菌(Nitrospira)门等特有菌群。②白三叶返园对苹果园土壤细菌群落分布存在显著影响(p0.05),且不同降解时期存在差异。两种返园处理组中酸杆菌门(Acidobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)丰度增高,厚壁菌门(Firmicutes)丰度降低。③随着白三叶降解时间增加,芽单胞菌(Gemmatimonas)、黄杆菌(Flavobacterium)、Opitutu和Arenimonas属的细菌相对丰度增高,硝化螺旋菌属(Nitrospira)、奈瑟菌属(Neisseria)、Pirellula和Steroidobacter的丰度降低。[结论]覆盖和埋置白三叶均能改善土壤菌群结构,提高有益菌丰度,促进土壤微生物生态系统物质循环。     

玉米豆科覆盖作物间作对潮土酶活性和真菌群落特征的影响

黄淮海地区土地复种指数高，不具备休闲条件，致使土壤养分消耗严重，土壤微生物群落多样性下降。为改善土壤状况，本研究基于两年的玉米豆科覆盖作物（紫花苜蓿、大豆、花生）间作试验，探讨玉米豆科覆盖作物间作对土壤养分、酶活性以及真菌群落特征的影响，同时分析黄淮海平原潮土区玉米豆科覆盖作物间作的可行性。结果表明：间作条件下土壤碱解氮含量提高，土壤有机质含量无明显变化，玉米紫花苜蓿间作处理和玉米花生间作处理土壤有效磷含量表现上升趋势。所有间作处理土壤脲酶活性都高于单作玉米处理，间作花生处理和间作大豆处理的酸性磷酸酶活性较单作玉米处理分别增加了30.53%和18.70%；间作紫花苜蓿处理土壤碱性蛋白酶活性和蔗糖酶活性对比单作玉米处理有显著提高。间作紫花苜蓿处理和间作大豆处理对土壤优势菌门子囊菌门和被孢霉门的相对丰度有积极作用，其中间作紫花苜蓿处理子囊菌门的相对丰度提高了11.88%，间作大豆处理被孢霉门相对丰度增幅达45.39%，优势菌门丰度的提升有助于补充土壤氮源和碳源。玉米豆科覆盖作物间作可以补充土壤养分，改善土壤微生物群落结构，提高土壤酶活性，可能成为提高黄淮海平原潮土地区土壤质量、维持土壤稳定性的有效措施。     

不同耕作方式下黑土微生物群落对干湿交替的响应

以吉林德惠市黑土长期田间定位实验地土壤为研究对象,通过室内模拟培养,采用高通量测序方法(16S rRNA)研究免耕和垄作土壤微生物群落对不同频率和强度的干湿交替处理的响应。结果表明:干湿交替显著降低免耕土壤中微生物群落的多样性,且频率越高干旱强度越大多样性降低越显著;但干湿交替对垄作土壤的微生物多样性影响不显著。与对照相比,干湿交替显著增加免耕土壤中浮霉菌门(Planctomycetes)和疣微菌门(Verrucomicrobia)的相对丰度,显著降低免耕和垄作土壤中Saccharibacteria菌门和Parcubacteria菌门的相对丰度。无论是免耕还是垄作条件下,干湿交替频率的不同导致土壤微生物群落结构产生显著差异,而干湿交替强度的不同对土壤微生物群落结构没有显著影响。研究结果为预测干旱气候对黑土生态功能的影响提供了理论基础。     

双季稻田冬闲期土壤细菌数量及结构对施氮的响应

[目的]研究不同施氮水平对湖南双季稻区冬闲期土壤细菌结构与数量的影响,为双季稻区水稻可持续生产提供理论依据。[方法]依托湖南省双季稻区连续8年的定位试验,选取3个氮肥水平处理:CK(不施氮肥)、N1(施N 100 kg/hm^2)、N2(施N 200 kg/hm^2),取稻田冬闲期5—20 cm耕层土样,采用高通量测序和荧光定量PCR方法测定了土壤细菌数量与结构。[结果]与CK相比,N1、N2处理显著增加了双季稻产量,提升了冬闲期土壤总氮、全碳含量,降低了土壤pH、硝态氮及碳氮比(P<0.05)。N1和N2处理的细菌16s rDNA基因拷贝数分别为CK的48.25和40.31倍。施氮显著增加土壤总细菌丰度,土壤细菌丰度与土壤全氮、碳氮比呈显著正相关,与土壤全碳呈显著负相关。施氮改变了冬闲期稻田土壤细菌的多样性及群落结构。与CK相比,N1处理提高了稻田土壤微生物多样性;N2处理显著增加稻田土壤细菌丰富度,但显著降低稻田土壤细菌多样性。此外,3个处理土壤菌群相对丰度最高的是Proteobacteria(变形菌门),达40.16%~51.16%。N2处理的变形菌门相对丰度显著高于CK与N1,N1处理的变形菌门相对丰度显著低于CK。3个处理属水平细菌相对丰度较高的是Anaerolineaceae_uncultured(厌氧绳菌属)和Nitrospira(硝化螺旋菌属),其相对丰度分别为8.6%~14.56%和8.16%~11.46%。Spearman相关性分析显示,11个优势门菌群数量均与土壤化学性质存在显著相关性。稻田11个优势菌群的数量与土壤化学性质显著相关。[结论]湖南双季稻区施氮降低冬闲期稻田土壤pH和C/N比,低施氮水平可增加稻田微生物多样性,高施氮量虽然增加稻田细菌丰富度,但降低了微生物多样性。     

植被恢复对黄土高原矿区重构土壤理化性质、酶活性以及真菌群落的影响

[目的]研究黄土高原矿区重构土壤植被恢复对土壤理化性质、酶活性以及真菌群落的影响,准确评价植被恢复对该地区的土壤生态恢复效果。[方法]在内蒙古自治区准格尔旗选择3种典型植被恢复类型(灌木、乔木、草地)和未复垦地采集0—20 cm土壤样品,采用扩增子测序技术分析了土壤真菌多样性和群落组成,同时结合土壤理化性质探讨了不同植被恢复类型影响真菌群落多样性的重要因素。[结果]①与未复垦地相比,3种典型植被恢复类型不仅对土壤理化性质和酶活性均有明显提升,还提高了土壤真菌可操作分类单元(OUTs)和多样性指数,且差异显著,以灌木的效果最好。②真菌主要菌门相对丰度在各样地变化趋势为子囊菌门(Ascomycota)担子菌门(Basidiomycota)球囊菌门(Glomeromycota),相对丰度之和已超过50%,土壤真菌群落结构在4个样地之间保持了一定的稳定性。③土壤含水量为影响真菌群落结构的最主要因素。[结论]植被恢复影响土壤理化性质、酶活性及真菌群落多样性,黄土高原矿区生态恢复是一个漫长的过程,在生态恢复过程中,宜种植灌木来改善重构土壤的生态环境。     

黄土覆盖区采动地表裂缝对土壤水分扰动影响的模拟试验研究

[目的]探究黄土覆盖区煤矿开采沉陷变形造成的地表裂缝对土壤水分变化的扰动效应,为采煤沉陷区土壤水分变化规律研究提供数据支撑。[方法]以典型黄土覆盖区的采煤沉陷区为模型,使用自主研制的开采沉陷地表裂缝模拟装置进行物理模拟试验,并在裂缝周围布设水分传感器,分析地表裂缝引起的土壤水分变化特征。利用Hydrus软件构建水文模型,结合物理模拟试验结果对数值计算模型进行优化。采用控制变量法,利用优化后的模型计算在不同裂缝形状、地形以及初始含水量条件下裂缝周围土壤含水量与非变形区土壤含水量差值。[结果]裂缝宽度主要影响土壤水分散失量的最大值,而裂缝深度主要影响散失量最大值出现的位置;裂缝对上坡方向和下坡方向影响规律存在差异,且坡度越大,差异越明显;土壤初始含水量越小,裂缝对土壤水分扰动程度越小;当初始含水量低于20%时,地表裂缝对土壤水分的影响范围不超过15 cm。[结论]在相同边界条件下,土壤水分模拟试验结果与物理试验数据变化规律呈现一致性,利用优化后的数值计算模型可以定量地分析黄土覆盖区土壤水分对采动地表裂缝的响应特征。     

芒萁侵入红壤退化裸地对土壤理化性质和细菌组成的影响

芒萁是最早侵入红壤退化裸地的先锋植物,其侵入过程对土壤环境的改变在退化裸地生态恢复进程中具有重要意义。以福建省长汀县红壤侵蚀裸地为研究对象,分析测定退化裸地中芒萁侵入区和非侵入区土壤理化性质和细菌组成及多样性。结果表明：芒萁侵入裸地显著提高土壤最大持水量、土壤含水率、全碳、全氮、全钾、有机质和pH,并显著降低土壤容重;芒萁侵入区增加根瘤菌目和慢生根瘤菌属等14种土壤优势细菌,变形菌门和甲型(α)变形杆菌的相对丰度显著提高(p<0.05),而土壤绿弯菌门和AD3菌纲的相对丰度显著降低(p<0.05),这些土壤细菌主要功能为化能异养、好氧化能异养和纤维素分解;芒萁侵入裸地显著提高土壤细菌群落结构多样性(p<0.05);芒萁侵入区和非侵入区土壤细菌群落结构差异显著(p<0.05);土壤细菌群落结构的主要影响因子是土壤含水率、全碳、有机质、土壤容重和pH。这些影响因子与疣微菌门、变形菌门、疣微菌纲和甲型(α)变形杆菌纲正相关。综上所述,芒萁侵入后可显著改善红壤侵蚀退化裸地的土壤理化性质,改善土壤细菌群落组成,增加土壤细菌群落多样性和优势菌群,对土壤细菌群落有积极效应。     

不同年限玉米秸秆还田对土壤微生物多样性的影响

秸秆还田是培肥地力、改良土壤的重要措施。内蒙古高原向松辽平原过渡地带春玉米区,玉米长期连作导致了耕层变薄、土壤次生盐渍化等土壤退化问题。采用田间定位试验的方法,研究连续多年(8、5、2年)秸秆旋耕还田条件下对土壤微生物的影响。结果表明,秸秆还田土壤中最丰富的细菌类型为变形菌门(Proteobac-teria),其次为放线菌门(Actinobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、拟杆菌门(Bacteroidetes);真菌类型为子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota)。随着秸秆还田年限的增加,变形菌门和酸杆菌门(Acidobacteria)相对丰度增加、放线菌门相对丰度下降,拟杆菌门相对丰度较稳定;子囊菌门、担子菌门、接合菌门(Zygomycota)相对丰度先下降后上升,而球囊菌门(Glomeromycota)和壶菌门(Chytridiomycota)相对丰度变化规律相反;属水平上Sphingomonas、Lysobacter、Hannaella相对丰度先上升后下降,而Leptosphaeria和Mono-dictys相对丰度变化规律相反;Pseudarthrobacter、Fusarium相对丰度下降,Gaiella相对丰度较稳定;Guehomyces相对丰度增加;并且细菌和真菌相对丰度拐点均出现在秸秆还田5年后。随着秸秆还田年限的增加,土壤细菌和真菌多样性均有所降低;秸秆还田与秸秆不还田土壤的差异物种有Aquicella、Fusicolla和Spizellomyces;由此可推测,秸秆还田增加土壤氮和钾含量,减少病害;试验区连续多年的玉米秸秆还田改变了土壤微生物群落组成,玉米秸秆连续还田5年后土壤微生物多样性有下降趋势。     

稻虾种养新模式对稻田土壤肥力和微生物群落结构的影响

为探究稻虾种养新模式对稻田土壤肥力和微生物群落组成的影响,基于稻田土壤理化指标测定和16S rDNA扩增子高通量测序技术,比较稻虾种养新模式（NRS）、稻虾种养传统模式（TRS）和水稻单作模式（CK）对稻田土壤理化指标和微生物多样性和群落结构的影响。结果显示：与CK和TRS相比,稻虾种养新模式能显著提高土壤pH、有机质、有效磷、速效钾含量和土壤微生物多样性和丰富度。与CK相比,NRS稻田土壤细菌优势菌门中的酸杆菌门、绿弯菌门和疣微菌门相对丰度分别增加30.89%、36.38%和2.16%,变形菌门和脱硫菌门相对丰度分别降低17.96%和58.59%。与TRS相比,NRS稻田土壤细菌优势菌门中的脱硫菌门相对丰度增加14.93%,绿弯菌门、疣微菌门、变形菌门和酸杆菌门相对丰度分别降低39.29%、37.42%、16.27%和6.81%。相关性分析表明,土壤有机质、速效氮、有效磷、速效钾和pH是影响稻田土壤微生物群落结构的主要理化因子。以上研究表明,稻虾种养新模式有利于提升稻田土壤肥力,显著提高了稻田土壤微生物多样性和改善微生物群落结构;研究结果对稻虾种养新模式的示范推广具有一定的指导意义和...     

增施磷石膏与不同耕作措施对碱土碳库和 微生物群落结构的影响

盐碱地作物苗期遇降雨或漫灌容易导致土壤结皮,使土壤碳库代谢受阻、微生物生存环境恶化,为阐明施用磷石膏后旋耕、深松、镇压措施对碱土碳库及微生物群落的影响,利用大田试验,设磷石膏+ 旋耕处理(CA),磷石膏+ 旋耕+ 苗期浅松处理(QCA),磷石膏+ 旋耕+ 苗期镇压处理(ZCA),以不施磷石膏+ 旋耕处理为对照(CK),通过土壤pH、电导率、有机碳、无机碳及细菌、真菌群落结构揭示其变化规律。研究表明,施用磷石膏显著降低土壤pH、CaCO3 含量,pH 降幅以QCA 处理最大、CaCO3 降幅以ZCA 处理最大;施用磷石膏可显著提高ZCA 的土壤活性有机碳(DOC)、土壤微生物生物量碳(MBC)含量;磷石膏处理使总有机碳增加,增幅4.11% ～ 6.45%;磷石膏显著增加可溶性K+、Ca2+ 含量,降低Na+ 含量。磷石膏可提高土壤变形菌门、拟杆菌门相对丰度,变形菌门较CK 提高30.66% ～ 34.75%,拟杆菌门较CK 可提高21.79% ～ 53.55%,以ZCA 处理增幅最为显著;Spearman 分析发现,变形菌门与土壤K+ 呈极显著正相关、与Na+ 呈显著负相关。真菌主要优势菌门为子囊菌门、担子菌门、罗兹菌门,CA、ZCA 处理子囊菌门的丰度较CK 分别提高2.64%、3.98%,各处理担子菌门丰度较CK 提高0.65% ～ 9.44%;磷石膏可提高土壤镰刀菌属、被孢霉属相对丰度。Spearman 相关性研究发现子囊菌门与土壤pH 呈显著负相关,与土壤K+ 呈显著正相关;罗兹菌门与土壤Ca2+ 呈显著正相关。ZCA 处理可有效降低土壤pH,提高土壤DOC、MBC 含量,改变微生物群落组成与结构,为科学指导盐碱地农业生产提供依据。     

黄河三角洲刺槐根际与非根际细菌结构及多样性

为精确分析黄河三角洲刺槐根际与非根际土壤细菌群落定殖情况,本研究采用高通量测序方法对刺槐根际与非根际土壤细菌结构及多样性进行了研究。研究表明,根际土壤细菌共有36门214属,非根际土壤细菌共有33门153属。变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)细菌丰度超过15%,是根际与非根际土壤中的优势菌落。根际与非根际土壤中酸杆菌门、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)丰度差异显著。根际土壤中红游动菌属(Rhodoplanes)、溶杆菌属(Lysobacter)、热单胞菌属(Thermomonas)、链霉菌属(Streptomyces)及非根际土壤中红游动菌属、溶杆菌属、链霉菌属、Kaistobacter细菌丰度超过4%。根际土壤中固氮菌丰度显著高于非根际土壤,解磷、解钾细菌丰度差异不显著。根际与非根际土壤细菌Chao丰富度分别为2 054、2 376,差异显著。根际与非根际土壤细菌之间的权重(Weighted Unifrac)距离在0.12~0.25之间。综上所述,黄河三角洲刺槐根际与非根际土壤细菌结构具有一定差异,多样性差异显著。     

神府矿区采煤塌陷裂隙对坡面土壤水分及植被生长状况的影响

[目的]探究采煤塌陷裂隙(塌陷发生2a之后)对坡面土壤水分和植被影响的过程与特征,为采煤塌陷区域植被恢复与生态环境重建提供理论支持。[方法]通过对神府矿区采煤塌陷产生的裂隙两侧的土壤容重,土壤水分以及植被状况进行调查分析开展研究。[结果](1)采煤塌陷裂隙的出现会导致周边土壤松动,致使土壤容重降低。(2)在裂隙走向与坡向呈直角或接近直角的情况下,裂隙的出现阻隔了正常的坡面径流,裂隙下方由于接受径流变少而导致水分状况变差,裂隙对于坡面土壤水分的影响大约在裂隙下方3m的范围内;在裂隙两壁处,由于裂隙而出现新的表土面,该处的蒸发效应强烈,裂隙坡面的土壤含水量低于无裂隙坡面(3)裂隙坡面植被的地上生物量较无裂隙坡面低,且越远离裂隙,地上生物量恢复程度越高。[结论]在不考虑其他因素的影响下,裂隙的出现会使裂隙处以及下部坡面水分状况变差,进而会对植被生长产生抑制作用。     

Pyrosequencing Reveals Significant Changes in Microbial Communities Along the Ecological Succession of Biological Soil Crusts in the Tengger Desert of China

Biological soil crusts (BSCs) have important ecological functions in arid and semiarid lands, but they remain poorly understood in terms of the changes in microbial communities during BSC succession under in situ field conditions. Here, 454 pyrosequencing was used to assess the microbial community composition of four BSC types in the Tengger Desert of China: alga, lichen (cyanolichen and green alga-lichen), and moss crusts, representing early, middle, and final successional stages of BSCs, respectively. The results showed the highest diversity of microbial communities inhabiting lichen crusts, whereas the lowest diversity was observed in moss crusts. Five phyla, Proteobacteria, Actinobacteria, Cyanobacteria, Bacteroidetes, and Acidobacteria, accounted for about 72% to 87% of total prokaryotic sequences in different BSCs. The most abundant eukaryotic microorganism was Ascomycota, accounting for 47% to 93% of the total eukaryotic sequences. Along the succession of BSCs, the abundance of photoautotrophic Cyanobacteria, Chlorophyta, and Bacillariophyta declined, and that of heterotrophic microorganisms such as bacteria and fungi increased. Statistical analysis showed clear divergency of microbial taxa at the class level among the different successional stages of BSCs. The clustering results at class level showed that the moss crusts were the farthest from the rest in prokaryotic composition; the alga crusts were the most different in terms of eukaryotic microorganisms and the two kinds of lichen crusts were relatively closer in both compositions. Ordination analysis showed that the main variations of community structure among BSCs could be explained best by the abundance of Cyanobacteria and Ascomycota and by physiochemical properties of BSCs, including mechanical composition, moisture, and electrical conductivity. In conclusion, our results indicate that Cyanobacteria and Ascomycota likely play an important role in the evolution of BSC structure and functions and highlight the importance of environmental factors in shaping microbial community structures of BSCs in the Tengger Desert of China.     

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。     

Indirect effects of earthworms on microbial assimilation of labile carbon

Interactions between earthworms and microorganisms can be important in regulating the rate of soil carbon turnover and maintaining soil fertility in agroecosystems. Despite the significance of earthworms in nutrient cycling in agroecosystems, the indirect influence of earthworms on C assimilation by microorganisms has not been adequately quantified. We assessed microbial assimilation of ¹³C-labeled acetate in earthworm (Lumbricus terrestris) middens and surrounding soil collected from maize agroecosystems. Incorporation of ¹³C into microbial lipids was used as an indicator of microbial growth rates. Earthworm middens had significantly lower concentrations of microbial phospholipid phosphates and lower natural abundance δ¹³C than the surrounding soil. After incubation with ¹³C-labeled acetate, microbial communities in earthworm middens had greater ¹³C/¹²C ratios of microbial lipids than microbial communities from surrounding soil. The ¹³C enrichment per unit of microbial phospholipid was much greater in middens than in surrounding soil indicating that: (i) microbial lipid synthesis was significantly higher in the earthworm middens; (ii) microbial assimilation efficiency for ¹³C-labeled acetate was greater in midden soil; or (iii) assimilation of ¹³C-labeled acetate relative to other C sources was proportionately greater in middens than in the surrounding soil. Our results suggest that there were functional differences between microbial communities in earthworm middens and surrounding soil, probably due to a combination of physical, chemical, and biological changes in the midden microenvironment. The resulting differences in microbial communities or activity increased microbial growth rates and assimilation of readily available C substrates in middens relative to surrounding soil.     

2-Phenylethylisothiocyanate concentration and microbial community composition in the rhizosphere of canola

Canola crops have been shown to inhibit soil-borne pathogens in following crops. This effect is mainly attributed to the release of low molecular S-containing compounds, such as isothiocyanates, during microbial degradation of the crop residues. We have assessed the effect of low concentrations of phenylethylisothiocyanate (PEITC) on soil microbial communities as well as its rate of degradation in soil and determined the concentration of PEITC and the microbial community structure in the rhizosphere of canola. PEITC was degraded within 96 h by soil microorganisms. PEITC added to the soil daily for 5 d affected both bacterial and eukaryotic community structure, determined by PCR-DGGE. Community structures of bacteria and eukaryotes changed at PEITC concentrations between 1300 and 3790 pmol g⁻¹ soil fresh weight but was unaffected at lower concentrations. The PEITC concentration in the rhizosphere of living canola roots was greater in first order laterals than in second order laterals. The maximal PEITC concentration detected in the rhizosphere was 1827 pmol g⁻¹. Redundancy analysis of the DGGE banding patterns indicated a significant correlation between the PEITC concentration in the rhizosphere and the community structure of the active fraction of eukaryotes and bacteria in the rhizosphere. Other important factors influencing the microbial community structure were soil moisture and plant dry matter. It is concluded that canola may affect the soil microbial community structure not only after incorporation of canola residues but also during active growth of the plants.     

Taxa-specific changes in soil microbial community composition induced by pyrogenic carbon amendments

The effects of pyrogenic carbon on the microbial diversity of forest soils were examined by comparing two soil types, fire-impacted and non-impacted, that were incubated with laboratory-generated biochars. Molecular and culture-dependent analyses of the biochar-treated forest soils revealed shifts in the relative abundance and diversity of key taxa upon the addition of biochars, which were dependent on biochar and soil type. Specifically, there was an overall loss of microbial diversity in all soils treated with oak and grass-derived biochar as detected by automated ribosomal intergenic spacer analysis. Although the overall diversity decreased upon biochar amendments, there were increases in specific taxa during biochar-amended incubation. DNA sequencing of these taxa revealed an increase in the relative abundance of bacteria within the phyla Actinobacteria and Gemmatimonadetes in biochar-treated soils. Together, these results reveal a pronounced impact of pyrogenic carbon on soil microbial community composition and an enrichment of key taxa within the parent soil microbial community.     

模拟干湿交替对水稻土古菌群落结构的影响

干湿交替是自然界普遍存在的现象,但长期以来由于技术的限制,复杂土壤中微生物对水分变化的响应规律仍不清楚。针对我国江苏常熟湖泊底泥发育的典型水稻土,在室内开展湿润-风干以及风干-湿润各三次循环,每次循环中湿润、风干状态各维持7d,利用微生物核糖体rRNA的通用引物进行PCR扩增,通过高通量测序分析土壤古菌多样性变化,同时结合实时荧光定量PCR技术,在DNA和RNA水平研究古菌数量对干湿交替过程的响应规律。结果表明:水稻土湿润-风干过程中,在DNA水平土壤古菌数量降幅约为149倍~468倍,而在RNA水平降幅最高仅为2.06倍;水稻土风干-湿润过程中,在DNA水平古菌数量增幅在147倍~360倍之间,而在RNA水平增幅最高仅为2.95倍。表明在干湿交替过程中,DNA水平的古菌16S rRNA基因数量变化远高于RNA水平。基于高通量测序多样性的结果表明,在DNA和RNA水平,湿润土壤3次风干、以及风干土壤3次加水湿润7d恢复后,土壤古菌群落结构均发生统计显著性改变。在微生物门、纲、目、科和属的不同分类水平下,水稻土古菌主要包括3、10、13、14、10种不同的类群,在RNA和DNA水平的结果基本一致。干湿交替导致部分古菌类群发生显著变化,其中在微生物分类学目水平发生显著变化的古菌最高达到6种,主要包括产甲烷古菌和氨氧化古菌,如Methanobacteriales、Methanosarcinales、Methanomicrobiales和Nitrososphaerales等。这些研究结果表明,反复的干湿交替并未显著改变水稻土中古菌的主要类群组成,古菌类群的绝对数量和相对丰度发生了一定程度的变化,但这些变化与微生物生理作用的联系仍需进一步研究;风干土壤中古菌RNA序列极可能来自于完整的古菌细胞,暗示了这些古菌细胞能够较好地适应水稻土中水分的剧烈变化,风干状态的土壤在一定程度也可用于土壤古菌群落组成研究。