马铃薯连作栽培对土壤微生物多样性的影响

为阐明马铃薯连作对土壤微生物群落结构和功能多样性的影响,揭示马铃薯连作障碍机制,本试验采用BIOLOG技术结合丛枝菌根真菌(AMF)形态学鉴定方法,就连作0(迎茬)、2 a、4 a、6 a、10 a的马铃薯田块土壤进行研究。结果表明:土壤养分含量随马铃薯连作年限增加有一定程度下降,其中,连作10 a马铃薯根际土壤的全磷、速效磷、速效钾和碱解氮与连作4 a相比分别下降61.32%、26.86%、26.87%和17.24%,但没有明显的养分亏缺和不均衡现象。土壤微生物群落结构发生了较大变化,放线菌、真菌数量显著随连作年限的延长先增加后减少,呈单峰型变化趋势;细菌数量随连作年限的延长呈逐步减少趋势,但差异不显著。连作4~6 a土壤微生物群落依然有较强的功能多样性,培养120 h后,连作6 a较迎茬AWCD值提高3.89%;群落组成中随连作年限的延长以碳水化合物、氨基酸类为碳源的微生物类群代谢能力明显下降,但代谢功能多样性趋于一致。连作马铃薯土壤AM真菌优势种发生改变,迎茬土壤为沙漠球囊霉(Glomus deserticola),连作2 a土壤为扭形球囊霉(Glomus delhiense)和福摩萨球囊霉(Glomus formosanum),连作10 a土壤为球泡球囊霉(Glomus globiferum)。多元分析结果表明,土壤微生物结构与功能多样性、AM真菌多样性变化受土壤p H、全磷含量、放线菌数量、细菌数量及土壤中以碳水化合物、氨基酸类等为碳源基质的微生物类群影响。说明长期连作栽培会影响土壤真菌、放线菌的数量,使真菌群落中AM真菌种的多样性显著下降,优势种发生改变,打破了微生物群落结构与功能平衡,引起土壤微生物群落结构与功能的失调。     

马铃薯连作栽培对土壤微生物群落的影响

利用BIOLOG技术研究了宁夏南部山区马铃薯连作、冬麦连作、倒茬利用方式对土壤生物学特性、土壤微生物群落结构、功能的影响.结果表明:土壤微生物量碳、氮总体表现为冬麦连作(对照)>迎茬马铃薯>马铃薯连作栽培;马铃薯连作栽培显著提高了土壤微生物量碳/氮比.马铃薯连作5年、10年及迎茬栽培马铃薯土壤在培养48 h时,平均颜色变化率(AWCD值)分别比对照土壤提高了9.91.10.98,2.86倍.马铃薯持续连作多年后,土壤微生物对单一碳源底物的利用能力仍然较高,土壤微生物群落利用碳源的功能多样性也较高.培养96 h时,各供试土壤微生物群落Shannon指数的差异达极显著水平.土体中多聚化合物、氨基酸、碳水化合物是土壤微生物利用的主要碳源;根际土壤中微生物主要利用的碳源为氨基酸、多聚化合物、糖类物质.马铃薯迎茬、连作栽培后土壤细菌/真菌的比例和对照土壤相比,分别减少了64.70%,9.18%～32.11%,连作会使土壤类型从细菌型向真菌型转化.     

压砂地土壤微生物群落功能多样性分析

为了掌握荒地压砂对土壤微生物群落功能多样性及理化性质的影响,对荒地及不同年限压砂地土壤进行了Biolog微生物群落功能多样性和理化性质分析。Biolog分析结果表明,1年压砂地微生物群落生理活性最高,荒地微生物群落生理活性最低,其它各年限压砂地微生物群落生理活性随压砂年限增加而缓慢下降。微生物群落功能多样性指数分析表明压砂对微生物群落功能结构影响并不显著。通过微生物群落利用碳源类型分析明确了荒地和各年限压砂地土壤微生物群落利用的主要碳源类型。土壤理化性质分析表明,压砂第1年各项理化性质指标均有明显的下降;此后随压砂年限增加,有机质含量呈上升趋势,速效氮、速效磷和速效钾含量缓慢下降,全盐、全氮、全磷、全钾含量及土壤pH值变化不大。     

沼液对河西绿洲葡萄园土壤微生物功能多样性的影响

为探明使用沼液对土壤质量的影响，明确土壤微生物功能多样性对沼液使用量和使用年限的响应，在甘肃祁连葡萄观光园进行等氮量替代和增施沼液处理，采用Biolog方法测定土壤微生物功能多样性。结果表明：（1）100%等氮量沼液处理的土壤微生物群落代谢活性最小，替代33%氮量处理的土壤微生物群落代谢活性最高，连续两年使用沼液的处理间差异大于一年。（2）试验地土壤微生物利用的主要碳源为碳水化合物类，使用沼液能够显著提高土壤微生物对氨基酸类和羧酸类碳源的利用率。连续两年使用沼液条件下，增施沼液处理（133%和167%）效果优于等氮量替代处理。（3）与单施化肥对照相比，使用沼液处理仅在提高土壤微生物均一度指数方面存在优势，且增施沼液处理（133%和167%）效果优于等氮量替代处理。（4）主成分分析表明，沼液使用量和使用年限对土壤微生物碳源利用水平以及代谢多样性的影响有差异，且使用年限增加能使各处理间变异程度增大。（5）碳水化合物类和氨基酸类碳源是引起不同沼液用量处理土壤微生物功能群分异的主要碳源，其中碳水化合物类是使用年限增加后土壤微生物群落变化的敏感碳源。（6）Pearson相关性分析表明，该试验地土壤微生物功能多样性与土壤有机质、碱解氮呈正相关关系，与速效磷、速效钾呈负相关关系。综上，长期使用沼液（尤其是沼液与化肥配施）有利于提高土壤微生物代谢活性和土壤微生物群落功能多样性，且当沼液使用量较大时能达到完全取代化肥的效果。     

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。     

多效微生物制剂对甘肃干旱区马铃薯连作土壤生态及产量的影响

连作障碍已成为严重威胁甘肃马铃薯产业可持续发展的因素之一,而功能微生物在植物防病、促生、土壤修复等方面有其独特的优势。通过多年田间定位试验,研究了多效微生物制剂对甘肃干旱区马铃薯连作土壤微生物、养分、酶活性等生态因子及其产品产量和品质的影响。结果显示,应用多效微生物制剂对甘肃干旱区马铃薯连作土壤生态及其产量等影响显著,与对照相比,提高了细菌、放线菌的数量,降低了真菌的数量;提高了土壤脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶的活性;使连作土壤矿质营养碱解氮、速效磷和速效钾含量显著提高;降低了连作马铃薯晚疫病、枯萎病和软腐病的发生率,与对照相比,病株率分别降低了66.34%、69.17%和67.24%,病薯率分别降低了74.85%、78.75%和60.31%;明显促进植株生长,提高块茎产量,增产率为14.45%。研究证明多效微生物制剂能够有效改良甘肃干旱区马铃薯连作障碍土壤生态环境、防控病害、促进马铃薯植株生长、提高产量。     

菜心及其根际土壤环境对长期连作的响应

为探明宁夏菜心产生连作障碍的原因，本研究以种植1年菜心及其根际土壤为对照，测定连作3、6和9年菜心根际土壤的理化性状、酶活性和微生物群落变化以及菜心的农艺性状和品质。结果表明，长期连作(连作9年)导致菜心土壤容重、电导率、全氮、速效钾含量显著升高，在连作9年时土壤容重达1.33 g·cm^-3，与对照相比，电导率和全氮含量上升了34.21%和54.29%，速效钾含量升高了2.41倍；而pH值、总有机碳、全磷、碱解氮、有效磷含量显著下降，连作9年时，全磷和有效磷含量分别下降了26.55%和26.07%。长期连作菜心根际土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶和纤维素酶活性均较对照显著降低，连作9年时最低，分别下降了55.43%、59.28%、33.73%、52.37%，而脲酶活性在连作6年土壤中最高。此外，长期连作改变了菜心根际土壤微生物群落的丰富度和多样性，细菌群落丰富度下降，多样性上升，而真菌群落丰富度和多样性均下降。随着连作年限增加，菜心薹长、茎粗、地上部干鲜重、根干鲜重以及产量均有不同程度的下降，在连作9年时分别较对照下降了39%、18%、26%、22%、28%、4...     

轮作与施用生物有机肥对菠萝连作土壤微生物特性的影响

通过田间试验,探讨轮作与施用生物有机肥对菠萝连作土壤理化性质、酶活性及微生物群落的影响。结果表明:与菠萝连作处理相比,菠萝-甘蔗轮作和菠萝-甘蔗轮作配施生物有机肥处理的菠萝产量分别显著提高18.56%和39.07%;土壤pH值分别升高0.50和0.66,明显缓解土壤酸化;土壤硝态氮、有效磷、速效钾、有机质含量分别显著增加28.49%和57.67%、20.49%和39.77%、20.78%和45.23%、10.38%和23.10%;土壤微生物量碳含量较菠萝连作分别显著提高12.10%和29.56%,土壤微生物量氮含量分别显著提高17.99%和61.45%,而微生物量碳/微生物量氮值均降低。此外,轮作与轮作配施生物有机肥处理均显著增加了土壤细菌与放线菌数量,显著降低了真菌数量,并促进土壤微生物对碳源的利用;增强了土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶及过氧化氢酶活性。本试验条件下,轮作与增施生物有机肥能够显著改善土壤酸化状况与土壤微生物群落结构,提高土壤肥力,以菠萝-甘蔗轮作配施生物有机肥处理效果最好。     

不同施氮水平下土壤的生化性质对干湿交替的响应

以中国科学院封丘农业生态试验站水氮耦合长期试验地为研究平台,采集五个施氮水平(施氮0、150、190、230、270 kg hm-2)下表层0 ～ 20 cm土壤并测定其土壤肥力参数(土壤pH、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、有机碳).结果表明:施氮降低了土壤pH、速效磷、全钾,增加了全氮、碱解氮、有机碳,除有机碳随施氮水平的增加而增加外,其他肥力参数并未随施氮水平的增加而发生规律性变化.土壤经过0、3、6、10次干湿交替,培养60 d后测定其生物和化学性质(土壤铵态氮、硝态氮、溶解性有机碳、脲酶活性、脱氢酶活性、微生物生物量碳、土壤基本呼吸).双因素方差分析显示干湿交替次数对铵态氮、硝态氮、无机氮、溶解性有机碳、脱氢酶活性、微生物生物量碳和土壤基本呼吸均有极显著作用,而干湿交替次数和施氮水平对除脱氢酶活性以外的其他土壤性质均无交互作用.五个施氮水平下土壤硝态氮、无机氮、溶解性有机碳、脲酶活性、脱氢酶活性和微生物生物量碳均随干湿交替次数增加而增加,土壤基本呼吸随干湿交替次数增加而降低.高施氮水平(施氮超过190 kg hm-2)下土壤性质的变异系数更小并能更好地发生聚类.研究表明当土壤遭遇干湿交替时,高施氮水平下土壤更能维持其生化性质的稳定.     

设施辣椒连作对土壤理化性状、酶活性及微生物区系的影响

以青海省尖扎县设施辣椒连作土壤为对象，研究不同连作年限土壤理化性状、酶活性及微生物区系的变化。结果表明，土壤理化性状、酶活性、微生物数量及微生物量均表现出明显的连作效应。随着连作年限的增加，土壤容重和电导率呈上升趋势，pH呈下降趋势，有机质、全氮、有效磷和速效钾呈先上升后下降趋势。土壤碱性磷酸酶、蔗糖酶、淀粉酶和过氧化氢酶随连作年限的增加均呈下降趋势，脲酶和碱性蛋白酶呈先上升后下降趋势。与对照相比，连作导致土壤细菌与真菌数量的比值降低，土壤微生物量碳与微生物量氮比值升高，土壤微生物群落结构由“细菌型”转变为“真菌型”。     

长期施用化肥对塿土微生物多样性的影响

【目的】土壤微生物在土壤有机质分解、营养循环、植物生长等方面都发挥着重要作用,研究长期施用化肥对其产生的影响可为农田合理施用化肥、培肥土壤和高产高效可持续性农业生产提供理论依据。【方法】以陕西杨凌"国家黄土肥力与肥料效益监测基地"的长期定位试验为基础,利用BIOLOG分析并结合常规分析研究了6种长期不同化肥施用方式不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮钾配施(NK)、磷钾配施(PK)、氮磷配施(NP)和氮磷钾配施(NPK)对土土壤微生物量和微生物功能多样性的影响。【结果】与不施肥CK相比,长期单施氮肥(N)的SMBC、SMBN没有显著变化,但明显降低了土壤微生物商和土壤微生物对氮素的利用;NP和NPK配施能够显著增加土SMBC和SMBN含量,明显提高了土壤微生物商,使土壤微生物种群结构发生了明显变化但土壤微生物对氮素的利用没有显著提高;长期偏施肥处理(NK、PK)的SMBC、SMBN和微生物商虽轻微增加,但土壤微生物种群结构没有显著改变。BIOLOG分析结果显示施磷处理(PK、NP和NPK)对微生物代谢活性的促进作用较大且在培养初期代谢活性较不施磷处理(CK、N和NK)增加显著。长期单施氮肥(N)对于提高土壤微生物多样性没有显著作用而其他化肥施用处理可以提高土土壤微生物群落的碳源利用能力、物种的丰富度和优势度,其中NP和NPK处理配施效果最好。化肥施用对土土壤微生物群落的均匀度没有显著影响。主成分分析的结果表明不同处理的土壤微生物对碳源利用表现出显著差异,氮磷养分的差异是产生分异的主要原因。【结论】土区小麦玉米轮作下,平衡施肥(NP或NPK配施)对于改善农田土壤微生物特性具有良好作用。     

PLFA方法研究连作对加工番茄根际土壤微生物群落结构的影响

通过在石河子大学农学院试验站开展加工番茄连作定点微区试验,采用氯仿熏蒸和磷脂脂肪酸(PLFA)法相结合,研究了不同连作处理(种植1 a、连作3 a、5 a和7 a)对新疆加工番茄花果期和成熟期根际土壤微生物群落结构及土壤微生物量的影响。结果表明,连作导致土壤微生物量碳(SMBC)、微生物量氮(SMBN)和微生物熵(q MB)下降,SMBC/SMBN升高,而微生物量磷(SMBP)随连作年限和生育期的变化而不同。连作显著增加了真菌PLFAs含量,降低了细菌PLFAs含量、土壤PLFAs总量及细菌/真菌PLFAs的比值,而放线菌PLFAs含量变化无规律。连作7 a时,成熟期的细菌PLFAs含量、土壤PLFAs总量较对照分别减少62.9%、50.3%(P0.05),而真菌PLFAs含量较对照升高60.2%(P0.05)。从多样性指数分析看,Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Brillouin指数和Pielou指数均随连作年限的延长呈先升后降的变化,其中连作3 a时各项指数最大,连作7 a时最小,表明在本试验年限范围内,连作使得微生物群落多样性与均匀程度皆出现了一定程度的降低。相关性分析表明,土壤微生物各类群PLFAs量、微生物量及土壤肥力之间存在相关性,说明土壤微生物量与土壤肥沃程度相关,可作为评价土壤肥力的生物学指标。可见,加工番茄连作改变了土壤微生物群落结构,降低了土壤微生物量,最终在根际土壤微生态系统和环境因子等因素的综合作用下产生连作障碍。     

宁夏环香山地区压砂地土壤微生物结构及功能多样性研究

对压砂地不同利用年限下的土壤微生物群落结构及功能多样性进行了分析。研究结果表明,压砂地不同利用年限的土壤微生物群落总菌数整体上明显低于农田对照,且随着压砂利用年限的增加土壤微生物总菌数呈逐年下降的趋势。压砂利用1~3a,5~10a,10~15a之间均存在显著差异<0.05)。压砂第1a对土壤微生物的功能影响很大,能明显提高微生物对C源的利用能力。压砂1a后,随着压砂利用年限的增加土壤微生物的功能明显下降,且不同压砂年限间的微生物功能差异不显著,说明农田压砂初期由于土地利用方式的改变,提高了土壤蓄水保墒及增温效果,使得土壤微生物物功能和利用强度增加,随着压砂地利用年限的增加作物对土壤养分消耗增大,而土壤中养分得不到补充,使得压砂地土壤微生物环境逐步恶化。     

中国北方温带草原土壤微生物对气温变暖与添加氮素的响应特征

The responses of soil microbes to global warming and nitrogen enrichment can profoundly affect terrestrial ecosystem functions and the ecosystem feedbacks to climate change. However, the interactive effect of warming and nitrogen enrichment on soil microbial community is unclear. In this study, individual and interactive effects of experimental warming and nitrogen addition on the soil microbial community were investigated in a long-term field experiment in a temperate steppe of northern China. The field experiment started in 2006 and soils were sampled in 2010 and analyzed for phospholipid fatty acids to characterize the soil microbial communities. Some soil chemical properties were also determined. Five-year experimental warming significantly increased soil total microbial biomass and the proportion of Gram-negative bacteria in the soils. Long-term nitrogen addition decreased soil microbial biomass at the 0-10 cm soil depth and the relative abundance of arbuscular mycorrhizal fungi in the soils. Little interactive effect on soil microbes was detected when experimental warming and nitrogen addition were combined. Soil microbial biomass positively correlated with soil total C and N, but basically did not relate to the soil C/N ratio and pH. Our results suggest that future global warming or nitrogen enrichment may significantly change the soil microbial communities in the temperate steppes in northern China.     

Influence of Tea Cultivation on Soil Microbial Biomass and Substrate Utilization Pattern

Abstract

The study was conducted to evaluate the effect of tea cultivation on soil microbial biomass and community structure. Soil pH, extractable aluminum (Al), organic carbon (C_org) and total nitrogen were considerably modified by tea cultivation. Long‐term tea cultivation resulted in the increase of microbial biomass C (C_mic), microbial biomass N (N_mic), and basal respiration. The metabolic quotient declined as the tea cultivation age increased. The adjacent citrus orchard soil showed a higher C_mic/C_org ratio than the tea orchard soils. Microtitration plates with 21 carbon sources and two different pH levels (4.7 and 7.0) were used to determine the substrate utilization pattern of these soils. The average well color development (AWCD) of the carbon sources in the plates did not vary in a consistent manner with the microbial biomass. Multivariate analysis of sole carbon source utilization pattern demonstrated that land‐use history had a significant effect on substrate utilization pattern. The pH 4.7 characterization medium can increase the discrimination of this technique and is more adequate than the conventional neutral medium for the tea orchard soils.     

荒地不同压砂年限对土壤微生物区系、酶活性与土壤理化性状的影响

以宁夏中卫市香山地区荒地压砂3,8,15,25 a和邻近未压砂(对照)的土壤为研究对象,研究了压砂对土壤微生物区系、酶活性和土壤理化性状的影响.结果表明,与对照相比,压砂后微生物总数减少;土壤脲酶活性随着压砂年限的延长呈下降趋势;前15 a压砂地土壤有机碳、全氮、碱解氮和速效钾随着压砂年限的延长呈下降趋势;压砂地土壤含水量高于对照;压砂地全盐含量远远低于对照;说明荒地压砂种植能蓄水保墒,防止土壤次生盐碱化,但连续种植肥力下降,微生物量减少.     

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.     

吐鲁番哈密瓜土壤养分及酶活性对连作年限的响应

哈密瓜(Cucumis melo var.saccharinus)连作障碍已经成为制约其产业发展的重要因素,为探明哈密瓜连作年限对土壤养分及酶活性的影响,以吐鲁番鄯善县不同连作年限哈密瓜田为研究对象,分析了不同连作年限哈密瓜农田根际土壤及非根际土壤的养分含量及酶活性特征。结果表明:1)随连作年限的递增,哈密瓜根际土壤和非根际土壤中有机质、全氮、全磷、微生物量碳、微生物量氮含量均呈现先升高后降低的趋势,且在6~10年达到最大值;2)随连作年限的递增,哈密瓜根际土壤和非根际土壤中酶活性的变化趋势基本一致,过氧化氢酶活性在不同连作年限之间无显著差异,碱性磷酸酶活性呈现先下降后升高的趋势,硝酸还原酶活性呈现逐年下降的趋势,脲酶、蔗糖酶、纤维素酶活性呈先升高后降低的趋势,且在6~10年达到最大值;3)土壤养分元素含量、酶活性均受到连作年限及土壤采样部位的双重影响,但连作年限对土壤养分元素含量及酶活性的影响较强。总体上在连作年限为6~10年时,土壤中养分含量与总体酶活性均呈现较高的水平,而后逐年递减。     

Kinetics of the respiratory response of the soil and rhizosphere microbial communities in a field experiment with an elevated concentration of atmospheric CO2

The effect of an elevated concentration of atmospheric CO₂ and the application rate of nitrogen fertilizers on the microbial biomass and maximum specific growth rate of microorganisms in the soil and rhizosphere was studied in a long-term field experiment involving the growing of sugar beets and winter wheat. It was shown that the treatment of field plots with carbon dioxide at a concentration higher than that in the atmosphere (550 ppm) for three-four years resulted in the formation of a microbial community with a higher maximum specific growth rate and a larger share of R-strategy microorganisms as compared to the soil under the control plants. No reliable differences in the total microbial biomass in the soil under the winter wheat were revealed between the treatments with the ambient and elevated CO₂ concentrations; in the soil under the beet plants, a reliable increase in the total microbial biomass at the elevated CO₂ concentration was noted only in the close vicinity of the plant roots.