红壤稻田不同生育期土壤氨氧化微生物群落结构

以福建省红壤稻田土壤为对象,通过提取土壤总DNA,利用特异引物进行PCR(聚合酶链反应)扩增和DGGE(变性梯度凝胶电泳)并结合DNA克隆测序,研究了水稻生长过程中稻田土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌群落结构的变化。结果显示:稻田土壤具有丰富的氨氧化细菌和氨氧化古菌资源。水稻生长过程中土壤氨氧化细菌群落组成较为稳定,只表现出水稻生长前期(苗期、分蘖期)和中后期(孕穗期、成熟期)间存在一定差异。而土壤氨氧化古菌群落组成变化较大,在水稻生长的苗期、分蘖期、孕穗期和成熟期4个时期间均存在一定差异。在水稻生长过程中,土壤氨氧化细菌群落多样性指数无显著性变化,但氨氧化古菌群落多样性指数随水稻生长明显提高,孕穗期后才达到平稳。水稻生长前期土壤硝化势也具有显著上升趋势,孕穗期时达到最高,而后有所下降。土壤硝化势与氨氧化古菌群落多样性指数具有显著正相关性,与氨氧化细菌没有相关性。研究表明,氨氧化古菌对红壤稻田土壤硝化作用的影响程度较大,证实了氨氧化微生物尤其是氨氧化古菌在稻田土壤微生物组成及其生态系统功能中的重要性。     

红壤稻田不同生育期土壤氨氧化微生物群落结构和硝化势的变化

以福建省红壤稻田土壤为对象,通过提取土壤总DNA,利用特异引物进行PCR(聚合酶链反应)扩增和DGGE(变性梯度凝胶电泳)并结合DNA克隆测序,研究了水稻生长过程中稻田土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌群落结构的变化。结果显示:稻田土壤具有丰富的氨氧化细菌和氨氧化古菌资源。水稻生长过程中土壤氨氧化细菌群落组成较为稳定,只表现出水稻生长前期(苗期、分蘖期)和中后期(孕穗期、成熟期)间存在一定差异。而土壤氨氧化古菌群落组成变化较大,在水稻生长的苗期、分蘖期、孕穗期和成熟期4个时期间均存在一定差异。在水稻生长过程中,土壤氨氧化细菌群落多样性指数无显著性变化,但氨氧化古菌群落多样性指数随水稻生长明显提高,孕穗期后才达到平稳。水稻生长前期土壤硝化势也具有显著上升趋势,孕穗期时达到最高,而后有所下降。土壤硝化势与氨氧化古菌群落多样性指数具有显著正相关性,与氨氧化细菌没有相关性。研究表明,氨氧化古菌对红壤稻田土壤硝化作用的影响程度较大,证实了氨氧化微生物尤其是氨氧化古菌在稻田土壤微生物组成及其生态系统功能中的重要性。     

稻田土壤厌氧氨氧化菌群落结构对长期不同施肥的响应

研究长期不同施肥稻田土壤厌氧氨氧化微生物丰度和群落结构组成,深入认识稻田厌氧氨氧化菌对不同施肥的响应机理,可为合理施肥和理解湿地生态系统厌氧氨氧化过程提供科学依据。设置不施肥(CK)、单施无机肥(NPK)、无机肥配施牛粪(NPKM)、无机肥加秸秆还田(NPKS)四个处理,采用荧光定量PCR和高通量测序对不同施肥模式下水稻土厌氧氨氧化细菌丰度和群落结构进行分析。结果发现,不同处理之间厌氧氨氧化细菌丰度具有显著差异(p0.05),表现为NPKMNPKSNPKCK,且与有机质、全氮和铵态氮含量具有显著相关性(p0.05)。高通量测序结果表明,不同施肥处理主要的厌氧氨氧化菌为Candidatus Brocadia、Candidatus Anammoxoglobus和Candidatus Scalindua,其中优势种群为Candidatus Brocadia。菌群的多样性分析表明,CK和NPKS处理的厌氧氨氧化菌群落结构多样性香农指数(Shannon index)、辛普森指数(Simpson index)和丰富度指数(Chao 1 index)显著高于NPKM和NPK处理(p0.05)。上述结果表明,长期施肥改变了厌氧氨氧化菌的数量和群落结构。有机无机肥配施更有利于提高厌氧氨氧化菌丰度。然而,不同施肥措施对厌氧氨氧化菌的多样性影响不同,无机肥加秸秆还田提高了厌氧氨氧化菌多样性,但单施无机肥和无机肥配牛粪降低了厌氧氨氧化菌多样性。厌氧氨氧化菌的数量和群落结构对不同施肥的响应不同。     

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。     

不同品种水稻土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌群落结构组成

本研究通过提取土壤总DNA,利用特异引物进行PCR扩增和变性梯度凝胶电泳(DGGE),研究了不同品种水稻对稻田土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌群落结构组成的影响.结果显示:稻田土壤具有丰富的氨氧化细菌和氨氧化古菌,且氨氧化古菌种类更多;不同品种水稻氨氧化细菌群落结构组成差异较大,其中以"天A/Km71"、"闽优1027"和"Km62/1027"3个品种相似性较高,且明显不同于其余3个品种:而氨氧化古菌群落结构组成在不同土层间表现出较大差异,其中以"天A/Km71"和"Km62/1027"的表土与根际土氨氧化古菌群落组成差异最大.研究表明不同水稻品种及土壤层次对氨氧化微生物群落结构组成具有一定影响,证明氨氧化微生物尤其是氨氧化古菌在稻田土壤生态系统中占有重要地位.     

氮肥对盐渍化枸杞园土壤微生物群落和氨氧化微生物丰度的影响

研究主要分析氮元素对宁夏平罗盐渍化枸杞园土壤中氨氧化微生物(氨氧化细菌和氨氧化古菌)的影响。实验共设八个处理:(1)C(不施氮肥,不施脱硫废弃物,原始荒地);(2)不施氮肥(N0);(3)施氮肥25 kg hm~(-2)(N25);(4)施氮肥50 kg hm~(-2)(N50);(5)施氮肥100kg hm~(-2)(N100);(6)施氮肥200 kg hm~(-2)(N200);(7)施氮肥400 kg hm~(-2)(N400);(8)施氮肥800 kg hm~(-2)(N800),在N0-N800处理施用脱硫废弃物3.72×104kg hm~(-2)。2011年8月采集0~20 cm土样。结果显示:脱硫废弃物和氮肥配合施加对土壤理化性质产生了显著影响;NO_3~--N和NH_4~+-N含量在施氮处理中相对于原始样地和不施氮处理组都有显著的升高,微生物生物量和细菌和氨氧化细菌多样性指数在施氮400 kg hm~(-2)达到最大值,施氮肥400 kg hm~(-2)是促进微生物量和群落多样性增加的最佳施用量。实时荧光定量PCR结果显示:氨氧化细菌(AOB)丰度在施氮肥400 kg hm~(-2)和800 kg hm~(-2)显著高于其它处理,脱硫废弃物和氮肥配合施用对AOB的丰度具有叠加效应。相关性分析表明:NH_4~+-N与总磷脂脂肪酸(PLFA)、细菌PLFA、革兰氏阳性菌(G+)、革兰氏阴性菌(G-)、真菌/细菌(F/B)、微生物碳(MBC)、微生物氮(MBN)及16S r RNA基因拷贝数、AOB的基因拷贝数都显著相关。因此,铵态氮是该地区微生物群落可利用的有效氮素。     

抗盐碱转基因大豆对根际与非根际土壤氨氧化古菌多样性的影响

采用PCR—DGGE技术,研究了抗盐碱转基因大豆（SRTS）对根际与非根际土壤氨氧化古菌（AOA）群落多样性的影响。结果表明,在非根际土壤中,SRTS的氨氧化古菌DGGE条带数、多样性指数显著高于其受体亲本黑农35和其他两种大豆处理,而均匀度指数较低;在根际土壤中,SRTS的DGGE条带数和多样性指数均高于其受体亲本,但并不显著,其均匀度指数则显著高于其他处理;每种大豆自身根际与非根际比较显示,SRTS非根际氨氧化古菌DGGE条带数、多样性指数明显高于根际,均匀度指数却低于根际,而其受体亲本与其他两个处理反之。聚类分析结果表明,SRTS的DGGE带谱与其他大豆处理差异较大,且自身非根际与根际处理差异显著,与其受体亲本黑农35相似性很低。测序结果表明,在SRTS处理中特有条带12、15和优势条带13、14均属于Uncultured crenarchaeote。在盐碱土壤生态系统中,SRTS提高了非根际土壤氨氧化古菌群落的多样性,但对根际土壤中氨氧化古菌的群落多样性有一定的抑制作用。     

传统和优化施氮对春玉米产量、氨挥发及氮平衡的影响

【目的】本文通过在陕西省长武县(CW)和吉林省梨树县(LS)的春玉米田间试验,研究了传统和优化施氮对春玉米产量、土壤氨挥发及氮平衡的影响,以探讨春玉米氮肥优化的潜力及其对农田氨减排的效果。【方法】试验设对照、传统施氮(长武N 250 kg/hm2,梨树N 300 kg/hm2)及优化施氮(N 200 kg/hm2)3个处理,分别以N0、Ncon、Nopt表示。氨挥发采用德尔格氨管法(简称DTM法)进行原位测定,通过田间气象因素的校正计算氨挥发累积量。【结果】长武和梨树点不同施氮处理下春玉米的产量结果表明,除对照(长武7.9 t/hm2、梨树3.8 t/hm2)外,传统和优化施氮处理间均无显著差异(长武10.6 10.8 t/hm2,梨树9.5 9.6 t/hm2)。玉米氮肥利用率表现为优化施氮(44.3%44.5%)显著高于传统施氮(33.6%36.4%),其中长武点氮肥利用率提高了8.1个百分点,梨树点氮肥利用率增加了10.7个百分点。氨挥发田间监测结果显示,基肥翻耕入土后,伴随降雨的产生,长武和梨树点均未产生氨挥发。喇叭口追肥期表施氮肥后,长武和梨树点均产生大量氨挥发(占追施尿素氮量的16%22%),减少追肥用量N 30 kg/hm2(长武点)和N 100 kg/hm2(梨树点)能显著减少氨挥发损失N 8和15 kg/hm2。土壤-春玉米系统氮平衡估算的结果显示,与长武点氮素表观矿化N 97 kg/hm2相比,梨树点仅为N 16 kg/hm2。优化施氮比传统施氮处理显著降低表观氮素盈余N 48 88 kg/hm2。长武点各施氮处理的表观氮素盈余中,约46%的氮素残留在0—1 m的土壤中,54%损失到环境中,氨挥发占总损失的15%30%;梨树点表观氮素盈余中,35%损失到环境中,其中氨挥发占总损失的54%75%,约有65%残留在0—1m的土壤中。梨树点传统施氮处理0—1 m土层的氮素残留达N 140 kg/hm2,部分残留在土壤中的氮素也将面临淋洗、硝化和反硝化等损失的风险。与优化施氮相比传统施氮氮素表观损失增加了约N 30 40 kg/hm2,除氨挥发损失外,淋洗和硝化/反硝化等也是土壤-春玉米系统中不可忽视的氮素损失途径。【结论】我国春玉米主产区农民传统的氮肥用量偏高,增产效应不明显,氮肥损失风险加剧,尤其是氨挥发损失较大,氮肥的优化潜力高达20%33%,相当于可减少施氮N 50 100kg/hm2。     

氮肥水平对稻田细菌群落及N2O排放的影响

作为土壤氮素转化的驱动者,微生物群落结构关系着稻田氮素利用及温室气体N_2O排放等问题。本研究分别基于高通量测序和荧光定量PCR技术,分析了不同氮肥水平[CK(不施氮)、N(施N 180 kg·hm-2)、2/3N(施N 120 kg·hm-2)、1/3N(施N 60 kg·hm-2)]下稻田细菌群落及硝化反硝化关键微生物功能基因丰度的变化。结果显示:氮肥水平提高增加了稻田细菌物种丰富度Chao1指数和群落多样性Shannon指数,改变了细菌群落组成,其中与硝化作用相关的硝化螺菌门Nitrospirae和嗜酸的醋杆菌门Acidobacteria的相对丰度随氮肥水平提高而增加,但甲烷氧化菌Methylosinus的相对丰度随氮肥水平提高而降低。氮肥水平对稻田硝化作用关键微生物氨氧化细菌amo A基因丰度的影响较大,0~5 cm和10~20 cm深度土层中的amo A基因丰度均随氮肥用量增加而提高;反硝化作用关键微生物功能基因nir S、qno B和nos Z的丰度在不施肥处理(CK)中显著低于施肥处理(1/3N、2/3N和N)(P0.05),但1/3N、2/3N和N处理的稻田nir S基因丰度没有明显差异;0~5 cm土层中qno B和nos Z基因丰度存在随氮肥水平提高而增加的趋势,10~20 cm土层中nos Z基因丰度在2/3N和N处理下显著高于1/3N处理(P0.05)。N处理的稻田N_2O排放通量显著高于2/3N及1/3N处理(P0.05),后者又显著高于CK处理(P0.05)。相关分析结果表明稻田N_2O排放通量与0~5 cm土层中硝化螺菌门Nitrospirae相对丰度及10~20 cm土层中amo A基因丰度存在显著相关性(P0.05,n=10)。综上所述,氮肥水平提高增加了稻田细菌群落多样性,促进了稻田N_2O排放,且本研究稻田中硝化作用微生物群落及丰度变化与稻田N_2O排放的关系更为密切。     

长期施肥对黄棕壤性水稻土氨氧化细菌多样性的影响

以湖北省农科院长期施肥试验站的黄棕壤性水稻土为研究对象,采用PCR-DGGE方法,研究了氮肥（N）、氮磷（NP）、氮磷钾（NPK）、有机肥（M）、有机肥+氮磷钾（MNPK） 长期施用对土壤氨氧化细菌遗传多样性的影响。结果表明,与长期不施肥处理（CK）相比,长期施肥提高了黄棕壤性水稻土有机质、全氮、微生物量碳氮（SMB-C、SMB-N）含量,并改变了氨氧化细菌的群落结构。其中有机肥与化肥长期配施下氨氧化细菌的多样性高于化肥处理。氨氧化细菌聚类分析表明,稻麦收获后土壤氨氧化细菌DGGE图谱分别聚为一个族群;同一作物收获后,M和MNPK聚为一类,N、NP、NPK和CK聚为一类,后者内部分类在两季作物间有差别。DGGE指纹图谱条带序列分析表明,供试土壤的优势氨氧化细菌为-变形菌纲的亚硝化单胞菌和亚硝化螺旋菌。     

不同施肥处理稻田系统磷素输移特征研究

磷是水体富营养化限制性元素,近年来由于磷肥的过量施用,农田迁移的磷素已成为水体磷素的主要来源。本研究通过野外测坑定位试验,研究有机肥处理(OT)、混施肥处理(MT)和化肥处理(CT)3种施肥处理下,稻田中磷素的迁移流失特征及这3种处理对水稻产量和磷素利用率的影响,以探求稻田系统的最佳施磷方式。结果表明,CT、MT和OT 3种施肥方式的磷径流流失负荷分别为0.56 kg(P)·hm-2、1.13 kg(P)·hm-2和4.20 kg(P)·hm-2,渗漏流失负荷分别为0.42 kg(P)·hm-2、0.44 kg(P)·hm-2和0.45 kg(P)·hm-2;磷的径流流失占流失总量的56.86%~90.38%,是水稻田磷素流失的主要途径。磷的径流流失主要受施肥和降雨的影响,50%左右磷的流失发生在第1次径流过程;磷素渗漏流失特征不受施磷处理的影响,80%以上的流失发生在施肥后的前30 d。在磷素流失形态上,坑面水、渗漏水和径流水中磷素的主要形态均为可溶性磷;在土壤方面,MT处理和OT处理能保证土壤磷营养,CT处理的土壤有效磷和有机质含量则显著下降。3种施肥处理的水稻产量显著高于空白对照,且MT最高,为6 728.84 kg·hm-2;磷肥利用率CT和MT处理显著高于OT,CT和MT间差异不显著。综合比较,混施肥处理在磷素流失、土壤养分利用和水稻产量等方面更符合我国生态农业发展的要求。     

氮肥对稻田土壤反硝化细菌群落结构和丰度的影响

以氮肥田间定位试验为研究对象,利用PCR-DGGE(聚合酶链反应变性梯度凝胶电泳)和荧光定量PCR(real-time PCR)技术,通过对反硝化细菌nirS基因的检测,分析了定位试验第2年稻田反硝化细菌群落结构和丰度的变化。DGGE图谱及依据其条带位置和亮度数字化数值进行的主成分分析(PCA)结果均显示:在氮肥定位试验第2年,与不施肥对照(CK)比较,在水稻各个生育期(分蘖期、齐穗期和成熟期)内,施用氮肥[150kg(N)·hm-2]的稻田根层土或表土中的反硝化细菌群落结构均无明显变化;且稻田根层土或表土中的反硝化细菌群落结构在水稻各个生育期间也均无明显差异。荧光定量PCR结果显示,在水稻生长发育过程中,施用氮肥的稻田根层土或表土中的反硝化细菌nirS基因拷贝数始终显著(P<0.05)高于其对应的不施肥对照。此外,无论施用氮肥与否,根层土中的反硝化细菌nirS基因拷贝数在水稻成熟期时都会显著(P<0.05)降低;但表土中的nirS基因拷贝数在水稻各生育期间无明显变化;且水稻成熟期时施用氮肥和不施肥的稻田表土中nirS基因拷贝数都显著(P<0.05)高于根层土。同时,与对照比较施用氮肥可促进水稻增产44%。研究表明,短期定位试验中施用氮肥能够显著提高稻田土壤反硝化细菌的丰度,但对其群落结构没有明显影响。     

起垄和施肥对冷浸田土壤氧化还原状况的影响

通过起垄和施肥试验, 研究不同措施对冷浸田土壤氧化还原状况的影响, 以期为冷浸田改良提供数据参考。结果表明, 冷浸田土壤氧化还原电位介于 48.5~ 198.0 mV之间, 远低于正常稻田(450~700 mV)。起垄使0~5 cm土层氧化还原电位有升高趋势, 但使>5 cm土层土壤氧化还原电位降低。冷浸田还原性物质总量变化范围为5.7~15.6 cmol·kg^-1(起垄试验)和7.7~16.0 cmol·kg^-1(施肥试验), 起垄在短期内会提高土壤还原性物质总量, 增施钾肥、锌肥和硅肥会降低土壤还原性物质总量, 而磷肥用量对土壤还原性物质基本无影响。0~25 cm和25~50 cm土层土壤Fe2+含量平均为3 388.92 mg·kg^-1和3 356.39 mg·kg^-1; 起垄60 d后, 土壤Fe²⁺含量随着起垄高度增加而逐渐降低; 与不施肥(CK)、氮磷钾(NPK)处理相比, 施钾量增加20%(NPK₂)、增加硅肥(NPK+Si)和增加锌肥(NPK+Zn)可以大幅度降低土壤Fe²⁺含量; 0~25 cm土层土壤Fe²⁺含量高于25~50 cm土层。 起垄和施肥使冷浸田土壤Mn²⁺含量先降低后升高。     

cry1Ac/cpti转基因大米水稻土中微生物群落的多样性研究

Two types of cry1Ac/cpti transgenic rice(GM1 and GM2)and their parental non-cry1Ac/cpti rice(CK1 and CK2)were planted in the field at Wufeng,Fujian Province,China for four years to investigate the influence of genetically modified rice on diversity of bacterial and fungal community in the paddy soil.The community composition and abundance of bacteria or fungi in the paddy soil were assessed at different growth stages of rice by denaturing gradient gel electrophoresis and real-time polymerase chain reaction based on 16S rRNA gene or SSU rRNA gene in the 4th year after the experimental establishment.The composition of bacterial or fungal community changed during rice growth,while no significant differences were observed between the fields cultivated with GM1and CK1,or between the fields cultivated with GM2 and CK2 in either bacterial or fungal community composition.The copy numbers of bacterial 16S rRNA gene in the soils with CK1,CK2,GM1 and GM2 ranged from 5.64×1011to 6.89×1011copies g-1dry soil at rice growth stages,and those of fungal SSU rRNA gene from 5.24×108to 8.68×108copies g-1dry soil.There were no marked differences in the copies of bacterial 16S rRNA gene or fungal SSU rRNA gene between CK1 and GM1 or between CK2 and GM2at any growth stage of rice.Planting cry1Ac/cpti transgenic rice had no significant effect on composition and abundance of bacterial and fungal community in paddy soil during the rice growing season at least in the short term.     

Anammox bacterial abundance and biodiversity in greenhouse vegetable soil are influenced by high nitrate content

The anaerobic ammonium oxidizing(anammox) process has been found to play an important role in terrestrial ecosystems in recent years. However,the diversity and abundance of anammox bacteria in nitrogen(N)-rich agricultural soils under high fertilizer greenhouse conditions are still unclear. Two greenhouse fields with different N fertilizer input levels were chosen, and their soil profiles were studied with molecular technologies, including quantitative polymerase chain reaction assay, a clone library, and phylogenetic analysis based on hzsB(encoding anammox hydrazine synthase β-subunit) gene. Molecular analyses suggested that anammox bacteria were at their highest density at 10–20 cm soil depth, and that the anammox bacterial abundance was significantly lower at high N than at low N. Candidatus Brocadia was the sole anammox bacterial genus throughout the soil depth profiles. The highest diversity of anammox bacteria was found at 30–40 cm soil depth, and different phylotypic clusters of Candidatus Brocadia were associated with specific soil environmental factors, such as nitrates, soil depth, and total N. Correlation analyses and redundancy analyses confirmed that high nitrate content associated with high N fertilizer input had a significant negative influence on the abundance and biodiversity of anammox bacteria. These results imply that excessive use of N fertilizer would affect arid land soil N loss to the atmosphere by the anammox pathway.     

Soil purple phototrophic bacterial diversity under double cropping (rice‐wheat) with free‐air CO2 enrichment (FACE)

Soil purple phototrophic bacterial (PPB) communities and their responses to elevated atmospheric carbon dioxide (CO₂) concentration and nitrogen (N) fertilizer were investigated under a rotation of paddy rice (Oryza sativa L.) and winter wheat (Triticum aestivum L. cv. Yangmai 14) cultivation in a FACE (free‐air CO₂ enrichment) system. Community structures and abundances of PPB were determined by denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) and real‐time quantitative PCR respectively, targeting the pufM gene, which encodes a protein in the light reaction centre of PPB. Soil PPB communities were more diverse and larger under rice than under wheat cultivation, which may be attributed to the flooding of the paddy field and soil moisture changes. Elevated atmospheric CO₂ concentration significantly increased the abundance and biodiversity of PPB in soils under rice cultivation, while N fertilizer application rate had less effect on the abundance and diversity. Phylogenetic analysis showed that two common dominant DGGE bands belonged to Bradyrhizobium‐ and Rhodopseudomonas palustris‐like PPB in both rice and wheat soils. The results demonstrated a significant shift in soil PPB communities during the rice‐wheat rotation, and a strong positive response of PPB communities to an elevated atmospheric CO₂ concentration. Our results also indicated that a diverse and abundant soil PPB community could occur in upland crop fields as well as in aquatic environments and paddy‐rice fields. These findings extend our understanding of the ecological significance of PPB in terrestrial soil environments and their responses to future climate change.     

菌肥对青稞根际土壤理化性质以及微生物群落的影响

应用化学分析、聚合酶链反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术和DNA测序技术,研究了西藏棕色砂壤土中微生物肥料不同施用量和施用期对青稞根际土壤理化性质和细菌群落多样性的影响。结果表明,施用谷特菌肥能显著提高土壤全氮、全磷、全钾、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾的水平,如播前施用菌肥浓度750 ml hm-2的处理较不施用菌肥的处理上述指标分别提高13.32%、28.42%、16.20%、9.81%、21.36%、39.35%和30.48%,拔节期施用菌肥浓度2 250 ml hm-2的处理较不施用菌肥的处理分别提高7.25%、29.35%、18.04%、12.86%、15.90%、43.27%和53.99%。DGGE分析表明,相同施用方式中不同施用量土样中微生物的DGGE图谱相似。非加权组平均法(UPGMA)聚类分析将DGGE图谱分为2大类群。Shannon-Wiener指数表明,施用菌肥的土壤细菌多样性先增加后逐渐降低,播前以喷施谷特菌浓度750 ml hm-2时的细菌多样性最高;拔节期则以喷施谷特菌浓度2 250 ml hm-2处理的细菌多样性最高,且两种施用方式土壤养分的释放与Shannon指数的变化规律均为播前﹥拔节期。测序结果表明,不同施肥浓度土样微生物种群分布较为广泛,其中Actinobacteria纲细菌种类略多,少数菌种为未经培养菌种(Uncultured bacterium)。典型对应分析(CCA)表明,DGGE图谱条带分布与土壤理化性质密切相关,碱解氮、全磷和全氮是影响微生物群落的主要环境因子。研究结果表明,施用谷特菌肥可明显改善青稞根际土壤理化性状,提高土壤细菌多样性。     

Changes in proteolytic bacteria in paddy soils in response to organic management

Proteolytic bacterial communities, which mineralize organic nitrogen, play a key role in agricultural systems. In this study, alkaline metalloprotease (apr) gene fragments from proteolytic bacteria were investigated in bulk and rhizosphere paddy soil from four fields under organic management (for 2, 3, 5, and 9 years), and from one field under conventional management (for 2 years). We analyzed the abundance and structure of the proteolytic bacterial communities using real-time quantitative PCR and denaturing gradient gel electrophoresis. Our results showed that the abundance of proteolytic bacteria ranged from 1.57?×?10⁸ to 8.02?×?10⁸?copies/g of soil. In addition, the abundance of the proteolytic bacteria in the paddy soils under organic management was significantly higher than those in the paddy soil under conventional management. Moreover, the gene copy numbers in the rhizosphere soils were significantly higher than those in the bulk soils. The abundance of proteolytic bacteria tended to increase with the duration of organic management, with the highest abundance being found in the soil that had been under organic management for 5 years. However, the proteolytic bacteria communities in the paddy soils were not significantly affected by management practices. Phylogeny analysis showed that all gel bands obtained represented genes from Pseudomonas. Additionally, correlation analysis and canonical correspondence analysis showed that C/N, C, and N were important factors that influenced the abundance and community structure of the proteolytic bacteria. These results suggest that proteolytic bacteria are indicators in organic management systems, depolymerize organic N and hence maintain soil sustainability.

Abbreviations: CM: conventional management; OM: organic management; DGGE: denaturing gradient gel electrophoresis; qPCR: real-time quantitative PCR detecting system; COFCC: China organic food certification center; CCA: canonical correspondence analysis     

我国北方立体种养殖稻田氮素利用率研究

针对目前我国北方地区农业面源污染严重、氮肥利用率低的现象,选择北方典型稻区——天津市宝坻水稻种植区为研究区,以整个稻田生态系统为基本研究单元,建立氮素输入和输出模型,并以水稻普通种植模式(CK,水稻单作)为对照进行田间试验,研究水稻立体种养殖模式(RF,水稻-鱼-虾-蟹共作+田埂+沟渠)氮素的吸收利用率。结果表明,两种水稻种植模式氮素的输入主要来自灌溉、施肥和降雨,其中RF输入氮肥128.25 kg(N)·hm-2,与CK相比减少11.75 kg(N)·hm-2,与南方种植水稻地区相比,氮肥施用量减少14%~52%,RF从源头减少氮素输入,降低了营养元素流失风险。CK氮素的输出主要包括土壤固定、氨挥发、侧渗流失和水稻吸收,RF与CK相比,氮素的输出还包括鱼虾蟹的吸收,由于RF特殊的田埂-沟渠生态净化系统,通过侧渗损失的氮素(以NO3--N为主)较CK减少9.33 kg(N)·hm-2。试验期间,RF和CK氨累积挥发量分别为8.91kg(N)·hm-2和21.54 kg(N)·hm-2,RF氨挥发速率为6.9%,比CK低8.5%,比全国平均水平低10.3%;收获期,RF与CK相比,水稻产量增加6.65%,表明稻田养殖鱼虾蟹不会降低水稻产量。RF氮素利用率为64.3%,比CK高19.7%,既实现了水稻丰产,又减少了氮素流失。因此,在满足水稻灌溉需求的北方地区,可以开展水稻立体种养殖模式,以控制北方地区农业面源污染。