基于分子生态学网络分析松嫩退化草地土壤微生物群落对施氮的响应

【目的】氮素输入影响着全球草地生态系统的可持续性,关注施氮对土壤微生物群落的影响及其分子生态网络,为草地退化修复提供理论依据。【方法】以松嫩退化羊草草地为研究对象,通过施氮和未施氮处理,利用高通量测序和随机矩阵网络构建理论构建土壤微生物群落分子生态网络。探讨氮素管理对退化羊草草地土壤微生物群落结构及网络的影响,氮添加条件下微生物网络结构中的关键微生物变化规律,以及该过程中微生物之间的互作关系,解析外源氮素添加条件下土壤细菌动态变化的关键结点和规律。【结果】在门分类水平上施氮处理草地有细菌门22个,未施氮处理23个。7个菌门是施氮和未施氮处理草地的优势菌门,其中变形菌门(Proteobacteria)是含有OTU数量最多的门类,约占总序列的30.46%,酸杆菌门(Acidobacteria)是含有OTU数量次之的门类,约占总序列的30.15%,芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)是含有OTU数量第3的门类,约占总序列的8.14%,放线菌(Actinomycete)约占总序列的6.15%,绿弯菌门(Chloroflexi)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和硝化螺旋菌门(Nitrospirae)三者约占总序列的17.16%。施氮处理草地土壤微生物中的变形菌门、放线菌门、拟杆菌门的相对丰度均显著高于未施氮处理草地土壤(P0.01);未施氮草地土壤中绿弯菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门相对丰度显著高于施氮草地土壤(P0.01),其他各门细菌施氮与未施氮处理间未呈现出显著差异。表征网络的正向连接比、平均路径长度、平均聚类系数和模块性均为施氮处理显著低于未施氮处理(P0.001)。在土壤的分子生态网络中,未施氮处理有16个模块枢纽(Zi2.5,Pi≤0.62),施氮处理有6个模块枢纽,均属于酸杆菌门、芽单胞菌门和放线菌门。施氮导致土壤微生物种间关系改变,进而改变土壤整体生态网络。【结论】施氮降低了退化草地土壤网络结构的复杂程度和紧密性;降低了退化草地土壤中的酸杆菌门和绿弯菌门相对丰度,提高了变形菌门、放线菌门和芽单胞菌门相对丰度。土壤中微生物关键物种(OTU)由16个(未施氮)减少为6个,且二者土壤中均没有重叠OTU,这表明施氮调控微生物群落网络的关键物种,进而改变其分子生态网络结构。     

人工草地土壤有机碳组分与微生物群落对施氮补水的响应

【目的】人工草地建设是缓解天然草地放牧压力、促进退化草地恢复的有效方式。开展施氮和补水对呼伦贝尔人工草地土壤有机碳(SOC)组成、土壤微生物群落数量和活性变化的研究,以深入认识不同管理方式对人工草地土壤碳截存及其稳定性的影响及调控机制。【方法】在3种人工草地种植模式(紫花苜蓿单播、无芒雀麦单播及苜蓿-无芒雀麦混播)下构建施氮(0、150 kg N·hm^-2·a^-1)和补水(0、60 mm)双因素试验,采集各处理土壤样品,使用SOC物理分组、磷脂脂肪酸(PLFA)分析以及土壤酶活性测定,分析不同水氮处理对SOC组分以及土壤微生物数量、组成和活性的影响,揭示土壤微生物群落组成或活性与SOC组分的耦联关系。【结果】3年的施氮和补水处理显著影响不同土壤有机碳组分的含量。施氮处理整体上增加了苜蓿单播和苜蓿-无芒雀麦混播草地土壤的颗粒态有机碳(POC)含量,但是降低了矿物结合态有机碳(MAOC)的含量,而旱季补水则显著提高了无芒雀麦单播草地土壤粗颗粒态有机碳的含量。施氮和补水对土壤微生物群落数量和组成没有产生显著影响,但是显著影响了4种土壤酶的活性。单施...     

草地土壤微生物及酶活性对氮沉降的响应研究进展

区域性的氮沉降增加近年来受到广泛关注,有研究预测在未来的几十年内陆地表面的活性氮沉降量会不断增加。 草地作为陆地生态系统分布最广的植被,更易受氮沉降增加的干扰。土壤微生物能够影响土壤生态系统的结构、功能及过程,是维持土壤生产力的重要组分。因此,本文综述了氮沉降增加对草地土壤微生物及细胞外酶活性的影响研究进展,并对未来研究进行展望,以期为未来相关研究提供一些参考。     

施氮水平对塿土微生物群落和酶活性的影响

 【目的】研究不同施氮量对土壤微生物群落功能多样性和酶活性的影响。【方法】通过野外大田定位试验,于2009年7月15至2009年9月30采用微生物自动分析系统BIOLOG微平板分析法,对不同施氮水平下土壤微生物群落功能多样性,及水解酶活性的动态变化进行了研究。研究涉及N0（0 kg·hm-2）、N1（60 kg·hm-2）、N2（120 kg·hm-2）和N3（180 kg·hm-2）4个施氮水平。【结果】低氮（N1）、中氮（N2）和高氮（N3）处理的微生物群落碳源利用率（AWCD）、微生物群落Shannon指数（H）和微生物群落丰富度指数（S）均高于零氮（N0）处理,其中N2处理最高。主成分分析表明,不同施氮水平土壤微生物功能多样性差异明显,起分异作用的主要碳源是糖类和氨基酸类。土壤蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性均以N2处理最高,分别为24.85 mg glucose·g-1·(24 h)-1、1.04 mg NH3-N·g-1·(24 h)-1 和2.40 mg hydroxybenzene·g-1·(24 h)-1。【结论】氮肥的施用可以提高土壤微生物群落碳源利用率、微生物群落的丰富度和功能多样性。低量和中量氮肥能够提高蔗糖酶和脲酶活性,而中量和高量氮肥可以增加碱性磷酸酶活性。     

施氮对油松林土壤可溶性糖及微生物量的影响

【目的】研究施氮对油松林土壤有机碳,全氮,可溶性糖及微生物生物量碳、氮含量的影响,为了解油松林土壤有机质的内在转化过程提供理论依据。【方法】2015-2017年,在山西省太岳山自然保护区进行氮肥试验,于每年5月向油松林地表施用硝酸铵(NH_4NO_3),使样地的施氮水平分别为0(对照),5,10,20,40 g/(m~2·年),依次简称N_0、N_5、N_(10)、N_(20)、N_(40),测定不同处理表层(0～10 cm)和底层(10～20 cm)土壤有机碳,全氮,可溶性糖,微生物生物量碳、氮含量,微生物活性以及代谢熵,并分析了油松林土壤可溶性糖与有机碳,全氮以及微生物生物量碳、氮含量,微生物活性以及代谢熵的相关性。【结果】表层(0～10 cm)土壤中,与对照(N_0)相比,N_5、N_(10)处理对土壤有机质含量均无显著影响,而N_(20)、N_(40)处理显著降低了土壤有机质含量;底层(10～20 cm)土壤中,各施氮处理土壤有机质含量无显著变化。表层(0～10 cm)土壤中,与对照(N_0)相比,N_5、N_(10)、N_(20)、N_(40)处理表层土壤可溶性糖含量分别上升了81.67%,100.13%,127.73%,171.21%,土壤可溶性糖含量随着施氮量的增加而增大(P0.05);底层(10～20 cm)土壤中,只有N_(40)处理土壤可溶性糖含量与对照有显著差异,其余处理与对照均无显著差异。表层(0～10 cm)土壤中,与对照(N_0)相比,N_5、N_(10)处理对土壤微生物生物量碳、氮含量无显著影响,而N_(20)、N_(40)处理会显著降低土壤微生物生物量碳、氮含量;底层(10～20 cm)土壤中,各施氮处理土壤微生物生物量碳、氮含量与对照相比均无显著变化。表层(0～10 cm)土壤中,与对照(N_0)相比,N_5、N_(10)处理土壤微生物活性、代谢熵无显著变化,而N_(20)、N_(40)处理土壤微生物活性、代谢熵则显著上升;底层(10～20 cm)土壤中,各施氮处理与对照的土壤微生物活性、代谢熵差异均不显著。相关性分析表明,土壤可溶性糖含量与土壤有机碳,全氮,微生物生物量碳、氮含量以及微生物活性,代谢熵都呈正相关关系。【结论】施氮能显著提高太岳山油松林表层土壤可溶性糖含量。低氮处理对表层土壤微生物活性及微生物生物量碳、氮含量无显著影响,高氮处理能显著提高土壤微生物活性,显著减少土壤微生物生物量碳、氮含量。     

施氮量对丘北辣椒土壤微生物数量的影响*

 采用微生物培养法研究4种施氮量水平对云南省丘北辣椒旺盛生长期、开花坐果期和盛果期土壤微生物数量的影响,对不同类群微生物数量进行相关分析,结果表明：60kg/hm2施氮量的处理丘北辣椒土壤微生物增加的数量最多。施氮肥增加丘北辣椒旺盛生长期土壤细菌、放线菌、真菌、钾细菌和有机磷细菌,开花坐果期土壤纤维分解菌和有机磷细菌,3个生育期土壤自生固氮菌的数量。施氮肥增强丘北辣椒土壤不同生理类群微生物间的相关性,其中,自生固氮菌和纤维分解菌呈极显著正相关(P＜0.01),自生固氮菌和纤维分解菌均与钾细菌呈极显著负相关(P＜0.01),有机磷细菌与其它生理类群微生物呈极显著正或负相关(P＜0.01)。     

伊犁绢蒿荒漠退化草地土壤微生物和酶活性的研究

[目的]确定北疆退化草地中起重要作用的土壤微生物.[方法]以北疆伊犁绢蒿荒漠退化草地土壤为研究对象,对土壤微生物和酶活性进行分析.[结果]退化草地土壤微生物的组成中,细菌数量最多,占绝对优势,放线菌次之,真菌最少.在10～20 cm土层,草地退化梯度间,细菌、放线菌、微生物总数差异显著,真菌在重度退化与极度退化下差异显著.在0～10 cm土层,极度退化草地土壤碱性磷酸酶、脱氢酶、转化酶的活性均比中度、重度退化草地土壤酶的活性有显著提高.过氧化氢酶活性重度退化草地显著小于极度退化草地.脲酶活性仅在10～20 cm土层各退化梯度间差异显著.在10～20 cm、20～30 cm土层,过氧化氢酶、脱氢酶活性随着草地退化程度的加剧而升高,脲酶、转化酶的活性变化与之相反.[结论]在监测退化草地土壤质量演变时,敏感的土壤生物指标有:细菌、放线菌的数量,碱性磷酸酶、脱氢酶、转化酶活性.     

土壤氮循环微生物过程的分子生态学研究进展

固氮作用、硝化作用和反硝化作用是土壤微生物参与氮素循环的三个重要方面。自分子生态学方法应用于土壤学后,土壤微生物作用于氮素循环过程的机理研究取得了若干重要进展。包括:1)利用固氮菌的nifH基因作为分子标记研究有机质、氮素与固氮微生物之间的关系,发现固氮微生物的丰度和群落结构与土壤有机质含量呈正相关。然而,固氮微生物的丰度和群落结构与土壤速效N含量呈负相关,施用氮肥会抑制固氮微生物的生长,施氮土壤固氮微生物数量减少,多样性降低。2)以氨氧化微生物功能基因为探针,揭示了土壤pH与氨氧化微生物分布关系密切,碱性土壤中氨氧化细菌是硝化作用主要参与者,而酸性土壤中氨氧化古菌是硝化作用的主导者。土壤中N素的含量也影响氨氧化微生物的数量和群落结构,施入氮肥后氨氧化微生物的数量和活性增加。3)利用反硝化功能基因为分子标记研究土壤因子对反硝化细菌群落的影响,阐明了土壤可溶性有机碳、pH和土壤水分是影响反硝化细菌数量和群落结构的重要因子,并且发现土壤反硝化细菌与土壤反硝化能力和氧化亚氮释放之间存在着一定的联系,但这种联系在不同研究对象中存在差异,需要进一步确认。目前,利用分子生物学技术解析土壤氮素循环微生物生态功能取得了重要的进展,但还需进一步深入。今后,将采用包括同位素在内的示踪技术与分子生物学方法相结合共同分析氮循环不同代谢过程微生物种群间的相互关系以及氧化亚氮产生与硝化和反硝化微生物之间的关系。     

施氮对阔叶红松林土壤微生物多样性和群落结构的影响

在黑龙江省伊春市五营区丰林国家自然保护区和丽林实验林场的阔叶红松林地,选取长期固定研究样地,施加氮肥(为硝酸铵)设置4个施氮梯度,分别为对照(不施氮)、低氮(2.5 g·m^-2·a^-1)、中氮(5.0 g·m^-2·a^-1)、高氮(7.5 g·m^-2·a^-1),每个处理3个重复,共12个20 m×20 m试验区,试验区之间保留10 m宽缓冲带。从2011年5月份开始,硝酸铵作为添加氮,在当地森林的每个生长季节(5—9月份)均匀添加5次。施加到每个地块的硝酸铵溶解在32 L纯水中,使用背负式喷雾器将硝酸铵溶液均匀地喷洒在每个地块的森林地面上,为了保持处理的一致性,对照样地处理用等量32 L纯水喷洒。2021年7月份,在12块样地内各随机设置5个采样点,用土钻在0～10 cm土层采集土样,测定土壤含水率、pH、有效氮质量分数、有效磷质量分数、有效钾质量分数、全碳质量分数、全氮质量分数、全磷质量分数、微生物量碳质量分数、微生物量氮质量分数、微生物磷质量分数、微生物...     

土壤微生物生态学研究进展

介绍了土壤微生物生态学研究的主要内容及其进展情况,旨在为相关研究提供依据。     

围栏封育对退化草场栗钙土中硫形态及微生物量的影响

研究了退化草场围栏封育7～10年对栗钙土中硫形态及对微生物量碳、氮、磷、硫的影响。结果表明,围栏封育使土壤中有机碳、全氮、全磷和各形态硫含量均显著提高。但有机硫和无机硫占全硫的比例变化不大。栗钙土中,有机硫占全硫的93.5%,C-S 是最大的有机硫库,约为有机硫的77.3%。硫含量的增加以有机态为主,有机硫的增加占全硫增加的96.7%,其中 C-S 的增加占全硫增加的56.7%。围栏使微生物量碳、氮、磷、硫均显著增加,加速了营养元素的转化,提高了土壤供应养分的能力。围栏内外有机硫与有机碳、全氮之间的关系是不一致的。     

人工草地植被重建对退化红壤化学性质和酶活性的影响

选用常用的栽培牧草截叶胡枝子和宽叶雀稗在退化红壤进行草地植被重建,研究人工草地植被重建对退化红壤化学性质和酶活性的影响。结果表明,通过种草及管理措施,人工草地植被重建显著影响红壤质量。重建后的人工草地土壤pH值升高,土壤有机质、全N、全P和速效养分含量增加,土壤中过氧化氢酶、酸性磷酸酶、脲酶活性提高,而对全钾和多酚氧化酶没有规律性影响。草地植被重建对土壤养分和土壤酶活性的增加表现为对上层土壤的影响大于下层土壤,这种影响增加了红壤丘陵草地土壤肥力的垂直分异。     

不同施氮量对茶园土壤氮淋失的影响

为研究不同施氮量对茶园土壤氮淋失的影响,改良茶园土壤品质,采用室内土柱淋滤试验,研究不同施氮量对强酸性茶园土壤淋溶液pH、NH+4-N和NO-3-N淋溶量的影响。氮肥采用尿素,氮肥用量分别为N0(0kg·hm-2)、N1(150kg·hm-2)、N2(300kg·hm-2)、N3(450kg·hm-2)、N4(600kg·hm-2)。结果表明:施用氮肥降低了土壤pH和土壤淋溶液pH,降低幅度分别为0.08~0.32和0.35~0.81个单位,促进茶园土壤酸化;NH+4-N和NO-3-N的淋溶量均随施氮量的增加而提高;无机氮的淋失率为47.66%~71.31%,淋失量(Y)与施氮量(X)之间的线性回归方程为Y=0.708 X+145.27(R2=0.98);在整个淋洗过程中,NH+4-N和NO-3-N淋溶主要发生在前5次,且主要以NO-3-N的形式淋失,淋失比例为73.50%~89.21%。     

退化草原土壤健康的微生物学量化评价

在内蒙古锡林河流域的中温型典型草原区,以围栏保护23年的羊草草原原生群落为土壤健康的控制参比样点,分析了不同退化程度下土壤的微生物生物量和呼吸作用强度等主要生物学指标,包括微生物生物量-C（Cbio）、基础呼吸量-C（CBR）、潜在呼吸量-C（CPR）、可浸提有机碳（Cext）等4个量化指标;以及代谢商（qCO2）、潜在呼吸商（CPR/Cbio）、矿化商（Cext/Cbio）、呼吸活化商（cbr/cpr）南及腐殖化效率（Cext/CBR）等5个衍生系数作为土壤微生物生态生理状况的敏感性评价参数。结果表明,在放牧退化草原区,控制参比样点（Y2和Y1）表现出最高的Cbio,中等的矿化活性和低的呼吸商,显示具有良好的土壤生物学质量;轻度放牧样点（Y3）显示略低的Cbio,较高的活性和略低矿化活性;中度放牧区样点（Y4）的Cbio和腐殖化效率较低,代谢商较高,显示胁迫有所增强。重度放牧样点（Y5）的Cbio最低,矿化活性最高,呼吸商最高,显示处于明显的人为扰动或环境胁迫效应下。因此,土壤微生物生物量水平相关的参数可以作为评价土壤健康的微生物学量化指标,有潜力成为土壤生态系统预警和环境胁迫的监测指标。     

氮肥对羊草重度退化草地植物群落的影响

对呼伦贝尔草甸草原羊草群落重度退化草地进行施肥改良研究。结果表明,不同施肥处理均可以提高群落盖度、密度、高度和现存量,其中,施氮量为15 kg/hm2对改善羊草群落盖度、密度方面效果最好;施氮量为105 kg/hm2在改善草群高度方面作用明显。在群落现存量上,不同处理在施肥当年其群落现存量显著高于对照,且群落现存量随着施肥量增加而增加,以150 kg/hm2的施肥量效果最为显著;不同施肥量对建群种羊草种群相对生物量均有显著效应,105 kg/hm2在改善羊草种群相对生物量方面作用明显;利用Margarlef丰富度指数分析表明,施肥显著减少了物种数。由此可知,施肥可以促进羊草复壮与自我繁殖,使其个体数量增加、盖度提高,群落物种逐渐减少,使优势种变得更加突出。     

退化草原恢复中草原植物群落特征的变化

【目的】分析实施禁牧和草畜平衡后的退化草原植被群落特征,研究退化草原生态环境恢复情况,为乌鲁木齐市退化草地的恢复重建提供科学指导。【方法】选取乌鲁木齐市实施禁牧和草畜平衡的天然草地为对象,对不同恢复年限禁牧区和草畜平衡区的植被长势变化及植物群落平均高度、盖度和地上生物量等进行实地调查和分析,研究退化草地在恢复过程中植物群落特征的变化。【结果】(1)实施草原补奖政策后,恢复5 a后较恢复1 a,恢复8 a较恢复5 a草原植物长势明显变好。(2)禁牧区不同草地类型的植被盖度、高度和生物量随恢复时间的延长呈上升趋势,草畜平衡区不同草地类呈现先升高后降低的趋势,在恢复8 a时出现下降趋势,这可能与2018年乌鲁木齐市降雨量较低有关。【结论】通过实施禁牧和草畜平衡,乌鲁木齐市草地退化的现象得到了一定程度的遏制和改善,在政策实施8 a后草地植被恢复较好,但不同草地类型的变化有所差异,需继续加强草地资源监测。     

重建森林对退化红壤微生物特性的影响

以地处赣中吉泰盆地的泰和县严重退化红壤区为研究对象,对1991年采取8种模式重建森林的土壤微生物特性研究表明,采取不同模式重建森林的土壤微生物总数、生物量及层次分布有明显差异,利用最优综合评价模型的综合评价,各重建模式样地微生物特性的优劣次序为:54号>66号>78号>83号>15号>42号>13号>5号.木荷纯林模式的微生物特性最好,其次是枫香马尾松株间混交模式、枫香纯林模式、枫香湿地松行间混交模式、桉树纯林模式,3种针叶纯林模式的微生物特性都较差.     

施氮对间作条件下玉米、马铃薯根际微生物群落功能多样性的影响

通过田间试验,采用平板培养法和BIOLOG技术研究了不同施氮水平N0 (0 kg·hm^-2) ,N1 (125 kg·hm^-2) ,N2 (250 kg·hm^-2) 和N3 (375 kg·hm^-2) 对玉米/马铃薯间作作物根际微生物群落及代谢功能多样性的影响。结果表明,间作条件下,施氮 (N1、N2、N3) 处理显著提高了玉米、马铃薯根际细菌、放线菌数量及微生物总量,在N2 处理微生物数量最高,却显著降低了真菌的数量。与N0处理相比,施氮均显著提高了间作条件下玉米、马铃薯根际微生物群落碳源利用率、丰富度和功能多样性,N3 处理的玉米根际微生物群落的碳源利用率 (AWCD) 、Shannon-Wiener (H) 、Simpson 指数 (D) 、均匀度指数 (E) 及碳源利用丰富度指数 (S) 最高,而马铃薯在N2 处理时最高,但对6 类碳源的利用存在一定的差异。聚类和主成分分析表明,间作玉米、间作马铃薯各施氮处理土壤微生物在碳源利用上出现较大差异,土壤微生物群落代谢特征发生改变。表明适量施氮对调控间作作物根际土壤微生物群落结构和提高其功能多样性均具有积极作用。     

氮肥配施秸秆和厩肥对土壤易矿化氮和微生物态氮的影响

[目的]通过田间试验研究氮肥配施秸秆和厩肥对冬小麦季土壤易矿化态氮和微生物态氮的影响。[方法]试验设7个处理：不施秸秆、氮肥和厩肥;单施氮肥;麦秸＋氮肥;麦秸加倍＋氮肥;麦秸＋氮肥＋厩肥;玉米秸秆＋麦秸＋氮肥;玉米秸秆＋麦秸＋氮肥＋厩肥,以此来研究氮肥配施秸秆和厩肥对冬小麦季土壤易矿化态氮和微生物态氮的影响。[结果]在氮肥配施秸秆和厩肥下,冬小麦季土壤易矿化态氮和土壤微生物态氮数量均以冬前数量为最高,追施氮肥配施秸秆与厩肥对土壤易矿化态氮和土壤微生物态氮数量虽有增加,但增加幅度不大。[结论]通过氮肥配施秸秆和厩肥能够增加冬前土壤矿化态氮和微生物态氮的含量,对补充冬小麦返青后土壤无机态氮的不足,提高氮肥利用率具有重要意义。