牛粪堆肥中反硝化细菌与理化参数的关系

以nos Z基因为标记,应用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳法(PCR-DGGE)对牛粪堆肥过程中反硝化细菌群落结构进行研究,通过冗余分析(Redundancy analysis,RDA)法,分析反硝化细菌群落结构变化与堆肥过程中理化参数(堆体温度、pH、含水率、氨态氮和硝态氮)之间的关系。结果表明,反硝化细菌群落的Shannon-Weaver指数在堆肥0~4 d升高,在7~29 d减小。对优势条带进行测序发现Alcaligenes存在于整个堆肥过程中,判定其为此过程中优势菌属。反硝化细菌群落结构在堆肥前期(0~4 d)变化较小,而在降温腐熟期(23~29 d)变化剧烈。皮尔逊相关系数分析表明,反硝化细菌群落多样性与含水率呈极显著正相关关系(r=0.960,P0.01),与温度呈显著正相关关系(r=0.766,P0.05)。     

土壤nirS、nosZ型反硝化菌群落结构及多样性对牛场肥水灌溉水平的响应

以河北徐水县长期定位牛场肥水灌溉试验田为研究对象,采用末端限制性片段多态性分析(T-RFLP)和克隆文库相结合的方法,研究了不同施肥条件下0～20、20～40 cm土层中土壤nirS、nosZ型反硝化细菌群落结构特征变化。结果表明:nirS型反硝化细菌群落结构在0～20、20～40 cm土层中存在垂直分布差异,且0～20 cm土层中nirS群落结构对施肥种类、肥水浓度及灌溉次数不敏感,而20～40 cm土层中nirS群落结构对施肥条件敏感性提高;施肥处理和土层均对nosZ型反硝化细菌的群落结构产生显著影响。nirS、nosZ基因的多样性指数研究显示,施肥条件下nirS基因多样性指数未发生显著变化,但nosZ基因多样性指数有明显不同。相同施氮量(约300 kg·hm~(-2))的处理下,高浓度肥水灌溉(T5)相比常规施肥处理(CF)能更好地促进两土层中nosZ基因多样性发展。本研究还发现0～20 cm土层中的nirS、nosZ基因多样性指数均低于20～40 cm土层。本研究土壤中nirS型反硝化细菌主要与β-变形菌纲的固氮弧菌属(Azoarcus)、贪铜菌属(Cupriavidus)、红长命菌属(Rubrivivax)和γ-变形菌纲的假单胞菌属(Pseudomonas)和Rhodanobacter菌属具有较近的亲缘关系,少部分nirS型反硝化菌属于未知菌。土壤中nosZ型反硝化细菌主要与α-变形菌纲的根瘤菌属(Rhizobium)、β-变形菌纲的伯克氏菌属(Burkholderiales)和产碱杆菌属(Alcaligenes)、γ-变形菌纲的假单胞菌属(Pseudomonas)有较近的亲缘关系,少部分nosZ型反硝化菌属于未知菌。     

稻虾共作对稻田土壤反硝化细菌nosZ基因 数量、多样性及群落结构的影响

对稻虾共作模式下水稻土壤反硝化细菌群落进行研究,以期揭示稻虾复合种养模式下土壤反硝化细菌丰度、群落多样性及组成,为科学研究稻虾共作模式的土壤微生物多样性,维持土壤地力提供理论依据。依托长江大学农学院基地设置常规中稻种植模式(MR)、稻虾共作模式(CR)等2种模式,利用荧光定量PCR和高通量测序平台比较2种模式下水稻土壤反硝化细菌nosZ基因的数量、群落多样性及群落组成。结果表明,稻虾共作显著提高水稻土壤硝态氮、全碳、全氮含量,对碱解氮含量、pH值、碳氮比及铵态氮含量无显著影响。nosZ基因在MR、CR处理中的基因丰度分别为1 g干土1.51×10~6、2.23×10~6拷贝数,CR处理中nosZ基因丰度是MR的1.48倍。CR处理显著提高了土壤nosZ基因的丰度。通过对α群落多样性指数进行方差分析可知,CR处理与MR处理间微生物群落多样性差异不显著。经韦恩(Venn)分析,在目和科水平上,MR处理与CR处理的微生物群落组成显示出较高的相似度,在属与种水平上,2个处理下的土壤微生物群落结构存在差异性,CR处理下的土壤缺失沼泽红假单胞菌。经冗余分析,土壤总碳(TC)含量对nosZ基因群落结构的影响最为显著,其次是pH值、碱解氮含量、硝态氮含量与铵态氮含量。综合分析,稻虾共作可显著提高水稻土壤nosZ基因丰度,稻虾轮作对群落多样性的影响较小,其在种水平上缺失了沼泽红假单胞菌。常规中稻种植模式与稻虾共作模式下的土壤微生物群落结构虽保有一定的相似度,但仍存在差异,土壤总碳含量是影响群落结构差异的主要原因。     

长期氮磷不同施用量对土壤细菌、硝化与反硝化微生物数量的影响

为研究长期施用氮、磷肥对土壤微生物的影响,利用荧光定量PCR方法,比较6种不同氮磷施用量处理下土壤细菌、硝化与反硝化微生物的数量差异。结果表明:1)与不施肥相比,施氮磷肥显著提高了细菌16SrRNA基因、氨氧化古菌和细菌amoA基因和反硝化细菌nirK和nosZ基因拷贝数;2)与不施肥相比,低水平(T1)到高水平(T5)氮磷肥显著提高了细菌和氨氧化古菌数量,中低水平(T2)到高水平(T5)氮磷肥显著提高了氨氧化细菌数量,中、高水平(T3-T5)氮磷肥显著提高了nirK和nosZ型反硝化细菌数量,但施氮磷肥对nirS型反硝化细菌数量影响不显著;3)各处理中,氨氧化古菌amoA基因拷贝数显著高于氨氧化细菌amoA基因,反硝化细菌nosZ基因拷贝数显著高于nirK和nirS基因,nirK基因拷贝数显著高于nirS基因;4)细菌、氨氧化古菌和细菌及nirK和nosZ型反硝化微细菌数量与土壤pH呈显著负相关关系,与其他土壤理化性质均呈显著正相关关系。此外,硝态氮含量与氨氧化古菌和细菌数量显著相关,但与反硝化细菌数量无显著相关关系。综上所述,长期施用氮磷肥显著提高了土壤细菌、氨氧化古菌和细菌及nirK和nosZ型反硝化细菌的数量,且这些微生物的数量变化对氮磷肥施用水平的响应存在差异。     

鸡粪锯末好氧堆肥过程中主要指标及反硝化细菌动态变化

以鸡粪、锯末为原料进行高温好氧堆肥试验,研究不同初始含水率及堆肥方式下主要指标及反硝化细菌群落的动态变化规律,以期为控制堆肥过程中的氮素损失、提高堆肥肥效及保护农业生态环境提供理论依据。结果表明:1)反硝化细菌并非存在于整个堆肥过程且群落结构及物种组成变化性较大,而铵态氮是导致反硝化细菌群落结构变化的关键因素。2)在堆肥结束时T1~T5硝态氮浓度为0.24、0.28、0.29、0.27、0.25g/kg(即T3T2T4T5T1),而反硝化细菌群落的物种丰富度与稳定性分别是T1T5T2T4T3,反硝化作用决定堆肥过程中硝态氮的最终含量,初始含水率的降低有利于反硝化细菌群落物种丰富度与稳定性的提高。3)从农业生产的角度来说,T3处理(初始含水率70%,通风加搅拌)硝化细菌群落物种较丰富稳定性较高,反硝化作用较弱且硝态氮含量最高,T3处理用于农业生产较理想。     

牛粪稻秸新型静态堆肥中真菌群落组成的动态特征

为克服传统静态堆肥的缺点,本研究设计了一种新型堆肥装置并进行了牛粪和秸秆静态堆肥试验。利用高通量测序技术研究堆肥中真菌群落组成的动态变化,并探讨真菌群落组成与理化指标以及种子发芽指数(GI)之间的相关关系。通过对堆肥过程中温度、p H、碳氮比(C/N)和种子发芽指数等指标进行分析判断,堆肥进行第17 d后达到腐熟。高通量测序结果显示,真菌群落结构在堆肥的不同时期发生了显著变化,堆肥初始期和升温期节担菌属(Wallemia)和毛孢子属(Trichosporon)占优势,高温期时嗜热链球菌属(Mycothermus)成为优势类群,鬼伞属(Coprinus)和未分类的子囊菌门(Unclassified Ascomycota)在腐熟期时相对丰度较大。Spearman相关性分析表明,节担菌属(Wallemia)、散孢霉属(Scedosporium)和毛孢子属(Trichosporon)与含水率、全碳、碳氮比和铵态氮之间呈显著正相关,与全氮、硝态氮和种子发芽指数呈显著负相关;相反,鬼伞属(Coprinus)和毁丝霉属(Myceliophthora)与全氮、硝态氮和种子发芽指数呈显著正相关,与含水率、全碳、碳氮比和铵态氮呈显著负相关;嗜热链球菌属(Mycothermus)和拟鬼伞属(Coprinopsis)与温度呈极显著正相关。本研究对堆肥微生物群落的深化理解及完善堆肥工艺具有一定的理论和实践意义。     

三裂叶蟛蜞菊对土壤养分及微生物的影响

比较三裂叶蟛蜞菊(Wedelia trilobata)群落内土壤与群落外土壤的全氮、全磷、p H及自生固氮菌、硝化细菌和反硝化细菌情况。结果表明,相对于群落外土壤,群落内土壤全氮、全磷、自生固氮菌和硝化细菌数量显著降低,但土壤p H和反硝化细菌数量显著升高;土壤全氮、全磷均与土壤自生固氮菌、硝化细菌数量呈显著正相关,与土壤反硝化细菌数量和p H呈显著负相关;土壤p H与土壤自生固氮菌、硝化细菌数量呈显著负相关,与土壤反硝化细菌数量呈显著正相关。三裂叶蟛蜞菊入侵引起土壤功能微生物群落和土壤p H发生变化,直接或间接地降低了土壤全氮和全磷,使土壤质量下降。     

耐高温纤维素降解菌对高温处理的动物尸体堆肥过程中氮素损失的影响

为探究纤维素降解菌在堆肥腐熟中的应用效果，试验将高温处理后的畜禽尸体与秸秆混匀后，分为不添加菌剂的对照组和添加1%的耐高温纤维菌（Parageobacillus thermoglucosidasius）的菌剂组，采用好氧静态通风的方式堆肥28 d，测定堆肥过程中的理化参数（温度、pH、含水率、铵态氮、硝态氮、亚硝态氮、总碳和总氮）和氮素转化功能基因拷贝数的变化等氮素损失相关的指标。结果显示，菌剂组的铵态氮含量和亚硝态氮含量均显著高于对照组，但最终总氮含量菌剂组低于对照组。堆肥前期对照组的nirK拷贝数显著高于菌剂组，且与NH4+含量显著正相关；菌剂组的nirS拷贝数极显著高于对照组，且与NO3-含量极显著正相关。堆肥中期，对照组的narG拷贝数极显著高于菌剂组，且与NH4+含量相关性接近显著水平（P=0.064）；堆肥后期，对照组的nosZ拷贝数极显著高于菌剂组。以上结果表明，耐高温纤维素降解菌主要通过氨氧化作用和反硝化作用在堆肥的前期来改变堆体的氮素循环，但也会促进反硝化作用导致氮素损失的增加。     

高寒草甸对植物多样性短期丧失的响应

采用人工剔除高寒草甸不同植物功能群模拟植物多样性丧失,添加氮肥模拟氮沉降,研究不同植物功能群丧失和氮沉降对高寒草甸植物和土壤群落结构和功能的影响.结果表明:随着植物多样性的丧失,植物生物量、物种丰富度及植被盖度都显著降低(P0.05),土壤线虫数量也随之大幅减少,细菌多样性有明显差别.其中土壤线虫数量与植物生物量呈显著正相关(P0.05),与土壤硝态氮和土壤有机碳呈显著负相关(P0.05).土壤氨态氮与植物生物量、物种丰富度及植被盖度呈显著正相关(P0.05).     

好氧堆肥中amoA硝化细菌群落动态变化

为减少堆肥氮素损失,优化堆肥工艺,以牛粪和玉米秸秆为材料进行高温好氧堆肥,采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)和产物序列分析法,研究了堆肥不同阶段amoA硝化细菌群落结构组成和多样性的动态变化及与堆肥理化因子的相关性。结果表明:经高温期amoA硝化细菌类群发生明显演替,降温期检测到前期不存在的硝化类群,属于β-变形菌纲(β-Proteobacteria)中的亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)。堆肥过程始终存在的优势菌群属于β-变形菌(β-Proteobacteria)中的亚硝化螺菌属(Nitrosospira)和不可培养细菌(Uncultured bacteria)。堆肥不同时期amoA硝化细菌多样性指数发生变化,升温至高温期减小,降温期增大,腐熟期减小。冗余分析(RDA)结果表明,铵态氮含量和温度与amoA硝化细菌群落结构组成显著相关(P0.05),是影响其动态变化的关键理化因子。     

外源菌剂对茄子秸秆原位堆肥微生物群落结构影响及其相关性分析

为明确添加外源微生物菌剂对设施蔬菜秸秆参与原位堆肥的影响，以茄子秸秆为堆肥原料，通过设置添加A微生物菌剂300 kg·hm^-2（a1），不添加微生物菌剂（ct），添加B微生物菌剂300（b1）、600（b2）、900 kg·hm^-2（b3）5组处理，进行30 d蔬菜大棚原位堆肥试验，测定堆肥理化指标，并通过16S rDNA高通量测序技术分析堆肥过程细菌群落结构。结果表明：添加微生物菌剂能够提高堆肥温度峰值，提高堆肥期间pH下降和电导率上升的速率，显著提高全磷含量（P<0.05），加快堆肥腐熟。堆肥后全氮含量比堆肥前提高，a1、ct、b1、b2处理的全氮含量分别上升了10.8%、11.6%、33.0%、18.5%，b3处理堆肥前后全氮含量无变化。堆肥结束时，处理a1、ct、b1、b2和b3的全磷含量分别为2.0%、2.0%、2.1%、2.2%和2.1%，b2处理显著高于其他处理（P<0.05）。添加微生物菌剂没有改变堆肥土壤优势菌群的门类，但显著改变了优质菌群的相对丰度，以及优势菌属的种类和相对丰度（P<0.05）。冗余分析结果表明全氮含量与厚壁菌门（Firmicutes）相对丰度相关性较强，全磷含量、电导率与放线菌门（Actinobacteria）相对丰度相关性较强。相关性分析结果表明电导率、含水量和全磷含量是对耕层堆肥微生物优势菌群影响最显著的三个因素。研究表明，添加微生物菌剂有利于提高微生物群落多样性，对堆肥腐熟度和土壤养分的提升具有显著的促进作用。     

草鱼养殖池塘蓝藻暴发时水体细菌群落特征分析

为了解蓝藻暴发池塘中细菌群落特征,采集3个地区(广东、云南、贵州)4个淡水养殖场的蓝藻暴发池塘和非蓝藻暴发池塘(对照池塘)水样,并检测其理化因子及生物指标,采用PCR-DGGE技术分析其细菌群落结构差异。依据PCR-DGGE指纹谱带的丰度对养殖水体细菌群落多样性进行了分析,并对水体细菌群落结构进行了UPGMA聚类分析。结果发现:蓝藻暴发池塘水体的PO_4-P含量均显著高于对照池塘(P0.01);线性回归分析表明,PO_4-P与代表蓝藻暴发程度的叶绿素a存在正相关关系(R~2=0.869,P0.01);而且理化因子与细菌群落的RDA分析表明,PO_4-P与蓝藻暴发池塘细菌群落关系密切。蓝藻暴发池塘与对照池塘水体的细菌群落结构间存在显著差异;进一步测序分析显示,蓝藻暴发池塘特定的细菌为Flexibacter,其可能对蓝藻有裂解作用;而Synechococcsus在蓝藻暴发池塘的含量明显低于对照池塘,可能是Microcystis的大量暴发抑制了Synechococcsus的生长。     

基于高通量测序分析牛粪堆肥中细菌群落动态变化

文章以奶牛粪便和玉米秸秆作好氧堆肥,堆肥持续36 d。采用16S rRNA基因高通量测序技术分析堆肥过程中细菌群落特征,通过Alpha多样性分析、样本层级聚类分析和距离热图(Heatmap)分析,结果表明,堆肥过程中细菌群落结构发生显著变化。门分类水平细菌群落结构分析表明,变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)在堆肥前期和高温期相对丰度较高,酸酐菌门(Acidobacteria)在堆肥后期相对丰度较高;属分类水平细菌群落结构分析表明,在堆肥初始阶段各属相对丰度相近,环脂酸芽孢杆菌属(Tumebacillus)在堆肥升温期占优势,肠杆菌属(Enterobacter)、未命名细菌(norank_c_OPB54)和玫瑰弯菌属(Roseiflexus)为堆肥高温期优势类群,类似芽球菌属(Blastocatella)出现在堆肥高温期末期,在降温期和腐熟期成为优势菌属。Spearman相关性分析表明,除肠杆菌属(Enterobacter)、未命名细菌(norank_c_OPB54)、假黄色单胞菌属(Pseudoxanthomonas)外剩余11个属均与含水率、有机物降解率、C/N和NH_4~+-N/NO_3~--N之间呈显著相关,肠杆菌属与pH呈极显著正相关(P0.001),未命名细菌(norank_c_OPB54)与温度呈极显著正相关(P0.001)。研究表明,在牛粪堆肥期间细菌群落结构发生显著变化,细菌群落结构变化与堆肥理化因子存在相关关系。     

添加麦秸对鸡粪堆肥过程中氮素减排及细菌群落的影响

好氧堆肥是实现鸡粪资源化利用最主要的技术手段,然而在堆肥过程中氮素损失较为严重,既降低肥效又引起严重的污染。本文以纯鸡粪堆肥为对照,利用麦秸将鸡粪堆肥的C/N调节至15,分析了堆肥过程材料中理化性质、氮素转化和微生物群落变化,探讨了减少堆肥氮素损失的技术与机理。结果显示,加入麦秸后堆肥高温持续时间达到23 d,比对照延长了9 d,pH较对照组明显降低,氮素损失降低了39.67%。硝态氮含量达到281.99 mg·kg^-1,比对照增加了68.75%。微生物群落趋于稳定,具有硝化功能的细菌o__Staphylococcales、o__Brachybacterium、f__Staphylococcaceae、g__Staphylococcus、g__Salinicoccus相对丰度比对照分别增加了88.45%、96.39%、88.45%、96.08%、79.20%,有利于堆体氮素保留和转化。试验结果表明,加入麦秸秆之后影响了鸡粪堆肥的细菌群落结构,增加了具有硝化功能的细菌丰度,从而减少了堆体氮素的损失。     

SiO2纳米颗粒对猪粪好氧堆肥过程中重金属形态分布和细菌群落的影响

以猪粪和秸秆为原料, SiO₂纳米颗粒（SiO₂NPs）为添加剂,研究添加4 个浓度梯度下（0、0.5、1.0和2.0 g/kg）SiO₂NPs对好氧堆肥过程中腐熟度指标、重金属总量和形态分布规律以及细菌群落的影响,并探讨影响重金属生物利用度的因素。结果表明,添加SiO₂NPs提高堆体温度并延长堆肥高温期。与堆肥前相比,堆肥后的pH显著升高,而电导率和C/N显著降低。种子发芽指数由堆肥前的50%升高到堆肥后的163%~182%。添加SiO₂NPs有利于重金属组分由生物可利用形态（可交换态和可还原态）向稳定形态（可氧化态和残渣态）转化,Cu和Zn的钝化效率可分别达到65.10%~83.89%和6.62%~27.93%,极显著高于CK处理（分别为52.09%和1.83%,P<0.01）。添加SiO₂NPs增加嗜热菌科的丰度,提高总细菌的多样性和丰富度。与Cu相关的优势细菌门为厚壁菌门（Firmicutes）,与Zn相关的被鉴定为变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）。偏最小二乘路径模型分析表明Cu的生物利用度受环境因素（C/N和电导率）和细菌的交互作用,而Zn的生物利用度受细菌和温度的直接影响。     

薄壳山核桃-小麦套作系统土壤微生物群落研究

为研究薄壳山核桃-小麦套作系统产量效益及土壤微生物群落情况,以薄壳山核桃单作(P)和薄壳山核桃-小麦套作(PW)为研究对象,分析比较2种模式下的产量效益,利用Illumina Miseq高通量测序技术对土壤细菌及真菌多样性、群落结构、标志物种和共现网络进行研究,并探究土壤化学性质与微生物的关系。结果表明：1)套作后坚果产量显著低于单作,总产值显著高于单作;2)套作导致土壤细菌多样性和真菌丰富度显著降低;3)细菌和真菌群落结构因套作显著改变,放线菌门(Actinobacteria)与担子菌门(Basidiomycota)丰度显著提高,酸杆菌门(Acidobacteria)丰度显著降低,微球菌科(Micrococcaceae)、黄色杆菌科(Xanthobacteraceae)、小单孢菌科(Micromonosporaceae)、鞘脂单胞菌属(Sphingomonas)、热酸菌属(Acidothermus)、芽单胞菌属(Gemmatimonas)、假节杆菌属(Pseudarthrobacter)和外瓶霉属(Exophiala)等标志物种于套作土壤中富集;4)套作使细菌网络复杂性增强,真菌网络...