Soil biodiversity and DNA barcodes: opportunities and challenges

Soils encompass a huge diversity of organisms which mostly remains to be characterized due to a number of methodological and logistical issues. Nonetheless, remarkable progress has been made in recent years toward developing strategies to characterize and describe soil biodiversity, especially thanks to the development of molecular approaches relying on direct DNA extraction from the soil matrix.Metabarcoding can be applied to DNA from any environment or organism, and is gaining increasing prominence in biodiversity studies. This approach is already commonly used to characterize soil microbial communities and its application is now being extended to other soil organisms, i.e. meso- and macro-fauna.These developments offer unprecedented scientific and operational opportunities in order to better understand soil biodiversity distribution and dynamics, and to propose tools and strategies for biodiversity diagnosis. However, these opportunities also come with challenges that the scientific community must face. Such challenges are related to i) clarification of terminology, (ii) standardisation of methods and further methodological development for additional taxonomic groups, (iii) development of a common database, and (iv) ways to avoid waste of information and data derived from metabarcoding. In order to facilitate common application of metabarcoding in soil biodiversity assessment, we discuss these opportunities and challenges and propose solutions towards a more homogeneous framework.     

Effects of Rice Variety and Growth Location in Cambodia on Grain Composition and Starch Structure简

The effects of variety and growth location on grain composition and starch structures were investigated using three rice (Oryza sativa L.) cultivars (Phka Romduol, Sen Pidao and IR66) with different amylose contents. All the three cultivars were planted in three different agro-climatic zones (Phnom Penh, Coastal and Plateau) of Cambodia. The protein content of polished grains increased when rice was planted at a location with higher average temperature, but their lipid content decreased. The amylose content and degree of branching were not greatly affected by the minor temperature differences among the growing locations. Starch fine structures characterized by the chain-length distribution were significantly different among the cultivars, but not significantly among different locations. The results suggested that protein and lipid biosyntheses were more sensitive to the environmental temperature than that of starch in rice grains.     

饲养方式对产蛋前母鸡肉质、肌肉物理特征和感官评价的影响

文章旨在研究不同饲养方式对产蛋前蛋鸡胸肌和腿肌化学成分、物理特征和感官评价的影响。试验选择1日龄海兰褐壳蛋鸡900只,随机分为3组,每组5个重复,每个重复60只。蛋鸡在1~10周龄和11~20周龄时分别饲喂相同的生长前期和生长后期日粮,3个组蛋鸡分别通过笼养、平养(稻谷粉作为垫料)和散养。试验结束后,对蛋鸡屠宰,收集胸肌和腿肌进行分析。结果:平养和笼养组蛋鸡胸肌粗脂肪含量较散养组分别显著提高114.81%和74.07%(P<0.05),但散养组蛋鸡胸肌铁含量较平养组显著提高37.99%(P<0.05),同时胶原含量较笼养组显著提高25.28%(P<0.05)。散养组蛋鸡腿肌粗脂肪和能量含量最低(P<0.05),但散养组粗蛋白质、铁、锌含量分别较笼养组显著提高8.85%、40.26%和17.16%(P<0.05)。散养组蛋鸡胸肌硬度和韧性较笼养组分别显著提高42.69%和27.76%(P<0.05)。笼养组腿肌蒸煮损失较平养组显著提高8.01%(P<0.05),散养组腿肌硬度和韧性分别较平养组显著提高35.24%和133.25%(P<0.05)。与笼养组相比,散养组胸肌风味和咀嚼性显著高于笼养组(P<0.05),同时散养组胸肌总可接受度显著高于平养组(P<0.05)。散养组腿肌风味、多汁性和咀嚼性均显著高于笼养和平养组(P<0.05),同时该组总可接受度较平养组显著提高6.72%(P<0.05)。结论:散养产蛋前蛋鸡的感官指标表现最佳,同时腿肌和胸肌粗脂肪含量最低,粗蛋白质和胶原蛋白含量高,可以改善肌肉口感。     

不同裂解温度的污泥生物质炭理化特性分析

研究裂解温度对污泥生物质炭基础理化性质的影响,为安全、合理、高效处置污泥提供理论依据。将干燥污泥分别在200、300、500、700℃下进行热裂解处理(SBC200、SBC300、SBC500、SBC700),获得污泥生物质炭,测定其基础理化特性。结果表明：不同温度制备的污泥生物质炭表面颗粒结构完好,孔径范围均集中在10~50 μm,其中低温生物质炭SBC200表面较光滑,最可几孔径和中值孔径最大,分别为20.1 μm和14.8 μm,高温生物质炭SBC700表面较粗糙,比表面积最大,为5.98 m²/g。随裂解温度的提高,污泥生物质炭的产率、含水量、电导率、挥发分、阳离子交换量显著下降,全碳、氧、全氮、氢含量、有效磷和铵态氮均逐渐降低,pH和灰分含量显著增加。将污泥制备成生物质炭,是安全处置污泥的有效途径,低温制得的污泥生物质炭具有更大的提高土壤肥力的潜力,而高温制得的生物质炭在改良土壤酸性的应用上具有更大的潜力。     

Effects of Oyster Shell Soil Amendmenton Fruit Auality and Soil Chemical Properties in Greenhouse Tomato Acidic Soils

[Objective]The aim was to explore the feasibility of applying oyster shell soil amendment for tomato production in order to determine proper quantity of the soil conditional.[Method]Field tests were performed to research effects of the soil conditioner on tomato yield,quality and soil p H.[Result]The results showed that tomato yield increased in the treatment groups with oyster shell soil amendment.The group SC50 increased the most by 16.5%than the control group.Based on normal fertilization,tomato growth was promoted by the soil amendment,and per tomato weight and lycopene content both improved during peak-fruiting period.Besides,soil p H value was enhanced by the soil amendment also.[Conclusion]It can be concluded that the effect was the best when soil conditioner was applied at 750 kg/hm2.     

施肥对灌漠土作物产量、土壤肥力与重金属含量的影响

有机物还田是提升土壤肥力的主要措施,但也存在造成土壤金属污染的潜在风险。为查明不同有机物还田对土壤质量及作物产量的影响,本文通过长期定位试验,研究了无肥对照、常规施化肥(氮磷配施)以及70%常规化肥与牛粪、沼渣、污泥、鸡粪、菌渣和猪粪配施对土壤理化性状、有机碳和氮的固存率、氮磷钾活化系数、作物产量及重金属含量的影响。结果表明:牛粪、沼渣、污泥、菌渣、鸡粪和猪粪与70%化肥配施虽作物产量与常规施化肥相似,但6种有机物处理土壤有机质、全氮和碱解氮含量都较常规施化肥处理显著增加,污泥、鸡粪和猪粪处理土壤全磷与速效磷含量较常规施化肥处理显著增加,而且牛粪、沼渣、鸡粪和猪粪处理的速效钾、土壤磷活化系数和土壤钾活化系数较常规施化肥处理也显著提升。牛粪、沼渣、污泥、菌渣、鸡粪和猪粪处理土壤有机碳固存率为36.42%～71.61%,较常规施化肥处理都显著提高;而其氮固存率为6.47%～49.44%,仅有菌渣处理与常规施化肥处理差异不显著,而其他处理较常规施化肥处理显著增加。长期施鸡粪和菌渣处理的土壤铜含量较常规施化肥处理显著增加,增加量分别为4.17mg·kg~(-1)和14.2mg·kg~(-1);而污泥、鸡粪和菌渣处理的土壤锌含量较常规施化肥处理显著增加,增加量分别为13.53 mg·kg~(-1)、22.60 mg·kg~(-1)和49.73mg·kg~(-1)。综上,等有机质(4 500kg×hm~(-2))的牛粪、沼渣、污泥、菌渣、鸡粪和猪粪可替代30%氮磷肥,作物产量不受影响;不同有机物培肥土壤效果为污泥、鸡粪和猪粪优于牛粪和沼渣,而沼渣的培肥效果略差。为保证土壤环境质量稳定不恶化,种植小麦时有机物铜和锌的年携入量应分别低于53.01g×hm~(-2)和221.30 g×hm~(-2),而种植玉米时应分别低于153.40 g×hm~(-2)和347.04 g×hm~(-2)。     

麦秸秆和沼液配施对水稻苗期生长和土壤微生物的调控

研究了等量氮素肥料处理下小麦秸秆全量还田结合化肥(S-CF)、小麦秸秆全量还田结合沼液(S-BS)和全量化肥(CF)处理对水稻幼苗生长、氮磷积累及土壤微生物群落的影响。结果表明,不同施肥处理的水稻幼苗生长明显被促进,其中CF处理的促进效果最好,其次是S-BS处理。S-BS处理的水稻叶片可溶性糖含量明显高于其他施肥处理,其叶片含氮量也明显高于CF处理。CF处理的土壤细菌总量明显高于S-BS处理,而S-BS处理的土壤细菌总量均显著高于对照(CK,不施肥)和S-CF处理;其中CF处理变形菌门细菌相对丰度显著高于其他处理。而CK和S-CF处理的真菌总量明显高于S-BS和CF处理,S-BS处理的真菌总量最低,其中,CK土壤优势真菌子囊菌门、担子菌门的相对丰度显著高于其他处理,S-CF处理土壤的壶菌门真菌相对丰度也显著高于其他处理。S-CF和S-BS处理的细菌Chao1丰富度指数和香农(Shannon)多样性指数要明显高于CF处理和CK,而S-CF处理的土壤真菌的Chao1指数和香农指数要明显高于CK,CF处理的土壤真菌Chao1指数和香农指数最低。秸秆、沼液短期替代化肥的处理下水稻植株生长低于全化肥处理的,但秸秆、沼液、化肥结合施用对水稻幼苗的促生作用依然很明显,尤其是秸秆还田结合沼液灌溉的全量替代化肥处理。全量替代化肥处理下,即秸秆和沼液处理的土壤质量和细菌丰富度及多样性即使在短期施用条件下也被明显促进。     

有机培肥与耕作方式对稻麦轮作土壤团聚体和有机碳组分的影响

为了明确不同外源有机物和耕作方式对土壤地力培育的影响,以水稻-小麦轮作系统为对象,通过2个年度(2016—2018年)大田试验研究了外源有机物(秸秆和有机肥)和耕作方式及其交互作用[稻麦秸秆还田配合旋耕(SR),稻麦秸秆还田配合翻耕(SP),秸秆不还田、增施有机肥配合旋耕(MR),秸秆不还田、增施有机肥配合翻耕(MP),秸秆不还田、不施用有机肥、旋耕深度15 cm(CKR)]对土壤团聚体和有机碳组成的短期影响。结果表明:SR处理能够降低水稻季土壤容重并增加总孔隙度。相比CKR,小麦季SR处理显著增加0.05mm水稳性团聚体含量,增加量为7.2%。此外,外源有机物和耕作对土壤有机碳活性组分具有显著影响。其中,易氧化有机碳(EOC)主要受耕作与有机物交互作用影响,酸水解有机碳(LPIc和LPII_c)主要受耕作措施的影响, SR处理的土壤EOC和LPI_c含量比CKR提高0.3～2.6 g·kg~(-1)。颗粒有机碳(POC)主要受外源有机物的影响,并且秸秆还田处理POC平均含量高于增施有机肥处理,增加量为0.75g·kg~(-1)。短期内,外源有机物和耕作及其交互作用对稳定性有机碳(黑碳和矿物结合态有机碳)的影响较小。综上,秸秆还田配合旋耕有助于提高土壤水稳性团聚体和活性有机碳的含量(EOC、LPI_c和POC)。     

典型喀斯特洼地植被恢复过程中土壤碳氮储量动态及其对极端内涝灾害的响应

西南喀斯特地区是我国主要的生态脆弱区之一,石漠化严重,旱涝灾害频发。植被恢复是提升脆弱生态系统土壤碳氮固持的有效方式,但该区不同植被恢复方式土壤碳氮动态监测的研究还很缺乏。本研究以典型喀斯特峰丛洼地为对象,选取人工林、牧草地、人工林+牧草地、撂荒地自然恢复4种最主要的植被恢复方式为研究对象,以耕地作为对照,对比分析退耕前(2004年)、退耕10年(2014年)和13年后(2017年)土壤碳氮储量动态变化特征。其中2004—2014年研究区未发生极端内涝灾害, 2014—2017年连续发生2次极端内涝灾害事件。研究结果表明,退耕10年后, 4种恢复方式下土壤有机碳(SOC)储量均显著增加,但退耕13年后,除撂荒地SOC持续增加外,其他3种恢复方式下SOC表现出下降趋势。植被恢复后土壤全氮(TN)储量提升相对缓慢,退耕10年仅牧草地显著增加,退耕13年后人工林+牧草和撂荒地TN增加,且撂荒地在退耕后呈持续增加趋势。相关性分析结果表明,土壤交换性Ca~(2+)与SOC、TN均呈显著正相关关系,且与2014年相比, 2017年不同植物恢复方式下土壤交换性Ca~(2+)均显著下降,这可能与研究区2015年和2016年连续内涝灾害有关。以上结果说明,不同恢复方式均能显著提升喀斯特地区土壤碳氮固持,并以自然恢复最佳,其生态系统能有效抵御极端气候灾害带来的负面影响。     

马铃薯与玉米复合种植对土壤化感物质及土壤细菌群落结构的影响

为探究马铃薯与玉米复合种植对化感物质积累与细菌群落结构的影响,分析轮作、间作缓解连作障碍的机制,本研究以马铃薯连作、玉米连作、马铃薯||玉米间作、马铃薯-玉米轮作第8年的土壤为对象,利用GC-MS测定土壤中化感物质含量,并采用Illumina Miseq高通量测序技术对土壤细菌16Sr DNA V4-V5区域进行测序,分析土壤中细菌多样性和群落结构的变化,并对化感物质和优势菌属进行相关性分析。结果表明:玉米连作和马铃薯连作会导致化感物质的积累,玉米连作土壤积累了更多的油酸、亚油酸、花生酸、木焦油酸等脂肪酸,马铃薯连作土壤积累了更多的硬脂醇、二十烷醇等脂肪醇类物质。轮作降低了大部分化感物质的积累,间作降低的化感物质种类相对轮作较少。不同种植方式下土壤细菌群落结构发生了显著变化,相对于连作,间作和轮作Ace指数和Chao指数显著升高。在门水平上,轮作土壤放线菌丰度显著高于马铃薯连作土壤,间作土壤拟杆菌门丰度显著低于玉米连作土壤,两种连作土壤中酸杆菌门丰度都较轮作显著升高。在属水平上,一些有益细菌如节杆菌属、溶杆菌属等在复合种植土壤中相对丰度更高。通过相关性分析发现土微菌属、小梨形菌属与脂肪醇类物质呈显著正相关,黄杆菌属、溶杆菌属、微杆菌属等与脂肪酸类物质呈显著负相关。马铃薯与玉米复合种植降低了化感物质在土壤中的积累,从而抑制了土壤细菌丰度的降低,提高了有益菌属丰度,消减了连作障碍。