麦秸与毛叶苕子共同调控青海高原土壤温室气体排放的作用机制

  【目的】  研究青海高原麦秸和豆科绿肥混合添加下土壤温室气体排放规律及其碳氮转化机制,为该地区农田系统秸秆和绿肥科学利用提供依据。  【方法】  采用室内模拟试验,设无添加对照(CK)、单独添加毛叶苕子(VS)、单独添加麦秸(WS)、麦秸与毛叶苕子混合添加(VWS),共4个处理。测定了温室气体排放速率、土壤活性碳氮组分、土壤酶活性、细菌、古菌、真菌、amoA、nirK和narG基因丰度。  【结果】  VWS处理与VS处理相比,CO₂和N₂O的累积排放量分别减少24.8%和74.6%,CH₄累积吸收量增加9.1%,综合增温潜势(global warming potential, GWP)显著降低76.1% (P<0.05);与WS处理相比,CO₂累积排放量增加33.7%,CH₄累积吸收量与N₂O累积排放量分别降低12.0%和43.1%,GWP降低49.4%。有机物料添加可调节土壤pH,增加土壤碳氮含量。VWS处理的土壤pH显著高于CK和VS处理;土壤水溶性有机碳(DOC)和微生物量碳(SMBC)含量较VS处理分别增加了21.6%和4.9%,无机氮(Nmin)、土壤水溶性有机氮(DON)和微生物量氮(SMBN)含量分别降低了77.3%、59.5%和6.3%;土壤Nmin、DOC、DON、SMBC和SMBN含量较WS处理分别增加64.0%、22.5%、56.5%、23.2%和27.8%。VWS处理较其他处理,α-葡萄糖苷酶(AG)和β-葡萄糖苷酶(BG)活性显著提高,亚硝酸还原酶(NIR)活性显著降低。VWS处理的真菌和古菌群落丰度较WS处理分别提高83.8%和69.8%,较VS处理分别降低62.6%和20.3%;VWS处理细菌群落丰度较VS处理降低33.4%。VWS处理下,AOB amoA、nirK和narG基因丰度较VS处理分别降低56.6%、41.4%和16.3%,较WS处理分别降低30.3%、25.9%和12.0%。相关分析结果表明,CO₂和CH₄排放与土壤有机碳、全氮、DOC、SMBC和SMBN含量,AG、NAG和NR活性,真菌、细菌、nirK和narG基因丰度呈显著正相关;N₂O排放与土壤全氮、DON、SMBC和SMBN含量、真菌、AOB amoA和nirK基因丰度呈显著正相关,与土壤pH和BG活性呈显著负相关。偏最小二乘路径模型分析(PLS-PM)表明,AOB amoA是调控土壤N₂O排放的主要功能菌群。  【结论】  麦秸、毛叶苕子单独添加以及二者混合添加均可促进土壤CO₂排放,减少CH₄吸收。相较于二者单独添加,混合添加可通过降低土壤AOB群落丰度等途径,实现N₂O减排和综合增温潜势下降,可作为青海高原旱地土壤温室气体减排的一项有效措施。     

不同类型水稻土微生物群落结构特征及其影响因素

选取基于我国土壤地理发生分类的不同类型土壤发育的四种水稻土,利用¹⁵N₂气体示踪法测定生物固氮速率,采用实时荧光定量PCR（Real-time PCR）技术测定细菌丰度,通过16S rRNA基因高通量测序分析微生物群落组成和多样性。结果表明：变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和蓝藻门（Cyanobacteria）是水稻土中优势微生物类群。四种类型土壤发育的水稻土细菌群落结构差异显著（Stress<0.001）,群落结构分异（NMDS1）与土壤pH存在极显著正相关关系（P<0.01）。土壤有机碳和碱解氮含量显著影响水稻土中细菌丰度和群落多样性（P<0.01）。红壤发育的水稻土细菌16S rRNA基因拷贝数显著高于其他三种类型水稻土,但OTU数量、Chao1指数和PD指数均低于其他三种类型水稻土。土壤pH对水稻土生物固氮速率有显著影响（P<0.01）,紫色土发育的水稻土具有最高的生物固氮速率（3.2±0.7 mg×kg^-1×d^-1）,其中优势类群细鞘丝藻属（Leptolyngbya）可能是生物固氮的主要贡献者。研究结果丰富了对水稻土微生物多样性的认识,为通过调控土壤pH和微生物群落组成来提高稻田生物固氮潜力提供了理论依据。     

玉米秸秆分解过程中细菌群落组成演化特征

【目的】土壤中存在着大量的分解秸秆的微生物。研究秸秆分解过程中细菌群落组成的演化规律,对了解和调控农田微生物群体组成以促进秸秆分解具有重要意义。【方法】试验于2014年10月至2015年10月在河南省农业科学院原阳试验基地进行,将成熟期玉米秸秆(茎和叶)烘干,剪成长1~2 cm、宽0.3~1 cm的碎片,称12 g样品(相当于8 t/hm^2)装入15 cm×10 cm的尼龙网包(孔径0.04 mm)内,于10月5日冬小麦出苗后埋置在小麦垄间。分别于埋置后0、1、2、4、7、10和12个月收集秸秆包和土壤样品。测定秸秆样品干物质量和碳氮含量,选择埋置了0、2、4、7和12个月的秸秆及其土壤样品分析细菌丰度及群落组成。【结果】秸秆埋入土壤后的前2个月内分解最快,然后逐步减慢,在1、2、4、7、10和12个月后分别降解了总生物量的19.2%、32.9%、44.2%、52.2%、66.8%和73.8%。秸秆埋入土壤后,秸秆和土壤中细菌丰度均显著增加,分别于第4和7个月达到最高后开始下降。秸秆细菌的丰度指标OTUs、ACE、Chao1和多样性指标Shannon随试验时间的延长逐步增加,而Simpson指数随试验时间延长逐步降低,而土壤中这些指标在试验过程中没有显著变化。与刚埋置秸秆时相比,埋置2个月后的秸秆细菌Bacteroidetes门相对丰度明显增加,主导细菌群为Bacteroidetes和Proteobacteria门。Actinobacteria丰度在埋置2个月后明显降低,然后又随试验时间延长逐步增加。Planctomycetes、Saccharibacteria、Verrucomicrobia、Acidobacteria、Chloroflexi和Gemmatimonadetes丰度在原始秸秆中较低,埋入土壤后随试验时间延长逐步增加。Sphingobacteriia、Gammaproteobacteria、Alphaproteobacteria和Flavobacteriia主导前期细菌纲组成,而Actinobacteria、Anaerolineae和Bacilli纲丰度在后期逐步增加。秸秆分解速率主要受其碳含量影响,秸秆细菌群落组成前期与秸秆碳含量相关,后期与秸秆氮含量相关。随着试验的进展,秸秆细菌群落组成与土壤中的细菌群落组成趋同。【结论】秸秆埋入土壤后前2个月的分解速率最高,随后逐步降低。秸秆分解前期细菌群落由富营养型组分Bacteroidetes和Proteobacteria门和Sphingobacteriia、Gammaproteobacteria、Flavobacteriia和Alphaproteobacteria纲主导,随后被逐步增加的贫营养型组分Actinobacteria、Acidobacteria、Chloroflexi、Saccharibacteria门和Deltaproteobacteria、Actinobacteria纲等代替。秸秆碳氮含量变化是影响秸秆分解及其过程中细菌群落演化的主要原因。     

玉米秸秆生物炭对天人菊土壤理化性质及根际土壤真菌群落结构的影响

【目的】明确玉米秸秆生物炭对天人菊土壤养分含量、酶活性和根际真菌群落等环境因子变化规律的影响及其作用机制,为提高玉米秸秆的资源化利用提供理论依据。【方法】在盆栽天人菊土壤中分别施入20、40、60和80 g/kg的玉米秸秆生物炭,以不添加玉米秸秆生物炭处理为对照（CK）,于盛花期测定各处理天人菊根际土壤的速效养分（速效磷、速效钾、碱解氮和有机质）含量及过氧化氢酶（CAT）和脲酶活性,采用高通量测序技术测定根际土壤真菌群落多样性,并分析玉米秸秆生物炭作用下天人菊根际土壤理化性质与土壤真菌群落结构间的相关性。【结果】与CK相比,土壤中施入20～60 g/kg玉米秸秆生物炭可显著提高天人菊根际土壤速效磷含量（P<0.05,下同）,极显著提高速效钾、碱解氮和有机质含量（P<0.01,下同）;在土壤酶活性方面,土壤中施入20～80 g/kg玉米秸秆生物炭对CAT活性无显著影响（P>0.05,下同）,施入40 g/kg玉米秸秆生物炭极显著提高脲酶活性,但施入量达80 g/kg时极显著降低脲酶活性。即玉米秸秆生物炭能有效改变天人菊根际土壤理化性质,且以施入40 g/kg的效果最佳。施入玉米秸秆生物炭能调控天人菊根际土壤的真菌群落结构,也是以施入40 g/kg的真菌物种相对丰度较高,生物炭作用效果最明显。在门分类水平上,各玉米秸秆生物炭处理天人菊根际土壤真菌群落结构中以子囊菌门（Ascomycota）为绝对优势菌门,其次是担子菌门（Basidiomycota）、接合菌门（Zygomycota）、壶菌门（Chytridiomycota）和球囊菌门（Glomeromycota）;在科分类水平上,优势菌科为子囊菌门的6个科［毛壳菌科（Chaetomiaceae）、小囊菌科（Microascaceae）、丛赤壳科（Nectriaceae）、毛球壳科（Lasiosphaeriaceae）、子囊菌科（Ascomycoceae）和毛孢壳科（Coniochaetaceae）］及接合菌门的被孢霉科（Mortierellaceae）,且毛壳菌科、小囊菌科、从赤壳科、子囊菌科、被孢霉科及毛孢壳科等6个根际土壤优势菌科均表现为各玉米秸秆生物炭处理的相对丰度明显高于CK。天人菊根际土壤理化特性指标与子囊菌门和接合菌门及子囊菌科、被孢霉科和毛孢壳科的相对丰度密切相关。【结论】玉米秸秆生物炭可活化天人菊根际土壤理化性质及酶活性,改变土壤真菌群落结构,进而提高土壤肥力,其中以施入40 g/kg玉米秸秆生物炭的作用效果最佳,可在生产上推广应用。     

舟山螺门海域浮游植物现状分析

根据2011年4月和9月舟山螺门附近海域浮游植物的现状调查数据,分析和研究了浮游植物的种类组成、数量分布、多样性.结果表明,浮游植物组成种类主要为硅藻和甲藻,其中硅藻占绝对优势,其种类组成百分比超过70％.4月平均丰度为601 cell/L,优势种为中肋骨条藻,丰度为409 cell/L.9月平均细胞丰度为5 440 cell/L,优势种为中肋骨条藻和琼氏圆筛藻,丰度分别为408 cell/L和117 cell/L,.浮游植物水平分布上呈现距离陆地较远的站位高于距离陆地较近的站位.多样性指数、均匀度指数、丰度指数和优势度指数综合分析结果表明9月群落较为复杂和稳定.     

西北太平洋柔鱼资源丰度的空间尺度分析

对2011年西北太平洋柔鱼Ommastrephes bartramii渔获统计数据,进行了12个不同尺度的划分,采用地统计学方法分别计算了各尺度下柔鱼资源丰度的空间分布格局的特点.结果表明:块金值和基台值在不同尺度下的变化趋势基本一致,但其他参数表现有所差异;中小尺度下半变异函数拟合模型主要为指数模型和球状模型,变程呈线性分布,空间自相关性相对较强;而大尺度下半变异函数拟合模型均为高斯模型,变程呈现上下波动趋势,空间自相关性相对较弱.结合西北太平洋柔鱼群体自身的种群结构特征以及海洋环境进行分析,结果表明,小尺度下空间结构差异主要反映了柔鱼群体自身的种群结构特征,中尺度下主要反映了海洋环境对柔鱼群体结构产生的影响,而大尺度下变量的随机性和变化幅度较大,体现的空间自相关性较弱,可能受海洋环境的影响过大而不适于柔鱼种群空间分布格局的研究.     

不同施肥模式对绿洲农田土壤微生物群落丰度与酶活性的影响

以中国科学院阜康荒漠生态系统国家野外观测研究站的长期定位试验为平台,利用荧光实时定量PCR(Real-time PCR)技术,对不同施肥模式下的土壤微生物群落丰度进行了测定,并分析了土壤酶活性。结果表明:与无肥处理(CK)相比,20年长期单施化肥(CF)或者化肥配施秸秆(CF/OM)处理均显著增加了土壤氨氧化古菌(AOA)与氨氧化细菌(AOB)的丰度。其中,土壤AOB最低增加了16倍,而AOA最多增加了3倍,表明AOB可能在原位土壤氨氧化过程中发挥了更为重要的作用。尽管CF/OM处理的作物产量与CF处理无显著差异,但该施肥模式在维持作物产量的同时,其土壤微生物主要类群(真核微生物、细菌、古菌)数量最大,土壤有机碳含量最高,大多土壤酶活性高于其他处理,表明化肥配施有机肥有利于保持土壤微生物多样性,对于提高土壤质量具有重要作用。     

利用N-15自然丰度法研究固氮植物生物固氮量

生物固氮对全球生态系统氮素循环和全球变化有着重要影响,但是由于测定方法的原因,过去对生物固氮,特别是多年生固氮植物的共生固氮的定量研究不足。在对目前国际上日益受到重视的用N-15自然丰度法研究固氮植物生物固氮量的研究进展进行初步总结的基础上,探讨了影响该方法准确性的一些主要因素。N-15自然丰度法克服了传统的差值法、N-15同位素稀释法和乙烯还原法等的不足,可野外原位定量研究生物固氮,如果对各影响因子加以系统考虑,合理解决参比植物选择和固氮植物取样部位等方面的问题,该方法可较为准确地原位测定人工生态系统中固氮作物和固氮树种的生物固氮量。但是在天然生态系统中由于植物有效氮源的多样性以及其它影响因素较复杂,应用难度较大。     

藜麦DAPB基因丰度及生物信息学分析

二氢砒啶二羧酸还原酶(DAPB)是赖氨酸合成途径中的一个重要酶,在蛋白质和细胞壁的合成中起着重要作用。本研究基于KEGG总数据库分析表明,藜麦中DAPB的基因拷贝数远高于水稻、玉米及大豆等作物。对藜麦基因组数据筛选得到4个DAPB基因成员,均属于碱性蛋白质,氨基酸序列长度约330 bp,分子量为36.623~36.880 k D,等电点(p I)为5.79~6.01,最大疏水系数为0.028~0.123,为疏水性蛋白,亚细胞定位于细胞质中,不存在跨膜区。4个DAPB基因之间的Ka/Ks值均小于0.5,表明该基因在进化过程中比较保守。系统进化分析发现,藜麦DAPB家族成员位于同一个亚家族,且与菠菜的亲缘关系较近。启动子顺式作用元件分析结果显示,DAPB家族除含有TATA-box和CAAT-box以外,还含有多个参与激素响应、光照、低温及其它应激反应相关的顺式作用元件和转录因子结合位点,暗示藜麦DAPB家族成员可能参与以上多种响应。本研究分析了藜麦DAPB基因的拷贝数并对DAPB进行了生物信息学分析,可为进一步了解DAPB基因家族的生物学功能提供参考。     

用单路三束质谱法测定生物样品的~(15)N丰度

对 Ｆｉｎ ｎｉｇａｎ Ｍ Ａ Ｔ ２５１ 质谱计的数据采集和处理系统进行了改造,使其能用单路三束法测定生物样品的１５ Ｎ 丰度。就测定方法的精密度、准确度和所用样品氮量及记忆效应问题做了试验,证实该测定方法精确可靠。