不同调酸剂对种植玉米红壤微生物群落的影响

为研究红壤微生物丰度和群落组成对不同调酸剂的响应,分析影响碳/氮关键代谢过程微生物的变化,通过盆栽实验,设置不施肥（CK）、钙镁复合剂（L）、钙镁复合剂配施猪粪（ML）和钙镁复合剂配施秸秆（SL）4个处理,采用宏基因组测序技术,分析土壤细菌、真菌和古菌以及碳/氮代谢关键过程微生物。结果表明：L、ML和SL处理显著提高土壤pH值和交换性钙/镁,显著降低土壤交换性酸。调酸剂增加了细菌优势菌中的变形菌门相对丰度,降低了绿弯菌门和酸杆菌门相对丰度;降低了真菌优势菌中的毛霉菌门相对丰度;增加了古菌优势菌中的广古菌门和深古菌门的相对丰度,降低了奇古菌门的相对丰度。冗余分析结果显示,速效钾是影响土壤细菌和真菌群落结构的主要环境因子,土壤pH和有机碳是影响土壤真菌和古菌群落结构组成的关键因子。碳代谢过程的贡献度方面,变形菌门的贡献度在SL处理中最高,放线菌门和芽单胞菌门的贡献度在ML处理中最高。氮代谢过程中,各处理绿弯菌门对硝化作用的贡献率均超过80%。调酸降低了绿弯菌门和酸杆菌门在反硝化与硝酸盐异化还原过程中的贡献度,L与SL处理的变形菌门贡献度低于ML处理,而ML处理的放线菌门贡献度高于L与SL处理。单施钙镁复合剂、钙镁复合剂配施猪粪和钙镁复合剂配施秸秆均可缓解红壤酸性,改变土壤优势菌群,并有利于碳/氮积累。     

固碳微生物分子生态学研究

 减缓大气“温室效应”是目前最重要且亟待解决的环境问题之一。自养微生物具有极强的环境适应性和不容忽视的固碳潜力，研究微生物固定CO2的分子生态机理对于缓解全球气候变暖具有重要科学意义。目前发现的5条主要生物固碳途径中，卡尔文循环是自养生物固定CO2的主要途径，其中核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（RubisCO）是卡尔文循环中的关键酶，因此RubisCO及其编码基因被许多学者用于不同生态环境中固碳微生物群落结构和多样性的研究。以前的研究主要集中在水生生态系统，揭示了不同水生生态系统中固碳微生物的群落特点及其对不同生境的响应规律。近几年，随着陆地生态系统固碳微生物分子生态学研究的深入，国外学者发现土壤中存在大量的固碳自养微生物，它们在土壤中所起的具体作用和贡献有待进一步研究和验证。至今，国内针对土壤固碳微生物分子生态学的研究还未见报道。论文对固定CO2的微生物种类、固定机理以及近年来关于微生物固定CO2的分子生态学的研究进行了分析和总结，讨论了固碳微生物分子生态学研究存在的主要问题和今后的发展方向，旨在为中国固碳微生物分子生态学研究提供参考。     

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。     

长期施肥对稻田土壤可溶性有机氮和游离氨基酸剖面分异的影响

为探讨长期不同施肥对稻田土壤可溶性有机氮(SON)和游离氨基酸(FAA)剖面分异的影响,阐明长期施肥稻田土壤SON和FAA的剖面迁移特性。以不施肥(CK)、单施氮磷钾化肥(NPK)、氮磷钾配施牛粪(NPKM)和氮磷钾结合秸秆还田(NPKS)4种处理的稻田长期(33年)施肥定位试验小区为研究对象,采用带总氮检测器的总有机碳分析仪(TOC-TN)、连续流动注射和氨基酸自动分析仪测定不同深度(0～20、20～40 cm和40～60 cm)土层SON、FAA及其组分的含量。结果表明:长期不同施肥水稻土SON含量剖面分异较明显,0～20、20～40 cm和40～60 cm土壤SON含量分别为24.14～49.80、11.30～13.86 mg·kg~(-1)和6.35～9.38 mg·kg~(-1);不同处理0～20 cm土壤SON含量表现为NPKSNPKMNPK=CK,NPKS处理较NPK和CK分别提高67.1%和106.3%,NPKM处理较NPK和CK分别提高了28.5%和58.7%;不同土层SON与可溶性总氮(TSN)的比值为40.0%～69.3%。长期不同施肥水稻土FAA含量也存在较明显剖面差异,0～20、20～40 cm和40～60 cm土壤FAA含量分别为8.15～15.91、0.83～2.13 mg·kg~(-1)和0.69～0.99 mg·kg~(-1),FAA/SON比例的均值分别为35.3%、12.6%和11.2%;NPKM和NPKS处理0～20 cm土壤均包含20种FAA,较CK和NPK处理增加了3种易分解的碱性氨基酸(鸟氨酸、赖氨酸和精氨酸);NPK、NPKM和NPKS处理20～40 cm土壤均包含10种FAA,较CK处理增加了3种中性氨基酸(缬氨酸、胱氨酸和苯丙氨酸),而40～60 cm土壤则均包含7种FAA,较CK处理增加了2种中性氨基酸(异亮氨酸和胱氨酸);不同处理不同深度土壤FAA组成均以中性氨基酸占优势。研究表明:土壤SON、FAA含量与组分及其剖面分异和施肥模式密切相关,长期化肥配施牛粪和秸秆能增加0～20 cm土壤SON、FAA含量且丰富FAA种类。     

紫泥田水稻土细菌群落对不同农艺调控措施的响应

为研究土壤细菌群落对不同农艺措施的响应,揭示土壤细菌群落结构与土壤环境因子的相互关系,以紫泥田水稻土为研究对象,设置石灰、商品有机肥、土壤调理剂3个处理,对土壤细菌16S rRNA基因测序,分析不同处理对细菌群落组成和多样性的影响。结果表明:与对照相比,有机肥和调理剂处理提高了土壤细菌α多样性指数,而石灰处理降低了土壤细菌α多样性指数;石灰和有机肥处理的细菌α多样性显著高于调理剂处理。与对照相比,石灰、有机肥和调理剂处理酸杆菌门的相对丰度分别提高了64.77%、95.69%和67.52%,石灰处理变形菌门和硝化螺旋菌门的相对丰度分别提高了10.40%和11.99%,而有机肥处理降低了9.17%和43.06%,调理剂处理降低了10.67%和31.07%。主成分分析结果表明,与对照相比,石灰和有机肥处理土壤细菌群落结构较为相似,但调理剂处理改变了土壤细菌群落结构。冗余分析结果表明,土壤pH和全钾是影响土壤细菌群落结构的主要因子,阳离子交换量、全磷、有效态镉、全氮、微生物量碳和土壤有机碳影响较小。研究表明,不同农艺调控措施改变了紫泥田水稻土细菌的群落结构组成和多样性。     

水稻土厌氧氨氧化活性测定的同位素示踪法方法探讨

自然生态系统中的厌氧氨氧化过程是新发现的氮循环途径,已有研究表明水稻土能产生厌氧氨氧化作用,然而目前还鲜有关于水稻土厌氧氨氧化活性测定方法的报道。15N示踪法是定量厌氧氨氧化活性的新方法,根据厌氧氨氧化和反硝化过程原理的不同,该方法可以同时测定厌氧氨氧化和反硝化产生的氮气。本文详细介绍了一种利用稳定同位素标记配对法,通过预培养消耗底物硝酸根后,对反应体系进行三种处理:1)仅加15N-NH4+的阴性对照;2)加15N-NH4+和14N-NO3-的阳性对照;3)仅加15N-NO3-。厌氧培养后分别对三种处理产生的氮气采用稳定同位素质谱仪进行测定,通过数据分析获得厌氧氨氧化活性。本研究建立了水稻土厌氧氨氧化活性测定方法,能较为真实的反应原位条件下水稻土的厌氧氨氧化活性。     

光照与黑暗培养对亚热带区稻田及旱地土壤有机碳及其活性组分的影响

农田土壤的固碳潜力对于理解陆地生态系统碳循环和气候变化至关重要.分别选取亚热带区4种典型稻田和旱地土壤,设置裸土光照和裸土黑暗处理,探讨土壤有机碳(SOC)及其活性组分(可溶性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC))对光照和黑暗条件的响应。结果表明,与培养前相比,培养80 d后,光照和黑暗培养下稻田及旱地土壤SOC含量差异不显著,这可能与土壤SOC含量变化是一个缓慢的过程有关.光照和黑暗培养均显著提高了土壤DOC含量(与培养前相比,光照和遮光培养平均分别提高73.37%和80.58%),而MBC显著降低(与培养前相比,光照和遮光培养平均分别降低35.58%和32.32%)。相关分析表明,培养后的土壤DOC含量与土壤粘粒含量呈极显著正相关性(P<0.01),而与土壤原有碳氮水平呈极显著负相关;土壤MBC则恰好相反,MBC与土壤粘粒含量呈极显著负相关,而与土壤原有碳氮水平呈极显著正相关.本研究表明,短期(80d)的光照和黑暗培养对稻田及旱地土壤SOC含量变化影响不大,而显著改变了有机碳活性组分(DOC和MBC)含量,进一步说明了土壤活性有机碳是土壤中活性化学组分,随环境条件变化表现出强烈的变化趋势。     

不同栽培管理方式下土壤交换性盐基特征差异分析

为探讨不同栽培管理方式下土壤交换性盐基含量的特征,采用NH4OAC(pH 7.0)浸提-原子吸收分光光度法测定分析了上海郊区大棚及露地栽培体系下有机和常规农业生产系统中土壤不同土层交换性盐基离子(K,Na,Ca,Mg)含量。结果表明,各盐基离子浓度为Ca>Mg>Na>K,有机园艺生产系统K、Na、Ca和Mg/K值及盐基总量(SEB)高于常规生产方式。露地有机园艺管理耕作层各盐基离子浓度高于常规管理,大棚有机生产方式下各盐基含量均显著高于常规生产方式(P<0.05),但容易引起土壤酸化。统计分析结果表明,不同园艺生产系统对Na、Ca和Mg/K值具有显著性影响,且大棚条件下更为明显。因此,不同园艺生产系统的管理方式改变了土壤盐基离子分布及其特性。     

水稻土厌氧氨氧化对不同耕作方式与秸秆还田的响应

【目的】研究稻田土壤厌氧氨氧化微生物活性、丰度和群落结构对不同耕作方式与秸秆还田的响应,为稻田土壤氮素管理提供科学依据。【方法】设置3个不同耕作方式(翻耕、旋耕、免耕)+秸秆还田处理,同时设置翻耕+秸秆不还田处理作为对照,采用_¹⁵N示踪法、荧光定量PCR及Illumina测序分别分析厌氧氨氧化菌潜在活性、功能基因hzsB拷贝数及群落组成。【结果】秸秆还田条件下,厌氧氨氧化菌潜在活性表现为免耕>旋耕>翻耕(p<0.05),对照与旋耕+秸秆还田处理无显著性差异。各处理之间厌氧氨氧化菌功能基因(hzsB)拷贝数无显著性差异。Illumina测序从属水平鉴定出Kuenenia和Scalindua两种已知的厌氧氨氧化菌及部分未鉴定属,且各处理间二者的相对丰度具有负相关关系(p<0.05)。相关性分析结果表明,厌氧氨氧化菌活性与土壤反硝化活性显著相关,与功能基因拷贝数及群落组成无显著相关性。【结论】水稻田长期秸秆还田和不同耕作方式改变了厌氧氨氧化菌活性和群落组成,但其数量未发生显著变化。水稻田秸秆还田加翻耕可一定程度上抑制土壤氮损失,而秸秆还田与免耕结合的田间管理方式提高了土壤氮素损失潜力。     

水分管理对Cd-Pb-Zn污染土壤有效态及水稻根际细菌群落的影响

在镉-铅-锌污染土壤上,为了探究水稻根际细菌群落多样性及结构在不同水分条件下的动态变化,采用高通量测序技术,研究了连续淹水(CF)和干湿交替(IF)两种水分模式下,镉-铅-锌复合污染的农田土壤在水稻分蘖期和成熟期根际区细菌群落组成和多样性,以揭示水稻根际区细菌群落在两种水分调控下的响应机制。研究结果表明,水分管理对土壤中Cd、Pb、Zn、Ni有效性和有效N和P含量影响显著。在水稻分蘖期,CF处理Cd、Pb、Zn、Ni有效性显著高于IF处理;到了成熟期,其Cd、Pb、Zn含量显著低于IF土壤。有效N含量在水稻分蘖期,CF处理土壤显著高于IF处理;而在两个生长时期,IF处理的有效P含量均显著高于CF处理土壤。水分管理对细菌群落α多样性影响主要表现在水稻分蘖期,主要是不同水分条件和土壤理化性质共同作用的影响。细菌群落丰度组成在水稻两个生育时期表现均有差异。在水稻分蘖期,淹水处理下的肠杆菌科(Enterobacteriaceae)和莫拉菌科(Moraxellaceae)的相对丰度高于干湿交替处理,其丰度与土壤Zn、Ni和Pb有效量之间呈显著正相关;干湿交替处理Planococcaceae群落相对丰度高于淹水处理,其丰度与有效P之间呈正相关。到了成熟期,在淹水环境下地杆菌科(Geobacteraceae)和粘球菌(Myxococcaceae)的相对丰度高于干湿交替处理,地杆菌科(Geobacteraceae)的丰度与有效P之间呈负相关。在植稻初期,土壤重金属的有效性是影响细菌群落结构的主要因素,随着植稻时间的延长,土壤养分转而成为决定根际细菌群落变动的关键因素。