稻–虾共作模式对涝渍稻田土壤微生物群落多样性及 土壤肥力的影响

研究了稻–虾共作模式对涝渍稻田土壤微生物群落功能多样性及土壤肥力的影响。结果表明,稻–虾共作模式的土壤平均颜色变化率(AWCD值)在0~50 cm土层均高于中稻单作模式,其中在25~50 cm土层中土壤AWCD值达到显著差异。0~25 cm土层,相对于中稻单作模式,稻–虾共作模式的土壤微生物群落Mc Intosh指数显著增加,且其微生物对胺类和酸类的利用率显著提高;而25~50 cm土层,稻–虾共作模式的土壤微生物群落Shannon指数和Mc Intosh指数均显著高于中稻单作模式,其土壤微生物对糖类、醇类和酸类的利用率较中稻单作模式显著提高;主成分分析表明对碳源利用主成分起分异作用的碳源为糖类和酸类。稻–虾共作模式的土壤有机碳和全氮含量在25~50 cm土层显著低于中稻单作模式,其土壤有机碳和全氮含量较中稻单作模式分别下降了41.8%和34.8%,0~25 cm土层不同模式的土壤养分无显著差异。由上可知稻–虾共作模式提高了土壤微生物的活性以及群落功能多样性,尤其对底层土壤的影响尤为显著,但降低了底层土壤的有机碳和全氮含量。     

长期稻虾共作模式提高稻田土壤生物肥力的机理

  【目的】  长期稻虾共作是提高稻田肥力的有机生态途径。研究该模式对稻田土壤有机碳库和土壤酶活性的影响,为该模式的可持续应用提供理论依据。  【方法】  基于连续10年 (2005—2015) 中稻单作和稻虾共作的田间定位试验,于2015年10月中旬水稻收获后,按照0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 土层采集土样,分析不同土层中总有机碳 (total organic carbon,TOC)、土壤微生物量碳 (microbial biomass carbon,MBC)、可溶性有机碳 (dissolved organic carbon,DOC)、易氧化有机碳 (easily-oxidized organic carbon,EOC) 和颗粒有机碳 (particulate organic carbon,POC) 含量,测定不同土层土壤水稳性团聚体中有机碳的含量,计算了土壤碳库管理指数,同时分析了与土壤碳、氮和磷代谢有密切关系的纤维素酶、蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性。  【结果】  1) 相对于中稻单作,稻虾共作显著增加了各土层中TOC、POC和DOC含量,增加30—40 cm土层中MBC含量以及10—40 cm土层中EOC含量;2) 稻虾共作显著提高了10—30 cm土层中土壤碳库管理指数,碳库管理指数在10—20 cm和20—30 cm土层中较中稻单作模式分别提高了52.7%和58.2%;3) 稻虾共作模式下,0—20 cm土层中小于0.053 mm粉–黏团聚体的有机碳含量显著高于中稻单作模式,而在20—30 cm土层各粒级团聚体的有机碳含量均显著高于中稻单作模式;4) 与中稻单作相比,稻虾共作土壤脲酶活性在10—20 cm土层显著降低了16.7%,而在20—30 cm土层纤维素酶活性显著提高了28.0%;5) 除DOC外,TOC、POC、MBC与纤维素酶、蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均呈显著正相关。  【结论】  长期稻虾共作提高了稻田土壤有机碳及其活性组分含量,特别是提高了20—30 cm土层纤维素酶活性,促进了根茬等有机物的分解,提高了该层次各粒级团聚体内的有机碳含量,改善了土壤结构,加大了水稻根系的下扎深度,改善了固持速效养分的能力,从而提升了稻田土壤生物肥力。     

稻虾共作模式对涝渍稻田土壤理化性状的影响

稻虾共作模式是一种以涝渍水田为基础,以种稻为中心,稻草还田养虾为特点的复合生态系统。本文通过10年(2005—2015年)定位试验,以中稻单作模式为对照,研究了稻虾共作模式对0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm和30~40 cm土层土壤理化性状以及水稻产量的影响;采用投入产出法,评估了稻虾共作模式的经济效益。结果表明,长期稻虾共作模式显著降低了15~30 cm土层的土壤紧实度,其在15 cm、20 cm、25 cm和30 cm处的土壤紧实度较中稻单作模式分别降低了20.9%、29.9%、24.8%和14.7%。长期稻虾共作模式提高了0~40 cm土层中0.25 mm水稳性团聚体数量、平均质量直径和几何平均直径,但降低了0~20 cm土层的团聚体分形维数。相对于中稻单作模式,长期稻虾共作模式显著提高了0~40 cm土层有机碳、全钾和碱解氮含量,0~30 cm土层全氮含量,0~10 cm土层全磷和速效磷含量以及20~40 cm土层速效钾含量。稻虾共作模式显著降低了0~10 cm土层还原性物质总量,但提高了20~30 cm土层土壤还原性物质总量。稻虾共作模式的水稻产量较中稻单作模式显著提高,增幅为9.5%,其总产值、利润和产投比较中稻单作模式分别增加了46 818.0元?hm-2、40 188.0元?hm-2和100.0%。可见稻虾共作模式改善了土壤结构,增加了土壤养分,提高了水稻产量以及经济效益,但增加了10 cm以下土层潜育化的风险。     

稻虾共作对稻田土壤nirK反硝化微生物群落结构和多样性的影响

稻虾共作是水稻种植与克氏螯虾共作形成的互利共生的稻田种养复合生态模式。目前对稻虾共作模式稻田反硝化微生物多样性和群落结构的影响尚不清楚。本研究以江汉平原常规中稻模式(MR)为对照,设置连续3年(2014—2016年)稻虾共作模式(CR)为处理,通过特异引物提取中稻抽穗期稻田土壤nirK基因,采用Illumina Miseq高通量测序技术,探讨稻虾共作模式对稻田土壤nirK反硝化微生物多样性和群落结构的影响。结果表明:稻虾共作模式显著提升水稻抽穗期稻田土壤中硝态氮、全氮及全碳的含量,对土壤碳氮比、碱解氮和铵态氮含量没有显著影响。稻虾共作模式显著增加稻田土壤nirK基因微生物的丰富度指数,但对nirK基因微生物的多样性指数影响不显著。稻虾共作模式改变了nirK基因微生物在目、科、属、种水平的群落组成,较常规中稻模式,稻虾共作模式在各分类水平组成类群均减少;稻虾共作模式较常规中稻模式改变了目的种类,对共有目相对丰度没有显著性改变。RDA分析表明稻虾共作模式对土壤nirK基因菌群的群落结构有一定的改变,但稻虾共作模式与常规中稻模式在群落结构上仍保留着一定的相似性。硝态氮含量是影响nirK反硝化细菌群落结构的主效因子。可见,稻虾共作模式对微生物多样性指数没有显著影响,但显著增加了微生物丰富度指数,改变了稻田土壤nirK反硝化微生物在目、科、属、种的群落结构。     

稻虾共作模式对稻田土壤细菌群落结构与多样性的影响

通过研究稻虾共作模式下0 ~ 60 cm土层土壤细菌群落结构与多样性,明确该模式下稻田土壤细菌的群落特征,旨在为研究稻虾共作模式下稻田土壤养分循环提供理论依据。依托湖北省潜江市白鹭湖农场15年定位试验,采集0 ~ 10 cm、10 ~ 20 cm、20 ~ 30 cm、30 ~ 40 cm、40 ~ 50 cm和50 ~ 60 cm土层土样,采用高通量测序技术分析土壤细菌群落结构和多样性,并研究土壤细菌群落特征与土壤理化性状的关系。与中稻单作模式相比,长期稻虾共作模式显著提高了0 ~ 10 cm和20 ~ 40 cm土层有机碳（TOC）含量、0 ~ 30 cm土层全氮（TN）含量、0 ~ 20 cm和30 ~ 40 cm土层全磷（TP）含量以及10 ~ 40 cm土层有效钾（AK）含量。长期稻虾共作模式后土壤细菌的群落组成发生了改变,显著提高了土壤中绿弯菌门、拟杆菌门、硝化螺旋菌门和芽单胞菌门的相对丰度,降低了蓝细菌门、放线菌门和疣微菌门的相对丰度;同时,稻虾共作模式显著提高了10 ~ 20 cm和30 ~ 50 cm土层细菌的物种丰富度和多样性,但降低了0 ~ 10 cm土层细菌的丰富度。相关性分析表明,TOC、TN、AP和AK是影响稻虾共作模式土壤中细菌群落结构及多样性的主要因素。长期稻虾共作模式改变了稻田土壤理化性状,改变了土壤细菌的群落组成,提高了深层土壤的细菌物种丰富度和多样性。     

不同有机肥处理对紫色土油茶林土壤微生物碳源利用的影响

微生物群落碳代谢功能多样性对土壤管理具有重要指示作用,以福建省宁化县紫色土水土侵蚀区油茶人工林不同坡位土壤为研究对象,采用Biolog技术对天然有机物料有机肥(T1)、有机无机复合肥(T2)、禽畜粪便有机(T3)共3种有机肥处理以及不施肥处理(CK)下的土壤微生物碳源利用能力进行了研究。研究结果显示:T1、T2、T3处理下不同坡位土壤的吸光值平均颜色变化率(AWCD)相比于施肥前都有所增加,而CK处理土壤AWCD值无显著变化,不同处理下土壤AWCD值提高的大小顺序表现为T2T1T3CK;Shannon多样性指数、Simpson优势度指数以及McIntosh优势度指数大小顺序均表现为T2T1T3CK;相同处理下不同坡位土壤AWCD值、Shannon多样性指数、Simpson优势度指数以及McIntosh均匀度指数大小顺序总体呈现下坡中坡上坡;Shannon指数与土壤容重和自然含水率呈极显著或显著负相关,与pH值、全碳和全氮含量呈极显著或显著正相关;McIntosh指数与土壤容重、自然含水率、pH值、全碳和全氮含量呈极显著或显著正相关;氨基酸类是各处理后土壤微生物利用的主要碳源类型,主成分分析表明T1、T2、T3处理下土壤微生物对6类碳源利用能力相比于对照具有较大差异,T1和T3处理对于6类碳源的利用具有相似性,T2处理与T3处理之间对于6类碳源利用差异主要在于碳水化合物类碳源。综上,有机无机复合肥的施入更有利于紫色土丘陵区油茶人工林土壤微生物碳源利用能力的提高,以上结论可为制定紫色土丘陵区合理施肥制度的设置、农业优化管理措施提供依据。     

生草对渭北旱地苹果园土壤有机碳组分及微生物的影响

在渭北旱地苹果园行间播种毛苕子（Vicia villosa）、白三叶（Trifolium repens）、黑麦草（Lolium perenne）和早熟禾（Poa pratensis）,以清耕为对照,对0100 cm土层的土壤有机碳各组分及微生物群落功能多样性进行研究。结果表明,行间生草可显著增加040 cm土层土壤的总有机碳（TOC）、颗粒有机碳（POC）、轻质有机碳（LFOC）、易氧化有机碳（ROC）、可溶性有机碳（DOC）和微生物量碳（MBC）,豆科牧草毛苕子和白三叶的各有机碳含量总体上高于禾本科牧草黑麦草和早熟禾。其中在020 cm土层中,豆科牧草的TOC含量平均每年增加约1.2 g/kg,禾本科牧草每年增加约0.9 g/kg。生草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）均高于清耕处理,其中豆科牧草的微生物活性更高。因此,生草可以提高土壤有机碳各组分的含量、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,豆科牧草毛苕子和白三叶提高效应更加明显。     

油葵与光果甘草间作对根际土壤酶活性及微生物 功能多样性的影响

通过盆栽试验,研究了新葵10号油葵与光果甘草间作对盐碱地根际土壤酶活性和微生物群落功能多样性的影响,以期为盐碱地的改良提供依据。结果表明,与单作模式相比,间作显著提高了根际土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和蛋白酶的活性。在144 h的温育期内,间作模式下的AWCD均高于单作模式,并显著提高了AWCD的利用率(72 h,P0.05)。与单作模式相比,间作显著提高了微生物多样性指数(S、H)。主成分分析表明,间作优化了盐碱土壤微生物群落组成;羧酸类化合物、聚合物、氨基酸和碳水化合物是间作模式下根际土壤微生物利用的主要碳源。因此,新葵10号与光果甘草间作显著提高盐碱地根际土壤酶活性和微生物多样性指数,改变了微生物群落功能多样性,对盐碱土壤质量的改良有积极作用。     

黄顶菊(Flaveria bidentis)入侵对土壤微生物功能多样性的影响

外来植物入侵对土壤生物多样性的影响已成为生态学领域的研究热点之一。运用Biolog技术和氯仿熏蒸浸提法研究了黄顶菊入侵对土壤微生物群落功能多样性及土壤微生物量的影响。结果表明,黄顶菊入侵后土壤微生物代谢活性显著升高;土壤微生物群落平均吸光值(AWCD)的变化趋势为:入侵地根际土(RPS)入侵地根围土(BS)未入侵地(CK),且差异显著;而CK的功能多样性指数(H)高于BS,RPS亦高于BS,差异均显著(P0.05)。主成分分析结果表明,黄顶菊入侵使土壤微生物群落的碳源利用方式和代谢功能发生改变。对不同碳源利用的分析结果表明,糖类、氨基酸类、羧酸类和聚合物为土壤微生物利用的主要碳源。入侵样地BS和RPS的微生物量碳分别比CK高27.05%、121.52%;BS和RPS的微生物量氮分别比CK高37.40%、79.80%。相关性分析表明,AWCD与微生物量碳和微生物量氮均呈极显著正相关(P0.01)。由此可知,黄顶菊入侵增强了入侵地土壤微生物代谢活性,降低了土壤微生物群落的功能多样性,增加了土壤微生物量碳、氮水平。     

稻虾共作模式氮和磷循环特征及平衡状况

稻虾共作模式是我国长江中下游地区一种新兴的稻田复合种养生态模式,研究稻虾共作系统中氮（N）和磷（P）的循环特征及盈亏状况,对合理调控稻虾共作系统养分循环和平衡,指导系统N和P优化管理具有重要的意义。本文通过田间试验,采用投入产出法,以中稻单作模式作为对照,研究了稻虾共作模式下N和P的循环特征及平衡状况。结果表明：克氏原螯虾子系统N和P的输出/输入比分别为0.62和0.44,且子系统中N和P以饲料输入最大,占总输入的92.9%和96.4%,以成虾N和P输出最大,分别占总输出的53.3%和59.5%;在目前投入水平下,两种模式土壤子系统中N和P表观平衡均出现盈余,且稻虾共作模式土壤子系统N的盈余量高于中稻单作模式,而P的盈余量则低于中稻单作模式;稻虾共作模式和中稻单作模式的N和P输出/输入比均小于1,且稻虾共作模式的N和P输出/输入比均小于中稻单作模式;稻虾共作模式增加了土壤截存的N和P量,其土壤截存的N和P量较中稻单作模式分别提高49.2 kg·hm^-2和9.1 kg·hm^-2;稻虾共作模式提高了系统N和P表观损失量,其系统N和P表观损失量较中稻单作模式分别提高10.2 kg·hm^-2和1.0 kg·hm^-2。可见稻虾共作模式降低了N和P输出/输入比,促进了土壤中N和P的累积,但增加了系统N和P表观损失量。     

不同植被类型对不同土层黑土土壤微生物群落功能多样性的影响

土壤微生物群落功能多样性对评估土壤生态系统稳定性具有重要作用.本文采用Biolog方法,对比研究长期不同植被类型:自然恢复(GL)、农作物(AL)、人工林(FL)及无植被覆盖(BL)对表层(0～15 cm)和亚表层(15～35 cm)土壤微生物群落功能多样性的影响.结果表明:不同土层土壤微生物的平均颜色变化率(AWCD...     

虾稻共作对稻田土壤线虫群落结构的影响

农业生态系统利用种间互惠将种植业与养殖业相结合,既能提高农作物产量,也能减少化肥农药等对环境的危害。本研究以土壤线虫作为指示生物,研究外来物种克氏原螯虾与水稻种养结合模式对稻田土壤生态系统的影响,为虾稻共作模式下稻田生态系统的健康和可持续利用提供依据。通过比较水稻单作和虾稻共作,分别在水稻分蘖期、抽穗期和成熟期采集土壤样品,分析土壤线虫群落结构。结果表明:与水稻单作相比,虾稻共作土壤中食细菌线虫的百分比较高(分蘖期增加了26.52%,抽穗期增加了19.85%,成熟期增加了32.65%),同时机会主义cp1线虫类群所占百分比较高(分蘖期增加了31.13%,抽穗期增加了24.91%,成熟期增加了19.49%),说明虾稻共作生态系统中农田土壤养分循环较快,土壤呈养分富集。但是,虾稻共作农田土壤中捕食杂食性线虫、cp3~5线虫类群百分比较低(P0.05),同时成熟度指数也显著低于水稻单作。因此,在克氏原螯虾的影响下,稻田土壤食物网趋于简化,土壤的生物稳定性有下降趋势,故需要进一步加强虾稻共作对稻田土壤健康长期影响的监测和研究。     

Metabolic characteristics of microbial communities of Aeolian sandy soils induced by saline water drip irrigation in shelter forests

The microbial metabolic activities of soils sampled at eight depths (0–5, 5–15, 15–30, 30–50, 50–70, 70–100, 100–150 and 150–200 cm) in shelter forests (comprising the tree species, Haloxylon sp.) along the Tarim Desert Highway under drip irrigation with different saline waters were investigated by using Biolog technology. Variance analysis and principal component analysis were conducted. The average well colour development (AWCD) values for single carbon source use by microorganisms increased with the incubation time. The microorganisms reached a lag phase within 24 hours of incubation and entered exponential and stationary phases after 48 and 216 hours of incubation, respectively; however, the death phase was not obvious. As the salinity of drip irrigation water increased, the AWCD values significantly decreased; the AWCD value in the land drip‐irrigated with lowest saline water (S8) was roughly 20% larger than that of the land drip‐irrigated with highest saline water (S1), which was mainly caused by the differences in the use of carboxylic acids, amino acids and phenolic compounds by soil microorganisms. The vertical differences in carbon source utilization by soil microbial communities were obvious: these may be caused by the vertical differences in soil organism abundance associated with distribution of roots in the shelter forest. The largest and smallest AWCD values were noted in the 70–100‐cm soil layer and 0–5‐cm topsoil layer, respectively. The correlation coefficients between the AWCD values and soil organic matter, total nitrogen, total phosphorus, total potassium, available potassium, available phosphorus, pH, cation exchange capacity and bulk density were > 0.85. Thus, the differences in carbon source metabolism activities of soil microorganisms were caused mainly by the soil chemical properties, with total nutrients being the main driving factor. Furthermore, the amounts of carboxylic acids, amino acids and polymers provided sensitive markers for distinguishing the ability of soil microorganisms to use carbon sources under drip irrigation with different saline waters. Saline water irrigation affected the soil microbial community in shelter forest and produced obvious differences among the shelter forests irrigated with different saline waters.     

高寒草甸土壤微生物功能多样性对氮肥添加的响应

采用Biolog-ECO生态板法研究了4个施N水平[0 g/m²（CK）,10 g/m²（N₁₀）,20 g/m²（N₂₀）,30 g/m²（N₃₀）]下土壤理化性质和微生物功能多样性的变化规律。结果表明:中高水平氮肥添加显著增加了速效氮、速效磷含量和根土比,但降低了土壤含水量。施N肥0-10 cm土层平均颜色变化率降低,而10-20 cm土层则被提高,且N₂₀最大。施N肥后降低了0-10 cm土层土壤微生物Shannon-Wiener指数、Pielou指数和McIntosh指数,但10-20 cm土层则被提高。PCA分析表明,施N肥改变了土壤微生物代谢功能类型,糖类、氨基酸、酸类是土壤微生物主要利用的碳源类型。RDA分析表明,在0-10 cm土层,土壤含水量和全氮是影响土壤微生物功能多样性的主要因子,而10-20 cm土层主要受土壤含水量和速效磷的影响。综上,施N肥增加了土壤的有效养分含量,进而改变土壤微生物功能多样性、碳源利用能力和数量。     

川西北高寒草甸土壤微生物功能多样性对磷(P)添加的响应

研究高寒草甸添加不同磷(P)肥梯度对土壤养分状况与土壤微生物的影响,探明土壤养分变化和微生物功能多样性的差异及其互作关系。采用常规实验室分析和Biolog-ECO生态板法,研究了0 g m~(-2)(CK),10 g m~(-2)(P10),20 g m~(-2)(P20),30 g m~(-2)(P30)4个施P肥水平下土壤养分及土壤微生物功能多样性的变化规律。结果表明:P肥显著增加高寒草甸的速效养分、全磷和全钾的含量,但对有机质、全氮和pH无显著影响。AWCD值在表层(0~10 cm)无显著变化,但深层(10~20 cm)则为P20>P30>P10>CK。土壤微生物多样性在表层随施肥量增加而降低,而深层随施肥量增加而升高。主成分分析表明,氨基酸类、胺类、酯类是土壤微生物利用的主要碳源类型,其中在表层糖类和酯类随施肥量增加而降低,而深层碳源利用均在P20处理下显著提高。冗余分析表明,土壤速效氮、速效磷和速效钾含量是影响高寒草甸土壤微生物功能多样性和代谢活性的主要因子。因此,在退化高寒草甸适量添加P肥有利于生态系统的恢复重建。