水稻土微生物生物量的测定方法

土壤微生物生物量常被作为植物所需营养元素的转化因子和资源库而日益受到人们的重视^[1]。而测定土壤微生物生物量的方法当首推氯仿熏蒸一培养法^[2]。该法是根据被杀死的微生物细胞因矿化作用而释放的CO₂量的激增来估计微生物生物量的。     

氮素浓度和水分对水稻土硝化作用和微生物特性的影响

为了明确不同氮素浓度和水分对土壤硝化作用和微生物特性的影响,特别是高氮素浓度下的响应特异性,以红壤水稻土为供试土壤,设置4个硫铵用量水平[0(CK)、120 mg(N).kg-1(A1)、600 mg(N).kg-1(A2)、1 200 mg(N).kg-1(A3)],调节土壤水分为饱和持水量(WHC)的40%、60%和80%,研究了短期内不同氮素浓度和不同水分条件下土壤硝化作用、微生物生物量碳和微生物功能多样性的变化。结果表明:在40%、60%和80%WHC水分条件时,硫铵A2、A3浓度处理土壤硝化率和硝化速率普遍较低,硫铵A1浓度处理硝化率和硝化速率随土壤含水量的升高而升高;同含水量时随硫铵用量的升高而显著降低。在40%、60%和80%WHC水分条件时,微生物生物量碳随硫铵浓度的升高而降低;同浓度硫铵用量水平时,微生物生物量碳的变化基本表现为:60%WHC80%WHC40%WHC。分析发现不同水分和硫铵处理之间存在交互作用。BIOLOG分析显示:不同氮素浓度和不同水分处理,60%WHC下A1处理的平均吸光值(AWCD)和Shannon、Simpson、McIntosh指数最大,其次为60%WHC的硫铵CK处理,而不同水分下硫铵A2、A3处理,其AWCD值和Shannon、Simpson、McIntosh多样性指数都较低,进一步说明过量施肥导致微生物活性降低。不同氮素浓度和水分条件下土壤微生物和生化性状不同,过量施用化肥后将有可能造成土壤微生物性状和生化功能衰减。     

不同配方施肥对长期缺施钾肥的红壤性水稻土微生物特性的影响

为了验证平衡施肥对长期缺施钾肥的南方红壤性水稻土的修复效果,通过2年盆栽试验,以五种不同施肥处理（NPK、NPKSi、NPKOM、NPhK、NPhKOM）,研究了长期缺施钾肥的水稻土的微生物特性,结果发现,在对照（NPK）基础上增施硅肥（NPKSi）、钾肥（NPhK）能促进细菌和放线菌数量的增长,提高微生物活度,加速微生物量N、P的转化,同时也能提高微生物量C。相反,在淹水条件下配施有机肥（NPKOM）,由于降低了水稻根际环境的氧化还原电位,使根际微生物生长萎缩,微生物活度、微生物量C无显著提高;虽然土壤微生物量N、P随之增加,但有机N的矿化减弱,植株可吸收的有效态养分减少。增施钾肥的同时配施有机肥（NPhKOM）具有增施钾肥的优点,即可提高微生物活度、提高微生物量C,加速有机N、P的矿化,但同时也会减少微生物数量。因此在缺钾水稻土的修复实践中,常规施肥的基础上对水稻增施硅肥、钾肥应是有效举措,而配施有机肥则须谨慎:有机肥或须适量酌施,或须结合增施钾（硅）肥。     

添加秸秆碳源对土壤微生物生物量和原生动物丰富度的影响

为了研究引入秸秆碳源对根结线虫(Meloidogyne spp.)病害严重土壤中微生物生物量和原生动物的影响, 以番茄为供试作物, 设置4个梯度的小麦秸秆添加量[CK(0 g·kg^-1), 1N(2.08 g·kg^-1)、2N(4.16 g·kg^-1)和4N(8.32 g·kg^-1)], 研究不同种植时间(6个月和4个月)下土壤微生物生物量碳、氮和原生动物丰度的变化。研究结果表明: 添加秸秆对微生物生物量碳、氮和原生动物丰富度有明显促进作用, 添加的秸秆量越多, 这种促进作用越明显。不同秸秆添加量处理中, 微生物生物量碳、氮和原生动物丰度为: 4N>2N>1N>CK。秸秆对原生动物的群落结构也有显著影响, 在各处理中, 鞭毛虫和肉足虫占有绝大比例, 分别占总丰度的29.44%和66.19%, 纤毛虫仅占4.37%。在相同添加秸秆量条件下, 土壤原生动物丰度随种植时间的延长而提高, 而微生物生物量碳、氮量随种植时间的延长而降低。而在种植时间相同条件下, 随着秸秆量的增加土壤微生物生物量碳、氮量和微生物生物量碳氮比和原生动物总丰度相应增加。     

单季不施氮肥对太仓水稻土的微生物功能多样性的影响

氮肥的过量施用在浪费资源的同时也污染了环境,单季不施N肥是太仓地区探索的减少N肥施用量方法中的一种。本文通过比较短时期的单季不施N肥区和常规施肥区中土壤中微生物的数量和群落水平的功能多样性指数来研究单季不施N肥对土壤质量的影响。结果表明:细菌、真菌、放线菌的数量在两种施肥方式下没有显著差异;BIOLOG平板法获得的平均吸光度、多样性指数Shannon指数H’和Simpson指数的变型G在两种施肥方式下没有显著差异;主成分分析(PCA)在95种因子中提取的3个主成分因子,尽管主成分因子2在两种施肥方式下略有差别,主成分因子1和3却无法区分两种施肥方式。这说明短时期的单季不施N肥不会对土壤中微生物数量造成影响,对土壤微生物功能多样性也仅对细微有影响。     

长期不同施肥条件下红壤性水稻土微生物群落结构的变化

以位于江西省红壤研究所内长期定位试验的水稻土(始于1981年)为研究对象,运用磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid,PLFA)和BIOLOG分析技术研究了不施肥(CK)、单施化肥(NPK)及有机肥与化肥混施(NPKM)三种施肥方式对土壤微生物群落结构的影响。结果表明:长期施化肥和有机肥与化肥混施处理的PLFA总量均高于未施肥处理,两者分别较未施肥处理高91%和309%;PLFA主成分分析(PCA)显示施肥促进了土壤微生物群落结构的变化,其中NPKM处理增加了革兰氏阴性细菌(G-细菌)、真菌、放线菌和原生动物的数量,NPK处理增加了革兰氏阳性细菌(G+细菌)的数量,不施肥处理较施肥处理提高了真菌/细菌比例,CK和NPK处理的微生物群落结构更为相似;各施肥处理间土壤的AWCD值(平均每孔颜色变化率,average well color development,AWCD)表明,NPKM处理能够促进土壤微生物群落对碳源的利用能力,进而增加土壤中微生物的整体活性,而NPK处理减弱了土壤微生物的活性。代谢功能多样性分析同时表明,NPKM处理增加了微生物群落的多样性,而NPK处理使土壤微生物的多样性降低;土壤PLFA与土壤养分的相关性分析显示,土壤总PLFA量与土壤有机质和全氮呈极显著相关(p0.01),与速效养分相关性不大。     

磷供应对玉米根际微生物碳源利用和功能多样性的影响

磷有效性能够改变根分泌物的组成和数量,调节土壤微生物的群落结构和多样性,但磷添加如何影响土壤微生物碳源利用和功能多样性尚不清楚。本研究通过盆栽土培试验,设置2个磷处理[低磷5.7 mg(P)?kg?1和高磷200 mg(P)?kg?1],以生长35 d的玉米根际土壤为研究对象,采用Biolog微平板法,分别在培养后240 h内每隔24 h检测具有31种不同碳源的微孔溶液颜色变化,揭示磷供应对玉米根际微生物碳源利用模式和功能多样性的影响。结果表明:随着培养时间的延长,土壤微生物对土壤碳源的利用呈现增加的趋势,直至碳源消耗殆尽;高磷供应显著增加了玉米根际土壤微生物群落平均颜色变化率(average well color development,AWCD),提高了对糖类及其衍生物、氨基酸和代谢产物的利用,但没有显著提高对脂肪酸和脂类的利用;在培养前72 h内,高磷供应显著增加了玉米根际微生物多样性指数、优势度指数和均匀度指数,但培养72 h后,磷供应对其没有显著的影响。主成分分析结果表明,提取的前3个主成分解释了75.15%的碳源利用,高磷和低磷处理具有显著不同的土壤微生物碳源利用模式。总之,糖类及其衍生物、氨基酸和代谢产物是玉米根际土壤微生物利用的主要碳源,短期磷添加能够显著增加土壤微生物对碳源的利用,在一定程度上能够提高土壤微生物群落功能多样性。     

外源芘的添加对水稻土微生物群落多样性的影响

采用磷脂脂肪酸(PLFA)生物标记法和聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术,研究了外源芘的添加对土壤中微生物群落结构和遗传多样性的影响。结果表明,在培养1~15d内,添加芘的土壤中脂肪酸总量高于未添加芘的对照组;而培养30d时,添加芘的土壤中脂肪酸总量低于对照组。芘的添加增加了土壤中真菌、放线菌和革兰氏阴性菌的脂肪酸含量,减少了革兰氏阳性菌的脂肪酸含量,并改变了土壤中细菌群落的遗传多样性。多样性指数在培养15d时最低,而到培养30d时达到最大值,其变化可能与土壤中外源芘的降解有关。     

红壤区不同肥力水稻土根际硝化作用特征

通过根际培养箱(三室)——速冻切片技术研究了红壤地区高、低两种肥力下水稻苗期根表、根际和土体土壤矿质态氮含量和硝化强度,以及水稻生长、氮素积累的差异。结果表明,肥力水平对水稻根表和根际土壤铵态氮(NH4+-N)含量无显著影响,但高肥力显著提高土体土壤NH4+-N含量,以及根表、根际和土体土壤硝态氮(NO3--N)含量及硝化强度。两种肥力水稻土硝化强度最大值均出现在距根表2 mm处,分别为0.20和0.31μmol kg-1 h-1。土体土壤硝化强度随距根表距离增加而降低,低肥力土壤在距根表10～40mm处时硝化强度接近本底值,而高肥力土壤在距根表20～40 mm处时接近本底值。与不种水稻的CK相比,种植水稻显著提高根际土壤硝化强度。高肥力能显著改善水稻生长,增加植株氮素积累量,尤其显著促进根系生长及通气组织发育。由于红壤稻田肥力水平的差异造成水稻根际硝化强度以及水稻吸收NO3-的差异,导致高肥条件下水稻显示出更强的生长势和氮素吸收利用能力。因此,合理提高红壤稻田肥力水平对改善红壤区水稻根际土壤硝化作用及水稻氮素营养具有重要意义。     

生物炭用量对塿土微生物量及碳源代谢活性的影响

目的研究果树树干、枝条制成的生物炭添加4～5年后,其添加量对土微生物量及碳源代谢活性的影响,为生物炭改良土的合理应用提供数据支撑和理论依据。方法基于陕西关中土的长期田间试验,采用氯仿熏蒸—浸提法及Biolog-ECO检测法,研究了生物炭不同添加量 (0、20、40、60、80 t/hm2) 下冬小麦不同生育期土壤微生物量C、N、P、C/N的动态变化及土壤微生物的碳源代谢活性。结果当生物炭添加量为40～60 t/hm2时,显著提高了土壤微生物量碳;当生物炭添加量 ≥ 40 t/hm2时,显著提高了土壤微生物量C/N;添加生物炭对土壤微生物量N、P没有显著影响。当生物炭添加量为20 t/hm2时,显著增加了土壤微生物量碳的季节波动;当生物炭添加量为40～60 t/hm2时,显著增加了土壤微生物量C/N的季节波动;当生物炭添加量为20～60 t/hm2时,显著降低了土壤微生物量P的季节波动;添加生物炭对土壤微生物量N的季节波动没有显著影响。添加生物炭对土壤微生物碳源代谢活性没有显著影响,但高量生物炭的添加有降低土壤微生物整体代谢活性的趋势。当生物炭添加量为60 t/hm2时,显著降低了土壤丰富度指数,显著提高了均匀度指数;当生物炭添加量 ≥ 60 t/hm2时,显著降低了Shannon-Wiener指数、Simpson指数。添加生物炭对土壤微生物利用糖类、氨基酸类、多聚物类、多酚化合物类、多胺类碳源的利用率没有显著影响,但生物炭添加量为60 t/hm2时,土壤微生物显著降低了对羧酸类碳源的利用率;糖类、羧酸类、氨基酸类是土中微生物比较偏好、利用率较高的碳源。结论生物炭添加4～5年后,在第7季作物冬小麦生育期内,其不同添加量对土壤微生物量及微生物功能多样性的影响依然有显著的差异。生物炭添加量为40 t/hm2时,可以显著提高土壤微生物量碳和C/N,显著降低土壤微生物量磷的季节波动;生物炭添加量大于40 t/hm2时,土壤微生物的整体代谢活性,表征土壤微生物功能多样性的丰富度指数、Shannon-Wiener指数、Simpson指数,土壤微生物对糖类、氨基酸类、多胺类碳源的利用率均呈现降低趋势。因此,生物炭添加量必须控制在合理的范围内,避免对土壤产生不良影响。     

绿肥压青对粉垄稻田土壤微生物量碳和有机碳累积矿化量的影响

绿肥压青还田是调控现代集约化稻田土壤逆境的重要手段,为评估绿肥压青下粉垄耕作对稻田土壤微生物量碳和土壤有机碳累积矿化量的影响,设置早稻粉垄耕作与常规耕作2种耕作模式,不施肥和同等肥力条件下施化肥、单倍绿肥配施化肥和双倍绿肥配施化肥4种施肥处理,晚稻免耕常规施用化肥,开展双季稻周年大田应用试验。结果表明:单倍绿肥压青下,粉垄耕作能提高稻田土壤微生物量碳含量,可达常规耕作的2倍,能有效增加微生物对土壤碳素的利用率。增加绿肥压青量会提高粉垄耕作稻田土壤有机碳累积矿化量和矿化潜力,与施用化肥相比,单倍绿肥压青下早晚稻分别增加1.6%～32.8%和0.6%～16.6%,双倍绿肥压青下分别增加58.6%～70.9%和29.6%～38.4%。粉垄单倍绿肥压青会降低免耕晚稻齐穗期、收获期土壤呼吸强度,较常规耕作分别降低33.4%和38.7%,较粉垄耕作其他处理降低8.5%～31.4%。单倍绿肥压青下粉垄稻田土壤代谢商较常规耕作累积降低65.5%,与常耕相比,粉垄双倍绿肥压青和粉垄单一化肥的土壤代谢商分别累积增加20.3%和159.2%,粉垄双倍绿肥压青可有效缓解土壤代谢商的提升。微生物量碳含量与有机碳矿化激发效应呈负相关,绿肥压青还田下相关系数达0.44;累积矿化量和代谢商呈极显著正相关,粉垄耕作下相关系数达0.59。可见,绿肥粉垄耦合的模式可作为一种增加稻田土壤微生物量碳含量、减少部分生育时期土壤呼吸强度,增强土壤碳库稳定性及碳固持的重要调控技术措施。     

长期冬种绿肥对红壤性水稻土微生物特性及酶活性的影响

以农业部衡阳红壤环境重点野外科学观测基地长期冬种绿肥稻田为平台,研究了双季稻种植区长期冬种绿肥下红壤性水稻土微生物特性及酶活性与土壤质量的关系,阐明了长期冬种绿肥翻压下土壤健康的微生物指标功能。研究分析了26年冬种不同绿肥的红壤性水稻土微生物学参数之间的差异及其提升土壤肥力的作用,结果表明,与冬季休闲处理相比,长期冬种绿肥翻压处理的微生物种群数量、微生物生物量碳(SMBC)、微生物生物量氮(SMBN)、土壤呼吸、脲酶、转化酶和脱氢酶活性都有所提高,代谢熵(qCO2)降低,以长期冬种紫云英翻压处理效果最明显。微生物种群数量、SMBC、脲酶、脱氢酶与土壤总有机碳(TOC)、全氮(TN)、速效氮(AN)、缓效钾(SLK)和速效钾(AK)呈显著或极显著相关;TOC,TN,AN,SLK,AK,微生物种群数量,脲酶、转化酶、脱氢酶活性与水稻产量呈显著正相关关系。长期冬种绿肥翻压能明显地改善红壤性水稻土的微生物特性与酶活性,提高土壤肥力。     

The microbial PLFA composition as affected by pH in an arable soil

The influence of soil pH on the phospholipid fatty acid (PLFA) composition of the microbial community was investigated along the Hoosfield acid strip, Rothamsted Research, UK - a uniform pH gradient between pH 8.3 and 4.5. The influence of soil pH on the total concentration of PLFAs was not significant, while biomass estimated using substrate induced respiration decreased by about 25%. However, the PLFA composition clearly changed along the soil pH gradient. About 40% of the variation in PLFA composition along the gradient was explained by a first principal component, and the sample scores were highly correlated to pH (R² = 0.97). Many PLFAs responded to pH similarly in the Hoosfield arable soil compared with previous assessments in forest soils, including, e.g. monounsaturated PLFAs 16:1ω5, 16:1ω7c and 18:1ω7, which increased in relative concentrations with pH, and i16:0 and cy19:0, both of which decreased with pH. Some PLFAs responded differently to pH between the soil types, e.g. br18:0. We conclude that soil pH has a profound influence on the microbial PLFA composition, which must be considered in all applications of this method to detect changes in the microbial community.     

Estimation of microbial biomass potassium in paddy field soil

Abstract

Potassium (K) in microbial cells, microbial biomass K, in soil has been recently recognized as a K pool for plant growth. We determined soil microbial biomass K in paddy fields to reveal its importance as a K pool in paddy field soil for the first time. Microbial biomass K ranged from 5 to 21 mg K kg^?1 in the soil samples periodically collected from a paddy field and the value corresponded to 41% of the exchangeable K on average. Both microbial biomass K and exchangeable K increased conspicuously due to the long-term application of livestock manure compost or rice straw compost. Biomass K was higher than exchangeable K under K-deficient conditions in the long-term experimental plots without K application. The present study revealed that the microbial biomass contained considerable amounts of K in paddy field soil, indicating the need for evaluation of the microbial biomass K as a source and a stock of K in soil that has been overlooked.     

Microbial biomass and C mineralization in agricultural soils as affected by atrazine addition

This study examines the effects of atrazine on both microbial biomass C and C mineralization dynamics in two contrasting agricultural soils (organic C, texture, and atrazine application history) located at Galicia (NW Spain). Atrazine was added to soils, a Humic Cambisol (H) and a Gleyic Cambisol (G), at a recommended agronomic dose and C mineralization (CO₂ evolved), and microbial biomass measurements were made in non-treated and atrazine-treated samples at different time intervals during a 12-week aerobic incubation. The cumulative curves of CO₂–C evolved over time fit the simple first-order kinetic model [Ct = Co (1 − e ^−kt )], whose kinetic parameters were quantified. Differences in these parameters were observed between the two soils studied; the G soil, with a higher content in organic matter and microbial biomass C and lower atrazine application history, exhibited higher values of the total C mineralization and the potentially mineralizable labile C pool than those for the H soil. The addition of atrazine modified the kinetic parameters and increased notably the C mineralized; by the end of the incubation the cumulative CO₂–C values were 33–41% higher than those in the corresponding non-added soils. In contrast, a variable effect or even no effect was observed on the soil microbial biomass following atrazine addition. The data clearly showed that atrazine application at normal agricultural rates may have important implications in the C cycling of these two contrasting acid soils.     

添加生物质炭对红壤水稻土有机碳矿化和微生物生物量的影响

通过室内培育试验,研究了添加生物质炭对江西红壤水稻土有机碳矿化和微生物生物量碳、氮含量的影响。结果表明:红壤有机碳矿化速率在培育第2天达最大值后迅速降低,培养7天后下降缓慢并趋于平稳;添加生物质炭降低了土壤有机碳的矿化速率和累积矿化量,培养结束时,不加生物质炭的对照处理中有机碳的累积矿化量分别比添加0.5%和1.0%生物质炭的处理高10.0%和10.8%。此外,生物质炭的加入显著提高了土壤微生物生物量,添加0.5%生物质炭处理的土壤微生物生物量碳、氮含量分别比对照高111.5%～250.6%和11.6%～97.6%,添加1.0%生物质炭处理的土壤微生物生物量碳、氮含量分别比对照高58.9%～243.6%和55.9%～110.4%。相同处理中,干旱的水分条件下(40%田间持水量)微生物生物量要高于湿润的水分条件(70%田间持水量)。同时,添加0.5%和1.0%的生物质炭使土壤代谢熵分别降低2.4%和26.8%,微生物商减少了43.7%和31.7%。     

生物有机肥对土壤微生物活性的影响

通过两次连续温室玉米盆栽试验,研究了施用具有调节微生物功能的生物有机肥对土壤微生物数量与活性的影响,并利用传统平板计数法与BIOLOGECO方法相结合研究生物有机肥对土壤微生物生态的影响。结果表明,与化肥相比,施用生物有机肥可显著提高土壤微生物中3大菌群的数量;AWCD值及微生物对不同碳底物利用水平的测定结果表明,施用生物有机肥可明显提高土壤微生物对碳源的利用率,尤其土壤中的羧酸、胺类和其他类碳源等。表明生物有机肥的施用能增加土壤微生物利用碳源能力,改善微生物营养条件,使微生物保持较高活性,提高土壤微生物多样性。     

Impact of carbon nanomaterials on microbial activity in soil

In this study, effects of an increase in concentration of fullerene-C_60, single-walled carbon nanotubes (SWCNTs), multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) or fullerene soot (FS) on overall microbial activity was investigated over a 21 d incubation period. Microbial utilisation of ¹⁴C-glucose and uptake of ¹⁴C-glucose into the microbial biomass was investigated. For CNM-amended soils, greater extents of ¹⁴C-glucose mineralisation were found in the C₆₀-amended soils compared to MWCNT-, SWCNT- or FS-amended soils. In addition, the 100 and 1000 mg kg⁻¹ were consistently found to have higher extents of mineralisation in C₆₀, MWCNT, SWCNT or FS-amended soils, respectively. Further, the incorporation of ¹⁴C-glucose into the microbial biomass declined slightly with an increase in concentration in the amended soils, but no consistent pattern was observed. As a result, the biophysical quotient (BQ) increased significantly (P < 0.05), as concentrations increased from 1 mg kg⁻¹ to 1000 mg kg⁻¹ in all C₆₀-, MWCNT-, SWCNT- and FS-amended soils. The results obtained from this study showed that the addition to carbon nanomaterials had no profound impacts on the overall microbial activity, and the overall influence of CNMs on soil microbial activity does not reveal a specific pattern in the short term.