局域尺度麦田土壤微生物群落构建过程及其驱动因素

为探究局域尺度麦田土壤微生物群落构建过程，本研究采集河南省济源市小麦种植户麦田土壤，应用高通量测序技术，研究局域尺度下麦田土壤细菌群落结构、群落构建过程及其影响因素。结果表明：①土壤细菌群落中优势菌门是酸杆菌门（Acidobacteria）和变形菌门（Proteobacteria）。通过曼特尔检验以及冗余分析发现有机质和全氮对细菌群落结构影响显著（P<0.05）。②细菌分子生态网络中不同细菌类群之间以合作关系为主，关键物种来自拟杆菌门（Bacteroidetes）、酸杆菌门和变形菌门。③细菌群落在系统发育上聚类，有机质和有效磷对细菌群落系统发育影响显著（P<0.05）。④确定性过程和随机性过程在细菌群落构建中的贡献率分别为74.59%和25.41%。⑤曼特尔检验发现最近物种指数（βNTI）值与有机质、全氮、全磷含量变化呈显著正相关（P<0.05）。有机质、全氮、全磷含量差异的增大导致细菌群落从同质性选择以及均质扩散向异质性选择过程的转变。综上所述，本研究发现确定性过程在局域尺度麦田土壤细菌群落构建中占主导地位，土壤有机质、全氮、全磷是影响细菌群落构建的关键环境因素。有机质和全氮还对细菌群落结构有显著影响。本研究有利于对局域尺度下麦田生态系统土壤微生物多样性形成机制的认识。     

土壤氮素转化的关键微生物过程及机制

土壤微生物群落组装与演替的机制一直是微生物生态学的研究热点,是生物多样性和生命共同体研究的核心,也是科学管理土壤微生物的基础,对充分挖掘和合理开发土壤微生物资源具有重要意义。本文系统梳理了土壤微生物群落组装的基本理论,分析了影响微生物群落组装的确定性过程与随机性过程之间平衡的因素,比较了自然生态系统和农田生态系统中土壤微生物群落组装过程的异同点,最后提出了微生物群落组装的理论和方法在农田生态系统中的应用潜力,为提升耕地质量和土壤生态系统功能提供重要的科学依据。

     

重金属复合污染对水稻土微生物生物量和群落结构的影响

以浙江富阳小冶炼厂附近水稻土为例,采用氯仿熏蒸法、稀释平板培养法和磷脂脂肪酸(PLFA)技术研究了重金属复合污染对水稻土微生物生物量和群落结构的影响。结果表明,自然状态下铜、锌、镉、铅复合污染降低了土壤微生物量。土壤微生物群落结构对重金属复合污染产生了响应,约41.82%的土壤微生物群落结构的改变可由重金属污染来解释。污染程度高的土壤中,含脂肪酸12∶0,i15∶0,i17∶0,18∶0,i16∶0,19∶0相对较高的微生物占优势,而在污染程度低的土壤中,含脂肪酸20∶2ω6,9 c,20∶0,16∶1ω9 c,a15∶0,a16∶0,18∶1ω7,10M e16∶0,10M e19∶0的相对含量较高的微生物占优势。反映在具体类群上,随着污染程度的增加,微生物向着Cm ic/Nm ic低、真菌相对含量增加,放线菌与革兰氏阴性菌含量相对减少的趋势发展。     

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。     

区域尺度下水稻土微生物群落对施肥的一致响应

揭示土壤微生物响应有助于指导田间管理措施对农田生态系统可持续性的影响，但区域尺度下的指示物种尚不明确。本研究以我国亚热带区的六个野外试验站为研究对象，探究长期施用化肥和有机肥对水稻土微生物的影响。研究首先通过降噪排除土壤微生物地理学分布引起的物种差异，随后分析发现长期施肥因增加土壤全氮、全磷和易降解有机质含量，使得土壤微生物群落发生一致变化，主要增加了绿弯菌门、变形菌门、酸杆菌门和绿菌门的相对丰度。与化肥相比，有机肥施用进一步增加了与大分子有机物转化相关，以及喜好富营养环境的物种，如拟杆菌门、厚壁菌门和β-变形菌纲、厌氧绳菌纲、褐藻菌纲。本文通过对我国亚热带区多个长期定位施肥试验土壤细菌群落进行研究，揭示了区域尺度下，2种典型施肥中较为普适的指示物种，以期通过微观世界的变化更好地指导宏观农业实践。     

番茄青枯病抑病土壤根际微生物群落特征及其抑制性传递机制

根际微生物在宿主植物抵御土传病害发生过程中发挥着重要作用。为探究抑病土壤与感病土壤根际微生物群落特征及其微生物群落构建机制,分别采集抑病土和感病土中的番茄根际土壤,采用实时荧光定量PCR技术检测两种根际土壤中的病原菌含量,并利用16SrRNA基因扩增子高通量测序技术分析抑病和感病土中番茄根际土壤微生物群落多样性、组成、结构以及基于零模型的微生物群落构建机制的差异。结果表明,与感病土相比,抑病土壤中番茄的青枯病病情指数明显降低（病情指数分别为47.5和22.5）,其根际中细菌群落具有更高的alpha多样性、更丰富的放线菌门、厚壁菌门以及芽孢杆菌科和链霉菌科等有益微生物,较低的青枯病菌丰度（病原菌丰度降低了12.22倍）并伴随着较高的随机性过程,因此抑病土壤受病害胁迫的适应性较强。将感病土壤与抑病土壤按照一定比例进行混合,形成了仅有感病土D10H0、感病土与抑病土质量比为1︰1的D5H5以及仅有抑病土D0H10这三种处理以进一步检测抑病土壤抑病特性的可传递性。结果表明,随着抑病土比例的增加,番茄青枯病病情指数逐步降低,D10H0、D5H5和D0H10的病情指数分别为41.67、29.17与...     

地膜覆盖对土壤微生物群落结构的影响

采用磷脂脂肪酸(PLFA)法测定了沈阳农业大学棕壤长期定位试验站地膜覆盖条件下土壤微生物磷脂脂肪酸图谱及群落结构。结果表明:在玉米苗期,长期施氮肥处理土壤覆膜后大部分脂肪酸含量都有所提高;施有机肥处理的土壤覆膜后脂肪酸的含量有降低的趋势;有机无机肥配合施用处理的土壤覆膜会增加真菌的含量,但却降低了其他脂肪酸的含量;在不施肥处理的土壤中,覆膜会使一些支链脂肪酸的含量降低。抽雄期,施有机肥的土壤覆膜后除单饱和脂肪酸含量有所下降外,其他脂肪酸都会提高;不施肥土壤覆膜处理双不饱和支链脂肪酸及放线菌标志性脂肪酸10Me18:0的含量会有所提高。成熟期,施氮肥的土壤覆膜处理大部分脂肪酸的含量降低;有机肥处理土壤中各种脂肪酸如:15∶0,a17∶0,i17∶0,i19∶0,18∶0,10Me18∶0含量覆膜高于裸地;有机无机配施处理土壤中17∶0,br17∶0,18∶0,18∶2w6,10Me18∶0含量覆膜处理高于裸地;对照土壤中i15∶0,16∶0,17∶0,a17∶0,18∶0,18∶2w6,19∶0含量覆膜高于裸地。另外,从脂肪酸的变化看出,覆膜处理土壤微生物群落整体结构发生了改变,没有表现出明显的种群优势。但是,尽管土壤的施肥处理不同,覆膜处理土壤微生物群落结构有一致化发展的趋势。     

不同深度土壤控水对稻田土壤微生物区系及细菌群落多样性的影响

为研究不同深度土壤控水对壤土稻田土壤水势、微生物区系和细菌群落多样性的影响,通过土培池栽试验,在水稻生育后期设置土壤深度0~5 cm（S05）、0~10 cm（S10）和0~15 cm（S15）控水处理,以保持水层为对照,分析了不同深度控水处理下5 cm、10 cm、15 cm深土壤水势与土壤微生物区系、细菌群落多样性的变化。结果表明：土壤5 cm、10 cm、15 cm深度的水势随着控水深度增加而降低,S05控水处理主要影响上层（5 cm）土壤水势,S10控水处理影响上、中层（10 cm）土壤水势,S15控水处理土壤水势随土层深度的增加而升高。花后8 d和32 d,S05控水处理上层土壤细菌数量显著高于S10、S15控水处理;花后16~24 d,S05控水处理中层、下层（15 cm）土壤细菌数量均显著高于S15控水处理;土壤水势与水稻生育后期中、下层土壤细菌数量呈极显著正相关关系。S05控水处理10 cm、15 cm土层的细菌丰富度Chao指数均显著高于S15控水处理及CK。3个控水处理中,5 cm土层细菌的多样性Shannon指数以S05控水处理最低。优势细菌菌群分析发现,优势群落主要为变形菌门、绿弯菌门、酸杆菌门、拟杆菌门,四者总相对丰度在80%以上;S15控水处理中层土壤变形菌门相对丰度低于S05和S10控水处理。3个控水处理土壤样品中优势纲（相对丰度大于2%）达15个,主要包括α-变形菌纲、β-变形菌纲、δ-变形菌纲、厌氧绳菌纲等,这4个纲的总相对丰度在47%以上,其中厌氧绳菌纲相对丰度最高;上层土壤中S05控水处理的β-变形菌纲相对丰度显著低于S10和S15控水处理。因此,不同深度土壤控水对壤土土壤水势、细菌数量存在影响,改变了细菌的多样性及丰富度,对土壤细菌优势菌种类无显著影响。     

农田土壤理化性质对土壤微生物群落的影响

农田土壤系统是陆地生态系统的重要组成部分,也是受人类影响最多的生态系统。土壤微生物参与调节大部分土壤生物化学过程,在土壤碳循环过程中发挥着不可替代的作用。农业措施的变化会改变土壤理化性质,而土壤理化性质的变化又影响着微生物的群落特征等。因此为深入探究土壤理化性质变化对土壤微生物群落的影响,简述了农田土壤物理性质(密度、孔隙、水分、温度)及化学性质(土壤pH、土壤有机质)对土壤微生物群落的影响,并且指出了目前研究存在的问题及未来的研究方向。     

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...     

典型水稻土细菌亚类群—泛化种、特化种的群落构建及功能潜力

泛化种和特化种对碳及养分等资源利用存在很大差异,在土壤能量和养分循环中发挥着独特功能。目前农田微生物研究主要针对整个细菌、真菌、古菌或其他功能群落,对农田生态系统细菌泛化种和特化种的认识还很缺乏。因此,为探究典型水稻土细菌泛化种和特化种的群落结构、驱动机制及在氮循环中的功能,根据第二次土壤普查数据,从我国东部（江苏、安徽、上海）和西南部（贵州、云南）采集16个土壤表层样品（0～20 cm）,进行理化性质测定和高通量测序,并对获得的数据进行相应的生态学分析。结果表明,在所有的OTUs中,3.28%被归为泛化种,9.07%被归为特化种。泛化种和特化种在门水平的分布模式不同,特化种在绿弯菌门（Chloroflexi）、放线菌门（Actinobacteria）、硝化螺旋菌门（Nitrospirae）、厚壁菌门（Firmicutes）和浮霉菌门（Planctomycetes）中所占的比例高于泛化种。基于β多样性零模型的群落构建分析表明,泛化种与特化种均由确定性过程主导,与特化种相比,泛化种受随机性过程的影响更大。驱动泛化种和特化种群落结构变异的环境因子不同,pH、年均降雨量、黏粒含量、全氮是驱动...     

长期施用化肥对红壤性水稻土中微生物生物量、活性及群落结构的影响

利用化肥长期定位试验,研究了施肥对土壤微生物生物量、活性及其群落结构的影响.结果表明:与不施肥相比,长期施用化肥不仅增加了土壤微生物生物量,而且导致了土壤微生物群落结构的分异.其中,有机无机配施处理和2倍NPK配施处理显著提高了土壤有机质含量、全N含量、土壤微生物生物量和土壤微生物活性.NPK均衡施肥处理对土壤有机质、土壤微生物生物量及其活性的影响小于非均衡施肥的处理(NP、NK、N、P、K),适当增施K肥有利于提高土壤微生物中真菌的比例.     

太湖地区稻麦二熟制下长期秸秆还田对土壤酶活性的影响

摘要：研究了长期秸秆还田情况下太湖水稻土中与C、N、P、S养分循环及微生物活动有关的荧光素二乙酸酯（FDA）水解酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、芳基硫酸酯酶、β-葡糖苷酶、脲酶和脱氢酶等7种酶的活性。结果表明：秸秆还田与无机肥处理都明显增强了所有酶的活性,与对照无肥区的差异达到了显著水平。酶活性对化肥或秸秆还田的敏感度为：β-葡糖苷酶〉脱氢酶、脲酶〉FDA水解酶、碱性磷酸酶〉芳基硫酸酯酶〉酸性磷酸酶。各处理间酶活性顺序为：NPKS2（NPK＋稻秆4500kg/hm^2）〉NPKSI（NPK＋稻秆2250kg/hm^2）〉NPK（N120kg/hm^2,P75kg／hm^2,K150kg/hm^2）〉CK。     

淹水时间对水稻土中厌氧粘细菌群落结构的影响

通过模拟水稻土淹水过程,分析厌氧粘细菌(Anaeromyxobacter)群落结构随淹水时间的动态变化特征,揭示其群落结构变化与微生物Fe(Ⅲ)还原的内在联系。水稻土样品分别淹水处理1h、1d、5d、10d、20d和30d,采用PCR-RFLP方法分析厌氧粘细菌的群落结构的动态变化特征。测序序列提交NCBI,获得序列登录号为JF430083~JF4301440。应用厌氧泥浆培养方法,测定水稻土中Fe(Ⅲ)还原量变化。结果表明,在淹水不同时间处理中α多样性指数存在明显差异,淹水20d处理的多样性最高,而10d处理的最小。不同淹水时间处理共产生了11种优势类型(P1~P11),基于16SrRNA基因的系统发育分析将其分为3组。Group1和Group2分别包括5种优势类型均隶属于具有异化铁还原功能的厌氧粘细菌,其中P1优势类型在这两组中均存在。Group3与其他两组关系较远。不同淹水时期的水稻土中,厌氧粘细菌的群落结构发生着动态演替变化,其中Group1不仅与淹水前期的水铁矿还原有关,而且在淹水后期也与土壤中针铁矿还原能力密切相关。为进一步阐明厌氧粘细菌在土壤中的环境功能提供理论依据。     

连续水旱轮作对水稻冷浸田土壤细菌群落结构的影响

利用高通量测序技术,采用单季稻-冬闲(CK)、油菜-水稻(R-R)、春玉米-水稻(C-R)、紫云英-水稻(M-R)和蚕豆-水稻(B-R)五个处理探究水旱轮作模式对水稻冷浸田土壤细菌群落结构的影响,同时分析了土壤理化因子与细菌群落结构的关系。结果表明:水旱轮作能够显著增加水稻产量18%~44%。与CK相比,绝大多数水旱轮作降低了土壤细菌的丰富度,而细菌多样性与CK处理无显著差异。变形菌门和酸杆菌门为土壤中的优势细菌类群,其中变形菌门的丰度最高。与CK相比,轮作后酸杆菌、放线菌、硝化螺旋菌、慢生根瘤菌和亚硝化螺菌等参与碳氮循环的菌群丰度明显增加。聚类分析表明CK和M-R轮作土壤细菌群落单独聚为一类,而B-R、C-R和R-R轮作土壤聚为另一类。冗余分析表明土壤全磷、有效磷和p H是影响水旱轮作土壤细菌群落结构的主要因子。     

Spatio-temporal variability of microbial abundance and community structure in the puddled layer of a paddy soil cultivated with wetland rice (Oryza sativa L.)

The puddled layer of paddy soils represents a highly dynamic environment regarding the spatio-temporal variability of biogeochemical conditions. To study these effects on the abundance and community structure of microbial populations, a rhizotron experiment was conducted throughout an entire growing season of wetland rice. Soil samples were taken from selected areas of the puddled layer (bulk soil, oxidized layer, rhizosphere) at main plant developmental stages such as (i) the initial stage, (ii) tillering, (iii) panicle initiation, (iv) flowering, and (v) maturity. Cell numbers of archaea, bacteria, and selected phyla were assessed by catalyzed reporter deposition-fluorescence in situ hybridization (CARD-FISH). The structure and diversity of microbial communities was analyzed by polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE) along with sequencing of selected bands. Following submergence of the paddy soil, shifts of bacterial community structure were observed in the oxidized layer and the rhizosphere. Members of the β-Proteobacteria became predominant in the rhizosphere at tillering stage and were affiliated with aerobic, iron-oxidizing bacteria of the genus Sideroxydans. Seasonal effects were mainly visible in the rhizosphere, as several phylogenetic subgroups including methanotrophic bacteria showed increased cell numbers at flowering stage. Cell numbers of methanogenic archaea were also highest at flowering stage (bulk soil, rhizosphere) and members of the Methanocellales were identified as predominant archaeal populations in areas of oxic and anoxic conditions. In contrast to bacteria, the communities of archaea in the puddled layer of the studied paddy soil were less influenced by spatio-temporal variations of biogeochemical conditions.     

不同水分条件下椰壳炭施用对稻田土壤酶活性及微生物群落的影响

以热带稻田土壤为研究对象,利用室内短期恒温(25°C)培养探讨好氧和淹水条件下椰壳炭不同施用量(0%、2%和5%(w/w))对土壤性质和微生物群落的影响。结果表明：①培养35 d后,好氧和淹水条件下增施2% 和5% 椰壳炭均提升土壤pH,增幅分别为20%、39%和31%、32%。好氧下土壤脲酶活性增加121% 和75%,酸性磷酸酶活性降低10% 和49%,碱性磷酸酶活性提高39% 和39%;淹水下脲酶活性减少12% 和45%,酸性磷酸酶活性降低3% 和14%,碱性磷酸酶活性增加133% 和105%。②增施2% 和5% 椰壳炭时,好氧下土壤细菌和真菌香农指数均降低,但淹水时增加。好氧下变形杆菌门(Proteobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)和浮霉菌门(Planctomycetes)丰度提高,增幅分别为2%、54%,51%、47% 和94%、82%;淹水下酸杆菌门(Acidobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)丰度增加,增幅分别为3%、20%,14%、18% 和38%、37%;同时好氧和淹水下土壤担子菌门(Basidiomycota)丰度均下降,降幅分别为68%、70% 和68%、76%,并且淹水下壶菌门(Chytridiomycota)和罗兹菌门(Rozellomycota)丰度增加。该研究结果可为椰壳炭对稻田土壤改良及其推广应用提供参考。