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。     

阿特拉津除草剂对土壤微生物生态特征的影响

采用实验室培养试验研究了阿特拉津除草剂对土壤微生物生态特征的影响。结果表明：阿特拉津除草剂10mg／kg浓度处理释放的CO2与对照无明显差异,根据危害系数法的分级方法,其属于无实际危害级农药;阿特拉津除草剂10mg／kg浓度处理在初始阶段,明显降低土壤微生物生物量碳和微生物生物量氮,随培养时间推移土壤微生物生物量碳和生物量氮有所恢复,随后又有所下降,30d后土壤微生物生物量变化趋于平缓;阿特拉津除草剂对土壤微生物多样性产生一定影响．其影响随培养时间而异。在一定程度上反映出土壤微生物生态特征指标可作为除草剂污染土壤环境质量变异的参考指标。     

接种自生固氮菌对玉米根际土壤酶活性和细菌群落功能多样性的影响

为了探索玉米根际土壤微生态特征对接种自生固氮菌的响应机理,在盆栽实验条件下,研究了3株自生固氮菌褐球固氮菌（Azotobacter chroococcum YCYS）、芸苔叶杆菌（Phyllobacterium brasssicacearum QL54）和类芽孢杆菌（Paenibacillus sabinae MX31）接种盆栽玉米（Zea mays L.）之后,玉米根际土壤酶活性和细菌群落功能多样性的变化。结果表明,接种自生固氮菌对玉米根际土壤酶活性和细菌群落功能多样性产生了一定的影响,而且不同自生固氮菌之间的接种效果有一定的差异。接种褐球固氮菌（A. chroococcum YCYS）和类芽孢杆菌（P. sabinae MX31）玉米根际土壤脲酶活性分别比对照高20.55%和9.58%。然而接种处理对玉米根际土壤碱性磷酸酶活性的影响差异不显著（P0.05）。BIOLOG结果显示,接种自生固氮菌可以提高细菌总代谢活性,其中接种褐球固氮菌（A. chroococcum YCYS）处理的AWCD是对照的1.8倍,并且细菌群落丰富度指数（R）显著高于对照（P0.01）。不同接种处理土壤根际细菌生理碳代谢优势群落结构不同。主成分分析（PCA）表明接种自生固氮菌可以调控根际土壤细菌群落功能多样性。     

不同基肥对黄瓜根际土壤微生物群落多样性的影响

分别以RAPD分子生物学方法和BIOLOG生理学方法,研究了不同基肥对黄瓜根际土壤微生物群落DNA序列多样性和群落功能多样性的影响。结果表明,在本试验条件下,基肥为75000 kg/hm2有机肥处理和75000 kg/hm2有机肥加300 kg/hm2复合肥处理最好;基肥为600 kg/hm2复合肥处理而使土壤微生物群落DNA序列丰富度指数和多样性指数显著下降,与对照的DNA序列相似系数最低;有机肥处理有利于土壤微生物群落DNA序列多样性、均匀度和黄瓜产量的提高。此外,不同基肥处理改变了土壤微生物对单一碳源的利用能力。     

种植方式对玉米不同生长期土壤微生物群落功能多样性的影响

为探讨玉米不同种植方式下土壤微生物群落功能多样性的差异,进行田间定点试验,采用Biolog方法分别研究了4行轮作、4行连作、8行轮作和8行连作的种植方式对玉米种植前、拔节期、抽穗期和收获期土壤微生物功能多样性的影响。结果表明:4种种植方式的土壤微生物均在种植前代谢活性最弱、功能多样性最低,在玉米抽穗期土壤微生物代谢活性最强,功能多样性最高。在种植玉米前,轮作的土壤微生物代谢活性和功能多样性高于连作,8行轮作和4行轮作土壤微生物的物种多样性指数分别比相应的连作高22.93%和11.42%;4行轮作的土壤微生物物种多样性指数比8行轮作低3.17%,而4行连作比8行连作高6.83%。在玉米拔节期、抽穗期及收获期连作土壤微生物功能多样性略高于轮作,且有4行连作大于8行连作的趋势,但差异均未达显著水平。种植前,4种种植模式的土壤微生物对6大类碳源的利用程度整体上都较低,降解碳水化合物类、羧酸类和聚合物类碳源的微生物是种植方式影响的主要土壤微生物类群;随着玉米的生长,土壤微生物对6大类碳源的利用都逐渐增强,玉米拔节期、抽穗期和收获期之间土壤微生物特征碳源没有较大差异,4种种植方式的土壤微生物对聚合物类碳源利用程度差异都不显著。PLS-EDA分析结果表明种植方式对土壤微生物产生较大影响,种植前8行轮作和4行连作的土壤微生物碳源利用模式具有相似性;种植玉米后4种种植方式的土壤微生物对碳源的利用模式存在较大差异,其中4行连作的土壤微生物在玉米拔节期和收获期对碳源的利用模式与其他3种种植方式差异最大。试验说明作物长期连作栽培会影响土壤微生物群落功能,降低土壤微生物物种多样性,引起土壤微生物群落结构与功能的失调。     

BIOLOG在土壤微生物群落功能多样性研究中的应用

微生物功能多样性信息对于明确不同环境中微生物群落的作用具有重要意义 ,而微生物群落的定量描述一直是微生物学家面临的最艰巨的任务之一。目前 ,以群落水平碳源利用类型为基础的BIOLOG氧化还原技术为研究土壤微生物群落功能多样性提供了一种简单、快速的方法 ,并得以广泛应用。但它仍然是一种以培养为基础的方法 ,显示的代谢多样性类型也不一定反映整个土壤微生物群落的功能多样性。因此 ,这种方法优点明显 ,缺陷也存在 ,并且在应用过程中还有很多关键的操作要点与技巧。本文综述了BIOLOG研究土壤微生物群落功能多样性的原理、BIOLOG研究土壤微生物群落功能多样性的方法与技巧、应用过程中容易产生的问题及可能克服的办法 ,同时还提出了值得进一步研究的问题。旨在促进对BIOLOG测定土壤微生物群落功能多样性的了解 ,为正确运用这种方法开展土壤微生物群落功能多样性研究提供科学依据和理论指导。     

多氯联苯污染土壤的微生物生态效应研究

以多氯联苯（Polychlorinated biphenyls,PCBs）自然污染的农田土壤为材料,分析土壤中微生物区系组成、生物量C、N、土壤基础呼吸以及微生物群落功能多样性的变化。研究结果表明,在以4-氯、5-氯同系物为主的PCBs污染土壤中,污染程度对土壤细菌、放线菌的数量影响不明显,而真菌的数量除与土壤污染程度有关,可能还受到土壤pH等性状的影响;土壤微生物C、N与土壤基础呼吸随污染程度的加剧呈下降趋势,但微生物C／N基本没有变化;Biolog分析显示,土壤微生物代谢剖面（AWCD）及Simpson指数在污染程度相差较大的两组土壤样品中差异均达到了显著性水平,表明PCBs污染引起了土壤微生物群落功能多样性下降,降低了微生物对不同单一碳源底物的利用能力。     

多菌灵重复施药对其持久性及土壤微生物群落功能多样性的影响

选择浙江大学华家池校区大棚蔬菜试验田,研究了多菌灵(以active ingredient,a.i.计)0.94、1.88和4.70 kg hm-2三种剂量重复施药对其持久性及土壤微生物功能多样性的影响。结果表明,第1次施药后,多菌灵在土壤中的降解速率分别为0.11、0.25、0.74 mg kg-1d-1;第4次施药后,多菌灵在土壤中的降解速率分别达到0.18、0.39、1.00 mg kg-1d-1。随着施药次数的增加,多菌灵的降解速率逐渐增大。初次施药后,土壤微生物群落AWCD值明显低于对照,土壤微生物群落的Shannon、Simpson和McIntosh指数也均低于对照水平。第4次施药后,三个处理土壤微生物群落的AWCD值、Shannon、Simpson和McIntosh指数均恢复到对照水平。     

甘蔗间作玉米对甘蔗根际微生物代谢功能多样性的影响

为探讨甘蔗间作玉米种植对甘蔗根际土壤微生物群落功能多样性的影响,在云南元江和陇川甘蔗种植区设置甘蔗间作玉米和单作甘蔗田间小区试验,采用Biolog技术研究了甘蔗间作玉米对甘蔗根际微生物代谢功能的影响。结果表明:陇川试验点甘蔗间作玉米田土壤微生物代谢功能多样性指数Shannon多样性指数、Simpson指数、Mc Intosh指数、Shannon均匀度指数和Mc Intosh均匀度指数分别比甘蔗单作田提高7.08%、11.25%、63.16%、1.31%和2.26%;元江试验点,甘蔗间作玉米田土壤微生物代谢功能多样性指数Shannon多样性指数、Simpson指数、Mc Intosh指数、Shannon均匀度指数和Mc Intosh均匀度指数分别比甘蔗单作田提高10.58%、48.40%、43.42%、0.20%和1.65%。由此表明甘蔗间作玉米种植提高了甘蔗根际土壤微生物的多样性。甘蔗间作玉米种植提高了甘蔗根际微生物对碳源的利用率,且元江甘蔗根际土壤微生物对碳源的利用效率低于陇川。与单作甘蔗相比,元江试验点间作甘蔗根际碳水化合物类、氨基酸类、多聚物类、胺类、羧酸类和酚酸类利用率分别提高141.71%、50.53%、62.38%、92.82%、43.21%和6.30%,陇川试验点分别提高42.90%、51.50%、33.30%、42.64%、16.72%和24.47%。其中,两个试验区间作田甘蔗根际土壤微生物对碳源D-纤维二糖、D,L-a-甘油、D-半乳糖-γ-内酯、L-丝氨酸、甘氨酰-L-谷氨酸和2-羟苯甲酸的利用率比单作显著提高100%以上。通过主成分分析,发现甘蔗与玉米间作改变了甘蔗根际微生物的群落组成及其代谢功能,且碳水化合物类、羧酸类和氨基酸这3类碳源是区分甘蔗单作和间作处理间差异的敏感碳源。陇川试验点,对土壤微生物代谢功能影响较大的碳源主要包括2种多聚化合物、6种碳水化合物、2种羧酸类化合物、4种氨基酸和1种酚酸;元江试验点,对土壤微生物代谢功能影响较大的碳源主要包括1种多聚化合物、5种碳水化合物、3种羧酸类化合物、4种氨基酸和2种胺类化合物。综上所述,宿根甘蔗间作玉米提高了甘蔗根际微生物群落的多样性,增加了根际微生物的活性,改变了微生物群落的代谢功能。研究结果可为作物间作对土壤微生物多样性分析及增产机理研究提供新的思路和理论基础。     

氮素水平对单作和间套作小麦玉米品质影响的比较研究

以间套作小麦玉米、单作小麦和单作玉米为研究对象 ,研究了在间套作和单作条件下氮素水平对小麦、玉米品质的影响。结果表明 ,间套作小麦和单作小麦相比具有明显的间套作品质优势 ,且间套作小麦表现出明显的边行品质优势。在相同施氮水平下 ,间套作小麦的蛋白质含量、沉淀值、干、湿面筋含量等品质指标均明显高于单作小麦 ,施氮水平显著改善单作和间套作小麦的品质指标 ;而间套作玉米和单作玉米相比则表现出明显的间套作品质劣势 ,在相同施氮水平下 ,间套作玉米的蛋白质含量、脂肪含量、百粒重等品质指标明显低于单作玉米 ,施氮水平显著改善间套作玉米的蛋白质含量、脂肪含量、百粒重等品质指标。     

栽培模式及施肥对玉米和大豆根际土壤磷素有效性的影响

栽培模式及施肥管理对作物吸收利用土壤磷素的影响较大,本研究为探明玉米/大豆套作系统作物根系交互作用下根际土壤无机磷组分动态变化特征,利用盆栽试验测定了玉米/大豆套作(M/S)、玉米单作(MM)和大豆单作(SS)3种栽培模式以及不施肥(CK)、施氮钾肥(NK)和施氮磷钾肥(NPK)3种施肥处理下玉米和大豆地上部生物量及吸磷量和根际与非根际土壤速效磷、无机磷组分含量,以期为优化玉米/大豆套作系统磷素管理提供理论依据。研究结果表明同一施肥水平下,套作玉米的籽粒产量显著高于单作玉米;施磷显著提高了单作玉米籽粒产量,而对套作玉米籽粒产量影响不大。无论施肥与否,套作大豆秸秆及籽粒产量均高于单作大豆。所有施肥处理均表现为套作模式下单株作物地上部磷积累量显著高于单作模式。玉米成熟期,CK、NK处理下套作玉米根际土壤速效磷含量分别比单作玉米高54.2%和71.8%;大豆始花期,NPK处理下套作大豆根际土壤速效磷含量比单作大豆高19.8%。大豆成熟期,NK、NPK处理下套作大豆根际土壤速效磷含量分别比单作大豆高23.8%和108.0%。无论是单作还是套作模式,玉米根际土壤Al-P含量在3个施肥处理下均低于非根际土壤。CK和NK处理下单作玉米根际土壤Al-P含量分别是套作玉米的1.19倍和1.22倍;NPK处理下单作玉米根际土壤Fe-P含量是套作玉米的1.21倍。在CK、NK和NPK施肥处理下,单作大豆根际土Al-P含量分别是套作大豆1.12倍、1.30倍和1.25倍,单作大豆非根际土Al-P含量分别是套作大豆的1.22倍、1.30倍和1.06倍。CK、NK处理下单作大豆根际土壤Fe-P含量分别是套作大豆的1.47倍和1.12倍。研究得出结论,低磷条件下,与单作相比,玉米/大豆套作更有利于作物对土壤Al-P、Fe-P的活化吸收。     

施氮量对玉米/大豆套作系统土壤微生物数量及土壤酶活性的影响

为揭示玉米/大豆套作体系下土壤氮素转换的调控机理和根际微生态效应,以种植模式为主因素[设玉米单作(MM)、大豆单作(SS)和玉米/大豆套作(IMS)3种处理],以玉米、大豆施氮总量(玉米、大豆施氮比例为3∶1)为副因素[设不施氮(NN,0 kg?hm~(-2))、减量施氮(RN,180 kg?hm~(-2))和常量施氮(CN,240 kg?hm~(-2))3个处理],研究了玉米/大豆套作系统下不同施氮量对作物根际土壤微生物数量及土壤酶活性的影响。结果表明:与相应单作相比,套作下玉米根际土壤真菌、放线菌数量分别提高25.37%和8.79%;套作大豆根际土壤真菌、放线菌、固氮菌数量高于单作大豆;套作玉米根际土壤蛋白酶、脲酶活性和套作大豆根际土壤蛋白酶活性均显著升高。各施氮水平间,减量施氮下玉米、大豆根际土壤真菌数量较常量施氮和不施氮均有所提高;施氮提高了玉米、大豆根际土壤放线菌数量;大豆根际土壤固氮菌数量以减量施氮最高,比不施氮和常量施氮高17.78%和5.67%;玉米根际土壤蛋白酶活性、脲酶活性和大豆根际土壤脲酶活性均以减量施氮为最高。适宜的施氮量不仅能增加玉米/大豆套作土壤中真菌、放线菌、固氮菌的数量,还能提高土壤蛋白酶、脲酶活性,调节土壤氮素的转化,促进玉米/大豆对土壤中氮素的吸收,实现节能增效。     

施磷对麦/玉/豆套作体系土壤磷素变化的影响

小麦/玉米/大豆带状套作是四川省丘陵低山区主要旱地作物生产体系,了解该体系磷养分变化对优化磷肥管理和促进可持续生产有重要意义。本研究通过连续3年(2011—2013年)田间定位试验,设置P0、P1、P2、P3和P4共5个磷(P2O5)水平(玉米带分别为0 kg·hm-2、37.5 kg·hm-2、75 kg·hm-2、112.5 kg·hm-2、150 kg·hm-2,小麦-大豆带分别为0 kg·hm-2、45 kg·hm-2、90 kg·hm-2、135 kg·hm-2、180 kg·hm-2),探讨该体系中土壤全磷、速效磷、水溶性磷的变化规律和速效磷的年际变化。结果表明:在麦/玉/豆套作体系中施磷165 kg(P2O5)·hm-2(玉米带75 kg·hm-2,小麦-大豆带90 kg·hm-2),可以满足体系作物对磷的需求,基本达到磷的表观平衡,维持土壤速效磷含量在20 mg·kg-1左右。3年后5个磷水平下体系耕层土壤(0~20 cm)全磷变化量分别为-0.024 g·kg-1·a-1、-0.016 g·kg-1·a-1、0.016 g·kg-1·a-1、0.11 g·kg-1·a-1、0.15 g·kg-1·a-1,速效磷变化量依次为-1.2 mg·kg-1·a-1、-0.9 mg·kg-1·a-1、0.2 mg·kg-1·a-1、2.0 mg·kg-1·a-1和2.7 mg·kg-1·a-1。通过线性平台函数的模拟,该体系中玉米、小麦、大豆产量的土壤速效磷临界值分别为16.5 mg·kg-1、12.6 mg·kg-1和8.8 mg·kg-1。当土壤全磷含量低于0.55 g·kg-1时,土壤全磷每增加0.1 g·kg-1,土壤速效磷增加1.70 mg·kg-1;当土壤全磷大于0.55 g·kg-1,全磷每增加0.1 g·kg-1,土壤速效磷增加6.49 mg·kg-1。当土壤速效磷含量在40 mg·kg-1以下时,速效磷每增加1 mg·kg-1,水溶性磷增加0.017 mg·kg-1。综上,在麦/玉/豆体系磷肥管理中应该维持土壤全磷含量低于0.55 g·kg-1,同时速效磷含量在20 mg·kg-1左右,这样既可以保证作物产量和系统生产力又不会产生较大的环境威胁。     

Rapid effects of plant species diversity and identity on soil microbial communities in experimental grassland ecosystems

Changes in plant community structure, including the loss of plant diversity may affect soil microbial communities. To test this hypothesis, plant diversity and composition were experimentally varied in grassland plots cultivated with monocultures or mixtures of 2, 3 or 4 species. We tested the effects of monocultures versus mixtures and of plant species composition on culturable soil bacterial activity, number of substrates used and catabolic diversity, microbial biomass N, microbial respiration, and root biomass. These properties were all measured 10 months after seeding the experiment. Soil bacterial activity, number of substrates used and catabolic diversity were measured in the different plant communities using BIOLOG GN and GP microplates, which are redox-based tests measuring capacity of soil culturable bacteria to use a variety of organic substrates. Microbial biomass N, microbial respiration, and root biomass were insensitive to plant diversity. Culturable soil microbial activity, substrates used and diversity declined with declining plant diversity. Their activity, number of substrates used and diversity were significantly higher in plots with 3 and 4 plant species than in monocultures and in plots with 2 species. There was also an effect of plant species composition. Culturable soil microbial activity and diversity was higher in the four-species plant community than in any of the plant monocultures suggesting that the effect of plant diversity could not be explained by the presence of a particular plant species. Our results showed that changes in plant diversity and composition in grassland ecosystems lead to a rapid response of bacterial activity and diversity.     

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。     

有机农业施肥方式对土壤微生物活性的影响研究

综述了国内外有机农业施肥方式对培肥土壤及土壤主要微生物活性的影响，有机农业施肥方式显著增加土壤微生物数量，调控微生物种群结构，提高土壤有益微生物种群数量，土壤微生物量C、N含量倍数增加。阐明施用有机肥料对维持土壤微生物多样性与生态稳定性的必要性，并展望了施用有机肥与土壤微生物活性的关系。     

生物复混肥对土壤微生物群落功能多样性和微生物量的影响

在温室盆栽条件下,采用Biolog微平板法和氯仿熏蒸浸提法,研究了玉米施用等养分量的无机肥、有机无机复混肥和生物复混肥后土壤微生物群落功能多样性及土壤微生物量的变化。结果表明:生物复混肥处理的土壤微生物平均颜色变化率(AWCD)、微生物群落Shannon指数(H)和微生物群落丰富度指数(S)均最高;施用生物复混肥可明显提高土壤微生物对碳源的利用率,尤其是多酚化合物类和糖类;不同处理土壤微生物碳源利用特征有一定差异,生物复混肥在第1主成分上的得分值为正值,其他各处理在第1主成分上的得分值基本上为负值,起分异作用的主要碳源是糖类和羧酸类。在玉米生长期间各处理土壤微生物量大致呈先升高后逐渐平稳的趋势,且土壤微生物量碳、氮、磷的含量均以生物复混肥处理最高,最高值分别为333.21mg.kg 1、53.02 mg.kg 1和22.20 mg.kg 1。研究表明,生物复混肥的施用比等养分量的有机无机复混肥处理能显著提高土壤微生物群落碳源利用率、微生物群落丰富度和功能多样性,显著增加土壤微生物量碳、氮、磷的含量,有利于维持良好的土壤微生态环境。