不同生育期苹果园土壤氨氧化微生物丰度研究

【目的】大量施氮引起的土壤酸化问题已严重制约苹果的安全生产。氨氧化微生物驱动的土壤硝化作用是土壤氮素循环的重要环节,探析苹果园土壤中氨氧化微生物氨单加氧酶基因(amoA)丰度与土壤硝化强度(Potential Nitrification,PN)和土壤理化性质的相关性,有助于评价土壤氨氧化微生物类群在苹果园土壤生态系统中的作用。【方法】本研究以辽宁省丹东东港地区‘寒富’苹果园土壤为研究对象,采用实时荧光定量PCR(Real-time PCR)技术,检测苹果树不同生育时期, 4月28日(萌芽期)、 7月24日(新梢停长期)、 10月23日(落叶期)的两个苹果园(分别编号为D1和D2)的土壤理化性质、 土壤硝化强度、 氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea, AOA)和氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria, AOB)的amoA基因丰度,并分析了氨氧化微生物丰度与土壤理化性质和土壤硝化强度之间的关系。【结果】不同生育时期‘寒富’苹果园土壤理化因子差异较大。所有供试土壤的硝态氮(NO-3-N)、 速效磷(AP)和速效钾(AK)含量在4月份最高,铵态氮(NH+4-N)含量在7月最高,NO-3-N、 NH+4-N、 AP和AK含量在10月多为最低。且所有供试土壤pH值均在4.25~6.09之间。同一生育时期内,D2土壤pH均显著高于D1土壤,但其NO-3-N和NH+4-N含量则不同程度地低于D1土壤。不同采样时期的果园土壤硝化强度随季节变化表现出先降后增的趋势,除7月D2土壤硝化强度显著高于D1土壤外,4月与10月D2土壤硝化强度均显著低于D1土壤。尽管不同采样时期的土壤AOA与AOB丰度随生育期而各异,所有供试土壤中AOA丰度均显著高于AOB丰度。同一时期内,D2土壤AOA和AOB丰度均显著高于D1土壤。尽管土壤pH、 NO-3-N与AOA、 AOB均表现出显著相关性,土壤PN仅与AOA丰度明显正相关。【结论】长期施肥导致苹果园土壤pH值降低,pH值的改变是影响AOA与AOB丰度的重要因子,果园土壤的硝化过程主要由AOA来完成,土壤硝化强度与季节变化引起的温度和土壤环境因子等的改变密切相关。苹果园无机氮肥混合有机肥的施入,同时结合自然生草、 人工刈割等管理制度,在一定程度上可改变土壤氮素的含量与种类,减缓土壤酸化。     

红壤稻田不同生育期土壤氨氧化微生物群落结构

以福建省红壤稻田土壤为对象,通过提取土壤总DNA,利用特异引物进行PCR(聚合酶链反应)扩增和DGGE(变性梯度凝胶电泳)并结合DNA克隆测序,研究了水稻生长过程中稻田土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌群落结构的变化。结果显示:稻田土壤具有丰富的氨氧化细菌和氨氧化古菌资源。水稻生长过程中土壤氨氧化细菌群落组成较为稳定,只表现出水稻生长前期(苗期、分蘖期)和中后期(孕穗期、成熟期)间存在一定差异。而土壤氨氧化古菌群落组成变化较大,在水稻生长的苗期、分蘖期、孕穗期和成熟期4个时期间均存在一定差异。在水稻生长过程中,土壤氨氧化细菌群落多样性指数无显著性变化,但氨氧化古菌群落多样性指数随水稻生长明显提高,孕穗期后才达到平稳。水稻生长前期土壤硝化势也具有显著上升趋势,孕穗期时达到最高,而后有所下降。土壤硝化势与氨氧化古菌群落多样性指数具有显著正相关性,与氨氧化细菌没有相关性。研究表明,氨氧化古菌对红壤稻田土壤硝化作用的影响程度较大,证实了氨氧化微生物尤其是氨氧化古菌在稻田土壤微生物组成及其生态系统功能中的重要性。     

红壤稻田不同生育期土壤氨氧化微生物群落结构和硝化势的变化

以福建省红壤稻田土壤为对象,通过提取土壤总DNA,利用特异引物进行PCR(聚合酶链反应)扩增和DGGE(变性梯度凝胶电泳)并结合DNA克隆测序,研究了水稻生长过程中稻田土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌群落结构的变化。结果显示:稻田土壤具有丰富的氨氧化细菌和氨氧化古菌资源。水稻生长过程中土壤氨氧化细菌群落组成较为稳定,只表现出水稻生长前期(苗期、分蘖期)和中后期(孕穗期、成熟期)间存在一定差异。而土壤氨氧化古菌群落组成变化较大,在水稻生长的苗期、分蘖期、孕穗期和成熟期4个时期间均存在一定差异。在水稻生长过程中,土壤氨氧化细菌群落多样性指数无显著性变化,但氨氧化古菌群落多样性指数随水稻生长明显提高,孕穗期后才达到平稳。水稻生长前期土壤硝化势也具有显著上升趋势,孕穗期时达到最高,而后有所下降。土壤硝化势与氨氧化古菌群落多样性指数具有显著正相关性,与氨氧化细菌没有相关性。研究表明,氨氧化古菌对红壤稻田土壤硝化作用的影响程度较大,证实了氨氧化微生物尤其是氨氧化古菌在稻田土壤微生物组成及其生态系统功能中的重要性。     

应用T-RFLP技术分析不同土壤温度和施肥方式下设施土壤细菌群落结构

采用末端限制性片段长度多态性分析(T-RFLP)和荧光定量PCR技术,研究了两种土壤温度(对照不增温,10℃±2℃;增温,20℃±2℃)和两种施肥方式(对照不施肥;鸡粪有机肥底肥+尿素追肥)对土壤细菌群落结构及其多样性和数量特征的影响。结果表明:相同施肥方式下,土壤增温增加土壤速效养分含量,尤其在施肥时增加幅度更明显。分析显示施肥对土壤细菌群落结构的影响在不同土壤温度条件下表现不同。土壤不增温条件下,施肥增加细菌Pielou均匀度指数和Shannon-Weiner多样性指数,Simpson优势度指数降低;土壤增温条件下,则效果相反。与不增温比,增温使土壤细菌Pielou均匀度指数和Shannon-Weiner多样性指数降低,但物种个体数和Simpson优势度指数增加明显。增温改变了土壤细菌群落结构,62 bp和93 bp两种限制性末端片段在土壤增温条件下优势度提高,主要包括共生菌和杆菌。     

桂西北不同植被恢复阶段土壤氨氧化细菌遗传多样性研究

以桂西北喀斯特不同植被恢复阶段(草丛、灌木林、次生林、原生林)生态系统为研究对象,运用分子生物学技术分析了土壤氨氧化细菌amoA功能基因多样性,探讨了其与脲酶活性和土壤理化性质的关系.结果显示,随着植被的恢复,土壤氨氧化细菌多样性指数与均匀度指数呈增大趋势(灌木林例外),且土壤中氨氧化细菌群落结构发生了改变:主要表现在因Nitrosospira3簇种群对铵态氮浓度敏感度差异导致其在3a、3b簇中分布不一致;相关分析表明;土壤脲酶活性与铵态氮浓度呈正相关关系,土壤脲酶可能通过影响铵态氮浓度改变氨氧化细菌多样性,但植被恢复后期土壤铵态氮浓度减少并未降低土壤氨氧化细菌多样性.LIBSHUFF和RDA分析揭示,植被类型和土壤脲酶活性及pH与氨氧化细菌群落结构紧密相关,说明植被和土壤氮素有效性以及pH可能是决定土壤氨氧化细菌多样性的主要因子,为深入理解喀斯特地区土壤氮素循环提供了一定的科学依据.     

两个水稻品种根际土壤细菌和氨氧化细菌的群落结构差异

通过根盒试验比较了籼稻汕优63和粳稻武运粳7号苗期不同采样期根际土和土体土壤的硝化强度以及氨氧化细菌数量的差异,并且采用16S rDNA PCR-DGGE(Denaturing gradient gel electrophoresis)指纹图谱技术比较分析了上述两种水稻苗期不同采样期根际和土体土壤中细菌及其氨氧化细菌的群落结构变化。结果表明,两个水稻品种根际土壤中硝化强度和氨氧化细菌的数量随着生育期的延长均表现出一定的正相关性,汕优63籼稻根部土壤中的细菌和氨氧化细菌的丰富度和群落变化特征随着水稻生育时期的延长较武运7号粳稻的变化更为多样,说明籼稻品种根系和根际硝化作用更强,在其根系附近会产生更多的硝态氮。这种差异性严重影响水稻植株对氮素的利用效率。     

岷江流域不同土地利用方式下的土壤微生物特征及其与土壤养分的关系

采用经典统计分析与排序分析,研究了2014—2018年岷江流域不同土地利用方式下(撂荒地、次生林、灌丛、果园和耕地)土壤微生物群落多样性变化特征,并探讨了其与土壤养分和土壤微生物数量之间的关系。结果表明:(1)土壤pH值变化范围为6.13～7.02,其大小依次表现为撂荒地次生林灌丛果园耕地,其中耕地和果园差异不显著(p0.05),耕地最高(p0.05);土壤有机碳、全氮、全钾、有效磷和有效钾大小依次表现为撂荒地次生林灌丛果园耕地,不同土地利用土壤有效磷和有效钾差异均显著(p0.05),而不同土地利用土壤全磷差异不显著(p0.05)。(2)土壤微生物以细菌数目最多,占到90%以上,土壤细菌、真菌、放线菌和微生物总数目大小依次表现为撂荒地次生林灌丛果园耕地。(3)根据培养第100小时的AWCD值计算土壤微生物群落的物种丰富度指数(H)、均匀度指数(E)、优势度指数(Ds)和碳源利用丰富度指数(S)。土壤微生物多样性指数大小依次表现为撂荒地次生林灌丛果园耕地,不同土地利用均匀度指数(E)、优势度指数(Ds)差异不显著(p0.05)。(4)相关性分析表明土壤养分、土壤微生物数量均与土壤微生物群落多样性具有显著的相关性(p0.05),其中,土壤微生物数量对微生物群落多样性的贡献最大(其相关系数绝对值最大)。(5)冗余分析表明土壤微生物群落多样性与土壤养分含量均呈正相关(除了pH);有机碳和全氮与丰富度指数相关性最大,由此可知,有机碳和全氮是影响该区土壤微生物群落多样性分布的主要因子。     

桂西北喀斯特不同植被演替阶段土壤微生物群落多样性

采用经典统计与排序分析方法,研究了桂西北喀斯特不同植被演替阶段(原生林、次生林、灌丛、草地)土壤微生物群落多样性变化特征,并探讨了土壤微生物群落多样性与土壤养分、土壤微生物生物量和土壤微生物数量之间的关系。结果表明:(1)桂西北喀斯特植被演替对土壤养分有较大的影响,除了土壤容重和全磷含量以外,由草地到原生林的演替过程中,土壤养分均呈显著的变化趋势(p0.05)。随着演替的进行,土壤pH值和容重逐渐减小。土壤有机碳、全氮、全钾、速效氮、速效磷和速效钾含量随着演替而逐渐增加趋势,其大小依次变现为原生林次生林灌丛草地,其中不同演替阶段土壤有机碳全氮、速效氮、速效磷和速效钾含量差异均显著(p0.05)。(2)土壤微生物量碳、氮、磷大小依次变现为原生林次生林灌丛草地,其中灌丛和次生林MBP含量差异不显著(p0.05)。MBC/MBN随着演替的进行呈逐渐减小趋势,MBC/MBP和MBN/MBP随着演替的进行呈逐渐增加趋势。(3)不同植被演替阶段土壤微生物数量及组成不同,其中以细菌数目最多,土壤微生物种群总数量、细菌和放线菌数目依次为原生林次生林灌丛草地。(4)不同演替阶段土壤微生物群落功能多样性指数存在一定差异,其中物种丰富度指数(H)、均匀度指数(E)和碳源利用丰富度指数(S)依次表现为原生林次生林灌丛草地(p0.05);而优势度指数(Ds)依次表现为原生林次生林灌丛草地,并且不同演替阶段优势度指数(Ds)差异不显著(p0.05)。(5)相关性分析表明土壤养分、土壤微生物量、土壤微生物数量均与土壤微生物群落多样性具有显著的相关性,其中,土壤微生物量对微生物群落多样性的贡献最大,而MBN,SOC和细菌数目是影响桂西北喀斯特不同植被演替阶段土壤微生物群落多样性分布的主要因子。     

渭干河-库车河三角洲绿洲盐生植被物种多样性研究

运用数量生态学的方法对渭干河-库车河三角洲绿洲的盐生植被物种多样性进行分析,结果表明:以梭梭为单优势种的群落Ⅳ具有最高的优势度指数和最低的丰富度指数、多样性指数和均匀度指数,群落结构最为简单;以骆驼刺为优势种和梭梭为主要伴生种的群落Ⅱ具有较高的多样性指数和均匀度指数,但优势度指数较低,优势种长势不显著,常与其它伴生种相伴而生,结构较为稳定;以柽柳和梭梭为共优势种的群落Ⅰ具有最高的物种丰富度和中等水平的优势度指数、多样性指数和均匀度指数,群落中物种数较多,结构较为复杂;以芦苇和骆驼刺为共优势种的群落Ⅵ具有较高的物种丰富度和物种多样性,物种优势度和物种均匀度水平居中,群落结构较为复杂;群落Ⅲ和Ⅴ具有中等偏上水平的物种丰富度指数、优势度指数、多样性指数和均匀度指数,群落结构稳定.     

渭北旱塬长期施肥试验中氨氧化细菌的多样性及群落结构分析

以中国科学院长武黄土高原农业生态试验站23 a长期施肥定位试验的土壤样品为研究对象,通过构建氨氧化细菌的amoA基因克隆文库,采用PCR-RFLP方法分析了裸地（LD）、种植不施肥（CK）、单施氮肥（N）、单施磷肥（P）和氮磷共施（NP）这5个处理条件下土壤中氨氧化细菌的多样性及其群落结构。结果表明,N处理的土壤中氨氧化细菌的Shannon-Wiene（rH′）和Margalef（dM）a指数均最高,其次是CK、NP、P,而LD处理中最低,表明长期单施氮肥后增加了土壤中氨氧化细菌的多样性和丰富度,长期种植作物后也同样会增加土壤中氨氧化细菌的多样性和丰富度,但单施磷肥和氮磷共施后土壤中氨氧化细菌的多样性和丰富度都有所降低。基于amoA基因建立的系统进化树显示,所有来自于各处理条件下土壤中氨氧化细菌的优势种群都是属于Nitrosospira和Nitrosospira-like,与Nitrosospira cluster 3聚为一组,但优势菌种在克隆文库中所占的比例不同,表明不同的施肥处理下土壤中氨氧化细菌的群落结构发生了改变。     

覆盖作物对猕猴桃园土壤氨氧化微生物丰度和群落结构的影响

[目的]果园行间播种覆盖作物有利于改善土壤理化性状,改变氮循环过程中的氨氧化微生物群落结构.因此,我们分析不同覆盖作物下猕猴桃园土壤氨氧化微生物的群落结构和基因丰度,以探究其与土壤硝化作用的关系.[方法]选择湖北十堰的一个5年生猕猴桃果园进行了种植多年生覆盖作物试验,供试覆盖作物有白三叶草(Trifolium repe...     

基于van Genuchten模型的渭北苹果园土壤水分能量特征分析

针对渭北地区干旱缺水,果树生长发育受限的客观实际,开展了苹果树生育期0～150 cm土壤水吸力动态变化规律研究。依据渭北果园土壤剖面构型,将离心机法与水汽平衡法相结合,按照发生学土层,逐层测定了供试土壤水分特征曲线,并用van Genuchten模型拟合。基于该模型,将在幼龄果园、老龄果园以及农田定期逐层监测的土壤水分含量转化为土壤水吸力,以农田为对照,评价植果条件下土壤水分的胁迫状况。结果表明,van Genuchten模型能很好地拟合渭北果园耕层、农田耕层、黑垆土层及黄土母质层的水分特征曲线,拟合精度均达0.96以上。渭北地区农田受干旱胁迫较严重,3月中旬－7月初,0～100 cm土层均处于水吸力高于3.98的重度胁迫状态;受植被冠层覆盖及果树生育期的影响,干旱对果树的胁迫程度较农田小,对老龄果园胁迫程度比对幼龄果园的大,幼龄果园在3月中旬－5月初、5月底－7月初仅0～20 cm土层为高水吸力区,直至6月中旬－7月中旬高水吸力区才延伸到40～70 cm土层;老龄果园在3月中旬－4月底的0～40 cm土层、5月底－7月中旬的30～100 cm土层和7月中旬－8月底的0～20 cm土层为高水吸力区。可得出,渭北不同园龄苹果园在不同生育期的不同深度土层会间歇性地出现高水吸力的土壤水分胁迫区,但相对于农田而言,果园受到的干旱胁迫相对较轻,渭北地区植果有助于缓解干旱胁迫。     

南方典型母质发育稻田土壤氨氧化细菌和古菌群落结构特征

依托中国科学院桃源农业生态试验站水稻土易地置土长期定位试验,以广东英利(YL,发育于玄武岩风化物)、江西鹰潭(YT,发育于第四纪红黏土)和湖南桃源古市(TYG,发育于河流冲积物)3种母质发育稻田土壤为供试土壤,采用常规土壤农化分析方法测得3种土壤的理化性质、硝化速率,并结合实时荧光定量PCR技术和Illumina MiSeq测序技术,分析了土壤氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)种群丰度及群落结构的异同。结果表明：土壤硝化速率除分蘖期外,均表现为：YT>YL>TYG。YL与YT土壤中AOA数量占主导地位,AOA/AOB比值比值分别在0.72 ~ 3.05、0.98 ~ 1.52;TYG土壤中AOB数量占主导地位,AOA/AOB比值在0.21 ~ 0.75。群落组成方面,不同母质土壤间AOA、AOB群落结构差异显著,3种土壤AOA优势菌属各不相同,AOB优势菌属均为Nitrosospira。冗余分析表明,pH和可溶性有机碳是造成AOA、AOB群落结构差异的核心因子。综上,在环境背景均统一的前提下,不同母质发育稻田土壤理化性质之间依旧存在差异,这种差异影响着氨氧化微生物AOA、AOB的丰度以及群落结构。     

植物源有机物料对果园土壤微生物群落多样性的影响

【目的】苹果园土壤肥力持续下降,禽畜废弃物肥源严重不足,施用植物源有机肥成为生产中改善果园土壤状况的重要措施之一。本试验利用BIOLOG微平板技术研究了盆栽条件下添加植物源有机物料及其腐殖化过程驱动因子对果园土壤微生物群落多样性的影响,探讨葡萄糖、 尿素和蚯蚓在植物源有机物料向土壤碳库转化中的作用,为揭示果园土壤质量的演变机制提供参考。【方法】取苹果园020 cm土层土壤,与苹果枝条、 玉米秸秆和果园杂草粉碎物混合,栽植2a生苹果砧木山定子幼苗,分别添加尿素、 葡萄糖和蚯蚓,利用BIOLOG微平板技术进行土壤微生物群落多样性分析。不同处理的土壤浸提液在 BIOLOG生态测试板中培养,取培养96 h时微平板光密度值进行多样性指数计算,分别用丰富度指数S 表示被微生物群落利用的基质数量,多样性指数表示反应孔与对照孔光密度值之差和整块板总差的比值,均匀度指数 E表示可培养微生物的种类均匀度,优势度指数Ds用于评估某些最常见种的优势度。对土壤微生物群落利用BIOLOG微平板中六类碳源（碳水化合物类、 氨基酸类、 羧酸类、 多聚物类、 芳香族类和胺类）的情况进行主成分分析,明确不同处理微生物对碳源利用能力的差异。【结果】有机物料种类、 小分子有机物和蚯蚓数量均对平均吸光值（AWCD值）有显著影响,在培养0~24 h,玉米秸秆+葡萄糖+12条蚯蚓（T4）和果园杂草+葡萄糖（T9）处理的AWCD值明显高于其他处理,微生物群落的活性较强,碳源开始利用较早。2496 h时,AWCD呈指数增长,120 h后趋于平缓,以玉米秸秆+葡萄糖+12条蚯蚓（T4）、 苹果枝条+葡萄糖+6条蚯蚓（T2）、 果园杂草+葡萄糖（T9）处理斜率最大,其次为玉米秸秆+尿素+6条蚯蚓（T6）和苹果枝条+尿素（T1）处理; 小分子有机物种类对微生物群落丰富度指数（S）和优势度指数（Ds）的影响显著,丰富度指数（S）以苹果枝条+葡萄糖+6条蚯蚓（T2）最大,优势度指数（Ds）以玉米秸秆+葡萄糖+12条蚯蚓（T4）最大,各处理的多样性指数（H）和均一度指数（E）差异不显著; 对碳源利用主成分起分异作用的主要是碳水化合物类和多聚物类。【结论】与秸秆和杂草处理相比,苹果枝条处理土壤微生物群落多样性较丰富,加入葡萄糖为土壤微生物提供可迅速利用的碳源,微生物功能多样性也显著增加; 蚯蚓活动对微生物群落多样性的影响比葡萄糖小,尿素对微生物群落多样性的影响也较小,但同时添加尿素和葡萄糖有助于微生物多样性的增加。     

亚硝化球菌属(Nitrososphaera)可能是酸性土壤硝化作用的重要驱动者

选择初始pH相近的两个酸性土壤(JX-3和JX-7)样品进行培养试验,探讨了氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)和氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)在酸性土壤硝化过程中所发挥的作用。结果显示,经过50 d的培养,JX-7样品硝化速率显著高于JX-3,且明显降低土壤pH。培养后,两个土壤样品AOB丰度均增加,但样品间没有显著差异;JX-7土壤AOA丰度显著增加,而JX-3无显著变化。两个土壤样品AOA群落组成本身存在分异,但对于同一样品培养前后均无显著分异;AOB群落组成在两土壤间没有分异,但培养前后分别有分异。培养后,JX-7样品中AOA优势属Nitrososphaera和某些未知微生物的个别OTUs绝对丰度显著增加,而两样品AOB中Nitrosospira属的一些OTUs的绝对丰度均显著增加。因此,所研究的酸性土壤样品中AOA是硝化作用的主要贡献者,而且AOA主要通过提高Nitrososphaera属中个别OTUs的丰度,而不是整个群落来调控硝化作用。     

Nitrapyrin affects the abundance of ammonia oxidizers rather than community structure in a yellow clay paddy soil

Purpose

Yellow clay paddy soil (Oxisols) is a low-yield soil with low nitrogen use efficiency (NUE) in southern China. The nitrification inhibitor nitrapyrin (2-chloro-6- (tricholoromethyl)-pyridine, CP) has been applied to improve NUE and reduce environmental pollution in paddy soil. However, the effects of nitrapyrin combined with nitrogen fertilizers on ammonia oxidizers in yellow clay paddy soil have not been examined.

Materials and methods

A randomized complete block design was set with three treatments: (1) without nitrogen fertilizer (CK), (2) common prilled urea (PU), and (3) prilled urea with nitrapyrin (NPU). Soil samples were collected from three treatments where CK, PU, and NPU had been repeatedly applied over 5 years. Soil samples were analyzed by quantitative PCR and 454 high-throughput pyrosequencing of the amoA gene to investigate the influence of nitrapyrin combined with nitrogen on the abundance and community structure of ammonia oxidizers in yellow clay paddy soil.

Results and discussion

The potential nitrification rate (PNR) of the soil was significantly correlated with the abundances of both ammonia-oxidizing archaea (AOA) and ammonia-oxidizing bacteria (AOB). Application of urea significantly stimulated AOA and AOB growth, whereas nitrapyrin exhibited inhibitory effects on AOA. Phylogenetic analysis showed that the most dominant operational taxonomic units (OTUs) of AOA and AOB were affiliated with the Nitrosotalea cluster and Nitrosospira cluster 12, respectively. AOA and AOB community structures were not altered by urea and nitrapyrin application.

Conclusions

Nitrogen fertilization stimulated nitrification and increased the population sizes of AOA and AOB. Nitrapyrin affected the abundance, but not community structure of ammonia oxidizers in yellow clay soil. Our results suggested that nitrapyrin improving NUE and inhibiting PNR was attributable to the inhibition of AOA growth.

     

Do climate warming and plant species richness affect potential nitrification, basal respiration and ammonia-oxidizing bacteria in experimental grasslands?

Ammonia-oxidizing bacteria (AOB) are key organisms in the N cycle, as they control the first, rate-limiting step of the nitrification process. The question whether current environmental disturbances, such as climate warming and plant diversity losses, select for a particular community structure of AOB and/or influence their activity remains open. The purpose of this research was to study the impact of a 3 °C warming and of plant species richness (S) on microbial activity and diversity in synthesized grasslands, with emphasis on the nitrification process and on the diversity (community structure and richness) of ammonia-oxidizing bacteria (AOB). We measured soil chemical characteristics, basal respiration, potential nitrification and AOB diversity in soils under increasing plant species richness (S = 1, S = 3, S = 9) at ambient and (ambient +3 °C) temperature. Species were drawn from a 9-species pool, belonging to three functional groups: forbs, legumes and grasses. Mixtures comprised species from each of the three functional groups. Warming did not affect AOB diversity and increased potential nitrification at S = 3 only. Under warmed conditions, higher plant species richness resulted in increased potential nitrification rates. AOB richness increased with plant species richness. AOB community structure of monocultures under legumes differed from those under forbs and grasses. Clustering analysis revealed that AOB community structure under legume monocultures and mixtures of three and nine species grouped together. These results indicate that functional group identity rather than plant species richness influenced AOB community structure, especially through the presence of legumes. No clear relationship emerged between AOB richness and potential nitrification whatever plant species richness and temperature treatment. Our findings show a link between aboveground and belowground diversity, namely plant species richness, AOB richness and community structure. AOB richness was not related to soil processes, supporting the idea that increased diversity does not necessarily lead to increased rates of ecosystem processes.     

不同施肥模式对土壤氮循环功能微生物的影响

[目的]微生物在土壤氮循环过程中发挥着重要作用.通过研究农田土壤氮循环过程中不同功能微生物群落基因丰度对施肥模式的响应及其关键影响因素,探讨不同施肥模式调控下氮素转化的微生物学机制,为改善农业生产中氮素的管理策略提供理论依据.[方法]田间试验始于2011年,试验地点位于江苏省常州市溧阳市南渡镇,供试土壤为白土型水稻土,...     

添加生物炭改善菜地土壤氨氧化细菌群落并提高净硝化率

  【目的】  氨氧化过程是硝化作用的限速步骤,对氮循环有着重要影响。本研究通过分析生物炭输入下土壤氨氧化微生物群落的变化,揭示其影响土壤硝化作用的生物学机制。  【方法】  以华北潮土区设施菜地土壤为对象,设置生物炭梯度 (C₀、C_0.5、C_1.5、C_4.0) 土壤培养试验,结合PCR和T-RFLP等分析技术,观测生物炭输入下土壤氨氧化细菌群落变化动态,解析生物炭、土壤硝化作用与氨氧化细菌群落之间的关系。  【结果】  添加生物炭明显改变了土壤氨氧化微生物群落结构及氮素硝化过程。与未添加生物炭处理相比,生物炭添加处理培养前期土壤氨氧化细菌群落Shannon、Evenness指数分别升高5.4%～18.8%、26.2%～33.8%,后期Shannon指数降低20.7%～34.2%。生物炭输入对AOA群落没有明显影响,AOB群落256、58 bp代表物种丰度分别增加61.4%～56.0%、60.6%～78.6%,488 bp代表物种丰度降低22.8%～26.9%。21 bp代表物种丰度前期增加后期降低,与491 bp代表物种丰度变化相反。添加生物炭土壤AOB amoA基因丰度增加48.9%～53.2%。土壤NO₃–-N含量提高1.7%～25.6%,NH₄+-N含量下降13.4%～31.1%,土壤净硝化速率提高21.8%～70.2%。  【结论】  生物炭的输入可以改善以AOB为主的土壤氨氧化微生物群落结构,提高amoA酶活性,但是对氨氧化古菌微生物群落结构未产生明显影响。因此,生物炭提高土壤净硝化速率的作用与其对土壤氨氧化细菌群落和组成的影响密切相关。