长期施肥对黄土旱塬黑垆土氨氧化古菌群落多样性和丰度的影响

 【目的】研究长期不同施肥制度下黄土旱塬黑垆土氨氧化古菌群落多样性和丰度的变化,为提高黄土高原地区氮素利用效率、检测土壤质量变化提供重要依据。【方法】 利用PCR-RFLP技术和Real-time PCR技术分析无肥（CK）、有机肥（M）、氮肥+有机肥（NM）、磷肥+有机肥（PM）、氮磷肥+有机肥（NPM）等5种长期施肥处理对土壤氨氧化古菌群落结构和丰度的影响。【结果】从5种施肥处理的氨氧化古菌氨单加氧酶A（amoA）的克隆文库中分别得到25、18、29、20、30种RFLP酶切类型。α多样性指数表明各施肥处理土样之间氨氧化古菌多样性差异显著,NPM处理产生的氨氧化古菌多样性最多,而M处理多样性最少。欧氏距离聚类结果表明各施肥处理与对照（CK）处理土壤中氨氧化古菌群落类型趋同性系数最大,说明长期施肥处理使氨氧化古菌群落类型产生了较大变化。各施肥处理土壤中氨氧化古菌amoA基因拷贝数不同,NPM处理的氨氧化古菌丰度最高,与其它施肥处理呈显著性差异。基于amoA氨基酸序列构建的系统发育树将5种施肥处理的主要的优势氨氧化古菌与来自土壤/淡水沉积物的未培养氨氧化古菌聚为一类。【结论】长期不同施肥改变了土壤中氨氧化古菌群落多样性和丰度。     

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-Wiener(H')和Margalef(dMa)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.     

长期不同施肥对黄土旱塬黑垆土氨氧化细菌多样性的影响

【目的】通过分析长期不同施肥制度下土壤氨氧化细菌的群落结构及多样性,认识土壤氨氧化细菌对不同施肥制度的响应,以期明确氨氧化细菌对环境质量变化的指示作用。【方法】构建氨氧化细菌amoA基因克隆文库,利用PCR-RFLP方法研究无肥(CK)、有机肥(M)、氮肥+有机肥(NM)、磷肥+有机肥(PM)、氮磷肥+有机肥(NPM)等5种不同施肥处理对土壤氨氧化细菌多样性及群落结构的影响。【结果】5种施肥处理分别得到59、56、83、71、42个RFLP酶切类型。α多样性指数表明不同施肥处理的多样性存在差异,NM处理多样性最高,NPM处理多样性最低。β多样性指数表明M与NPM处理之间Sorenson指数为0.61,群落相似性最高;NM、PM与CK之间Sorenson指数均为0.15,群落相似性最低;其余均介于0.23-0.38。基于amoA氨基酸序列建立的系统进化树表明,各处理均以Nitrosospira cluster3为优势种群,但不同处理间属于Nitrosospira cluster3a和3b中克隆子所占的比例大小不同,同时发现有Nitrosospira cluster4种属。【结论】长期施肥改变土壤中氨氧化细菌的多样性,不同施肥环境可导致土壤中氨氧化细菌种属间的显著差异。     

大庆龙凤湿地底泥氨氧化细菌与氨氧化古菌多样性分析

为研究湿地底泥中氨氧化细菌(Ammonia-Oxidizing Bacteria,AOB)与氨氧化古菌(Ammonia-Oxidizing Archaea,AOA)的群落多样性,构建AOB与AOA的amo A基因克隆文库,同时利用限制性片段长度多态性(RFLP)技术将克隆文库阳性克隆子进行归类并测序。结果发现,从湿地底泥中均得到3个AOB与AOA的可操作分类单元(OTU)。其中,所有的AOB均属于亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas),而AOA属于泉古菌门(Crenarcharota),与河口沉积物等环境中获得的序列具有较高同源性。     

长期咸水滴灌对土壤氨氧化微生物丰度和群落结构的影响

为探讨长期咸水滴灌对棉田土壤氨氧化细菌（AOA）和氨氧化古菌（AOB）的丰度和群落结构的影响,于2018年采集已经过10年咸水滴灌的棉田土壤,通过实时荧光定量PCR和高通量测序技术测定土壤AOA和AOB的丰度和群落结构。试验设3个灌溉水盐度水平：0.35、4.61 dS·m^-1和8.04 dS·m^-1（分别代表淡水、微咸水和咸水）。结果表明：微咸水、咸水灌溉显著降低土壤NO₃^--N含量和潜在硝化势（PNR）,但显著增加土壤盐分和NH₄⁺-N含量。不同处理AOA和AOB的amoA基因拷贝数分别为2.2×10⁶~3.6×10⁶copies·g^-1和1.9×10⁵~3.2×10⁵ copies·g^-1干土;微咸水、咸水处理AOA和AOB amoA基因拷贝数均显著低于淡水处理,且微咸水处理显著降低AOA/AOB。PNR与AOA丰度（P<0.001）和AOB丰度（P<0.001）均呈显著正相关关系。此外,不同灌溉水盐度下AOA群落操作分类单元（OTUs）的数量大于AOB,微咸水、咸水灌溉显著降低AOB群落的OTUs。与淡水处理相比,咸水、微咸水处理显著增加AOA群落的香农指数,咸水处理显著降低AOB群落的香农指数。AOA和AOB群落的优势类群分别为Candidatus Nitrosocaldus和Nitrosospira;咸水、微咸水处理抑制AOA群落的Betaproteobacteria生长,而咸水处理中Candidatus Nitrosocaldus显著高于淡水和微咸水处理。AOB群落中Nitrosomonas的相对丰度随着灌溉水盐度的增加而显著降低。LEf Se分析显示,AOA在咸水灌溉下仅有1个差异物种,而AOB在微咸水灌溉时有5个差异物种。冗余分析结果显示：AOA群落结构的改变与土壤NO₃^--N、pH和盐度的变化密切相关,而AOB群落结构的改变仅与NO₃^--N和pH显著相关。盐分是影响氨氧化微生物生长及群落结构的主导因素,AOA和AOB共同参与土壤硝化作用,淡水、微咸水灌溉条件下AOB可能是硝化作用主导微生物种群,而咸水灌溉条件下AOA可能是主导微生物种群。     

鸡粪菌渣好氧堆肥过程中氨氧化古菌及氨氧化细菌群落的动态变化

以amo A基因为标记,通过Real-Time PCR和限制性片段长度多态性(Restriction fragment length polymorphism,RFLP)法对鸡粪菌渣好氧堆肥过程中的氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)和氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)进行了丰度及群落结构的分析。结果表明,在堆制初期、好氧发酵高温期及后熟期,AOB的amo A基因丰度均占主导优势,是AOA的38~992倍。进入好氧发酵高温期,AOA amo A基因丰度下降至发酵前的0.9%,AOB下降至17.6%,后熟期AOA与AOB的amo A基因丰度与好氧发酵高温期相当。在上述3个阶段AOA与AOB各自存在一个绝对优势菌群,分别为Cluster 3和Nitrosomonas europaea,其中Cluster 3克隆子数目分别占整个克隆文库的70.73%、54.28%、72.45%,Nitrosomonas europaea克隆子数目分别占整个克隆文库的78.44%、93.20%、94.27%。堆肥3个阶段AOA的多样性指数变化不大,Shannon-Wiener值维持在1.53~1.60,但群落结构发生明显演替,随着堆肥温度升高,堆肥前期的一些菌群(Cluster 4、Cluster 5、Cluster 6)逐渐消失,新的菌群Cluster 1出现并成为堆肥中后期的第二大优势菌群。AOB无论是多样性指数还是群落组成,都发生剧烈的变化。AOB在堆肥前期Shannon-Wiener指数值最大(1.47),种群数最多(6个基因簇,分别为Nitrosomonas europaea Cluster,Nitrosomonas halophila Cluster,Nitrosomonas communis Cluster,Nitrosomonas nitrosa Cluster,Nitrosospira briensis Cluster,Nitrosospira multiformis Cluster);进入高温发酵期,Shannon-Wiener下降至0.45,群落结构单一,只有Nitrosomonas europaea Cluster和Nitrosomonas halophila Cluster;进入后熟期,AOB多样性及种群数得到一定程度的回升。     

长期施肥对土壤中氨氧化细菌丰度和种群多样性的影响

为探讨长期施肥对土壤氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)的影响机制,以长期定位试验站为平台,采用变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术,研究不同施肥方式下土壤AOB丰度和种群结构多样性的季节变化特征。结果表明:与不施肥相比,施肥后土壤铵态氮和硝态氮含量增加,土壤pH降低;随采样时期变化(4月、7月和11月),土壤AOB丰度和多样性指数均在4月最高;各施肥处理下,增施无机氮肥可降低土壤中总细菌数量和AOB的种群多样性,有机/无机氮肥配施有助于维持总细菌和AOB丰度的稳定;冗余分析(RDA)结果表明,铵态氮显著影响土壤AOB种群结构组成,季节是导致AOB种群结构差异的重要因素。总之,季节变化与长期定位施肥引起的土壤理化特征差异,导致土壤AOB丰度和种群多样性发生改变。与无机氮肥相比,有机/无机氮肥配施有助于稳定土壤AOB的丰度。     

淹水水稻土中氨氧化古菌丰度和群落结构演替特征

采用淹水非种植水稻土微环境模式系统,对水稻土进行1 h和1、5、10、20、30、40、60 d淹水培养,利用序列分析和Realtime PCR技术分析淹水培养过程中氨氧化古菌(AOA)的丰度和群落结构变化规律。结果表明,淹水水稻土中细菌(Bac)的丰度是泉古菌(Cre)的29倍以上,而氨氧化古菌(AOA)是氨氧化细菌(AOB)的4倍之多,淹水过程改变了细菌、泉古菌、氨氧化细菌和氨氧化古菌的丰度。基于Arch-amoA基因的OTU分析显示淹水过程中AOA的群落结构发生了演替性变化:T12是r策略生存的AOA,仅存在于淹水初期;T4、T5和T9是k策略生存的AOA,存在于淹水后期;T1、T8和T16是r和k-策略共生存的AOA,它们存在于整个淹水过程中,淹水后期k-策略的AOA占据优势。淹水初期优势种群多样性指数大于淹水中、后期,PCA分析将淹水处理过程分成初期、中期和后期3类不同的生境;测序结果表明,16个优势OTU类型均属于泉古菌,且与来自不同地域的水稻土、旱地土、红壤和沉积物氨氧化古菌关系密切。     

牛场肥水灌溉对土壤氨氧化微生物的影响

以不同牛场肥水灌溉制度下河北省徐水县梁家营长期定位施肥试验田为研究对象,通过构建氨氧化细菌和氨氧化古菌的amoA 基因克隆文库,利用T-RFLP方法研究了5种施肥处理(CK:不施肥;CF:300 kg N·hm^-2,120 kg P₂O·hm^-2,75 kg K₂O·hm^-2;T4:105 kg N·hm^-2,39 kg P₂O₅·hm^-2;T5:210 kg N·hm^-2,78 kg P₂O₅·hm^-2; T11:317 kg N·hm^-2,117 kg P₂O₅·hm^-2)下土壤中氨氧化细菌及氨氧化古菌的多样性及其群落结构演变。氨氧化细菌T-RFLP结果显示,T5 处理土壤中氨氧化细菌的 Shannon-Wiener指数(H')和 Pielou指数(E)均最高, T11处理最低,表明T5处理增加了土壤中氨氧化细菌的多样性和丰富度,T11处理一定程度上降低了氨氧化细菌的多样性和丰富度。基于amoA基因建立的系统进化树显示,土壤中氨氧化细菌主要属于Nitrosospira 和Nitrosomanas。氨氧化古菌T-RFLP结果显示,T11处理氨氧化古菌Shannon-Wiener指数(H')、Simpson 指数(Ds)和Pielou指数(E)均最高,表明T11处理增加了土壤中氨氧化古菌的多样性和丰富度。氨氧化古菌的系统发育树显示大部分氨氧化古菌amoA序列与 Cluster S 聚为一类,且占主导地位,少数序列为Unclassified-Archaea(未分类古菌)。最大优势菌与来自中国荷斯坦奶牛瘤胃样品的氨氧化古菌Clone属于同种,推测牛场肥水灌溉增加了土壤的氨氧化古菌的群落多样性。     

长期施肥对黄土旱塬黑垆土有机氮和有机碳的影响

耕地土壤中的氮素和有机碳是土壤肥力高低的指标，其含量除受各种自然因素影响外，还强烈地受到施肥的影响。为揭示施肥对土壤供氮潜力和有机碳的影响．本文采用Bremner法对20a长期定位试验的黑垆土耕层土壤有机氮组成进行了分级。结果表明．单施氮肥或磷肥对耕层土壤全氮、各形态有机氮的绝对含量及其占全氮的相对比例均无显著影响；有机肥和化肥配施，显著提高了耕层土壤全氮、酸解有机氮、酸解铵态氮、氨基酸态氮的含量，其中对氨基酸态氮的影响最大。施化肥或有机肥均能显著提高有机碳水平．有机无机肥配施效果最好。在不同肥料处理中，土壤各种形态有机氮的含量高低顺序依次为：酸解铵态氮〉氨基酸态氮〉酸解未知态氮〉氨基糖态氮。长期有机无机肥配施显著提高了土壤供氮潜力和有机质水平，是维持土壤肥力最优的施肥方式。     

长期施肥对旱地土壤中氨氧化微生物丰度和分布的影响

采用基于氨单加氧酶基因(amoA)的荧光定量PCR技术,以黄土高原旱地土为材料,研究长期施肥对土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌丰度的影响,并分析环境因素与氨氧化菌丰度的关系。以不施肥土壤为对照(CK),设置3个施肥处理,分别为单施磷肥(P),氮、磷共施(NP)和氮、磷、有机肥共施(NPM)3个处理。结果表明,不同处理氨氧化菌amoA基因拷贝数为1.326×106～1.886×106 g-1,各处理间氨氧化细菌丰度差异不显著;氨氧化古菌的arch-amoA基因拷贝数为1.329×106～4.510×106 g-1,表现为处理NPM>NP>CK>P,NPM处理为对照的3.314倍,二者呈现显著性差异。采用DCCA法对4个处理进行环境相似度分类,结果显示,P和NPM处理、CK和NP处理分别构成了2个相似类群;4个处理和12个环境因子的关联(CCA)分析表明,不同处理中的氨氧化微生物活跃度以及氨氧化过程强度表现为处理NMP>NP>CK>P;不同环境因子和不同施肥处理生境相似度分布存在不同的关系,其中反映氨氧化过程的硝态氮含量、氨氧化细菌和氨氧化古菌丰度,以及代表微生物生长主要环境因素的pH值、含水量、全氮和有机碳含量与不同施肥处理导致的生境相似度的分布关系最为紧密。     

长期施肥下不同肥力紫色水稻土氮磷活化能力

【目的】探讨长期施肥下紫色水稻土氮、磷养分活化能力及其与 pH 和有机碳的量化关系,为土壤 培肥提供参考。【方法】选取连续 36 年不施肥的低肥力（LF）、氮磷钾平衡施肥的中肥力（MF）和有机无机 配施的高肥力（HF）处理,研究不同肥力土壤氮磷养分含量及其活化度的演变特征,分析土壤 pH、有机碳与氮 磷活化度的关系。【结果】MF 和 HF 土壤的作物产量显著高于 LF 土壤。LF 土壤全氮、全磷含量基本稳定,碱 解氮含量显著增加而有效磷含量略有降低,MF 和 HF 土壤全氮、全磷、碱解氮和有效磷含量均呈极显著增加趋势; LF、MF、HF 土壤全氮含量年增加量分别为 5.5、14.2、17.0 mg/kg,碱解氮年增量为 0.40、1.05、1.32 mg/kg, 全磷年增量为 0.8、17.1、18.0 mg/kg,有效磷年增量为 -0.03、2.05、1.85 mg/kg。MF 和 HF 土壤氮磷活化度 比 LF 土壤提高 8.15%~428.77%;氮活化度与 pH 和有机碳不存在线性关系,磷活化度与 pH 呈极显著负相关, 与有机碳呈显著正相关。年施 N 240 kg/hm2 、P2 O5 120 kg/hm2 ,氮含量于 13 年后、磷含量于 9 年后达到饱和。 【结论】氮磷钾平衡施肥或有机无机肥配施是提升西南丘陵区水稻土氮磷养分含量及其活化能力的重要措施。     

过量施肥下氮素形态对旱地土壤细菌多样性的影响

采用细菌16SrDNA的PCR-RFLP技术,以西北地区土垫旱耕人为土为材料,模拟田间过量施肥水平,经室内恒温短期培养,研究了过量施肥下酰胺态氮、硝态氮和铵态氮对土壤细菌多样性的影响。结果显示:PCR-RFLP分析酰胺态氮(T1)、硝态氮(T2)和铵态氮(T3)过量施肥处理的细菌16SrDNA克隆文库,分别得到17、25和130个酶切分型,不施肥对照(CK1)和正常施肥对照(CK2)分别得到119和187个酶切分型,表明正常施肥处理的酶切分型最多,过量使用酰胺态氮和硝态氮减少了酶切类型,而过量施用铵态氮可以维持与不施肥对照相近的酶切类型数量。采用α多样性测度对试验结果进行分析统计表明,不同处理间土壤细菌的多样性指数(H'、Ds)和物种丰富度指数(dM)a均为CK2>T3>CK1>T2>T1处理,表明合理施肥可显著增加土壤中细菌的多样性,而过量施用酰胺态氮则减少细菌的多样性,使用铵态氮处理可维持细菌多样性;除正常施肥对照(CK2)外,其余各处理都出现了优势菌种。通过对优势菌的16SrDNA序列比对发现,酰胺态氮处理都为未培养细菌,硝态氮处理和铵态氮处理的优势菌呈现了菌属多样性,前者包括变形菌门的假单胞菌属和寡养...     

长期施肥对土壤磷素影响研究进展

介绍长期施肥对农田土壤磷素状况的影响,阐述土壤磷库、磷素形态、土层磷素分布等方面的研究进展。     

长期定点施肥对土壤养分及作物产量的影响

通过18年的长期定位施肥试验,研究了白浆土不同施肥处理(单施厩肥,OM;单施化肥,NP;秸秆还田,TS;施肥对照,CK)对土壤养分和作物产量的影响。结果表明:施肥对提高土壤的有机质、速效磷和速效钾的含量效果明显,长期轮作施肥的有机质、全磷含量的变化趋势均为TS>OM>NP>CK,全氮和速效钾含量为OM>TS>NP>CK;长期连作因作物不同土壤养分变化表现也不一致,但对于速效磷来说,连作与轮作均表现同样趋势即:OM>NP>TS>CK。施肥可大幅度提高作物产量,其中厩肥效果最为明显,连作下较不施肥处理增产118.7%～175.8%,轮作下增产129.7%;其次是化肥与秸秆,且二者增产的效果相当。长期不施肥则导致作物产量维持在较低的水平。总体看来,厩肥的作用最大,化肥与秸秆的作用次之。