长期施肥对棕壤氨氧化细菌和古菌丰度的影响

【目的】氨氧化是氮转化过程的限速步骤,其由氨氧化微生物所驱动。本研究旨在探明 37 年玉米–大豆轮作施肥条件下影响棕壤氨氧化微生物丰度的主要影响因子及变化规律。【方法】以沈阳农业大学棕壤肥料长期定位试验耕层土壤 (0—20 cm) 为材料,选取其中 9 个施肥处理进行取样分析:不施肥 (CK)、低量氮肥 (N₁)、高量氮肥 (N₂)、氮磷肥 (N₁P)、氮磷钾肥 (N₁PK)、高量有机肥 (M₂)、高量有机肥 + 低量氮肥 (M₂N₁)、高量有机肥 + 氮磷肥 (M₂N₁P)、高量有机肥 + 氮磷钾肥 (M₂N₁PK)。采用实时荧光定量 PCR 技术测定其氨氧化微生物丰度,通过对土壤基本化学性质和氨氧化微生物丰度的冗余分析找出影响氨氧化微生物丰度的主要因素。【结果】施用有机肥处理的土壤 pH、有机质、全氮、碱解氮、速效钾、速效磷、铵态氮、硝态氮含量明显高于不施肥和单施化肥处理。各施肥处理土壤有机质、全氮、碱解氮、速效钾、速效磷的含量总体呈现有机肥处理 > 化肥处理 > CK;与不施肥处理 (CK) 相比,单施化肥处理显著降低了土壤 pH 值,施用有机肥处理显著提高了土壤 pH 值,其中 N₂ 处理的土壤 pH 最低,M₂ 处理的土壤 pH 最高。不同施肥处理氨氧化细菌 (AOB) 的丰度为 0.94 × 106～5.77 × 106 copies/g 干土,氨氧化古菌 (AOA) 的丰度为 3.56 × 106～1.22 × 107 copies/g 干土;施用有机肥处理 AOB 和 AOA 丰度显著高于不施肥和单施化肥处理,其中 M₂ 处理的 AOB 和 AOA 丰度最高,单施氮肥处理的 AOB 和 AOA 丰度最低。冗余分析 (RDA) 表明,影响棕壤 AOB 和 AOA 丰度的主要环境因子有土壤 pH、有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾,且与 AOB 和 AOA 丰度呈正相关关系。【结论】长期轮作施肥显著改变了棕壤的化学性质,从而对氨氧化微生物的丰度产生了显著影响。长期施用有机肥显著提高了土壤养分含量及 AOB 和 AOA 的丰度,对维持土壤氨氧化微生物的数量起到十分重要的作用;同时试验结果也为今后通过改变土壤 pH、有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾等性质对 AOB 和 AOA 进行调节提供了依据。     

长期施肥对水稻土剖面氨氧化古菌和细菌丰度及组成的影响

长期施肥影响稻田土壤理化性质和硝化微生物群落,但长期施肥对稻田不同土层氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)群落结构的影响尚不明确.以湖南宁乡稻田不同施肥制度长期定位试验为平台,选取不施肥(CK)、施秸秆有机肥(ST)、有机-无机肥配施(OM)和施全量化肥(NPK)4个处理,采用实时荧光定量PCR和Illumina...     

长期施用氮肥和磷肥对渭北旱塬土壤中氨氧化古菌多样性的影响

采用基于氨单加氧酶基因的PCR-RFLP和DNA测序技术,以黄土高原旱地黑垆土为材料,研究长期施用氮肥和磷肥对土壤氨氧化古菌多样性的影响。结果显示,不同施肥处理土壤样品得到的氨氧化古菌的OTU数分别为25（种植不施肥,CK）、21（不施肥不种植,LD）、18（单施氮肥,N）、25（单施磷肥,P）和13（氮、磷共施,NP）。氨氧化古菌的多样性指数H′和优势度指数Ds变化趋势基本相同,分别为P〉CK〉LD〉NP〉N和P〉CK〉NP〉LD〉N;种群丰富度和均匀度指数在不同处理间变化较大,分别为CK〉P〉LD〉N〉NP和P〉NP〉LD〉N〉CK。各处理优势氨氧化古菌绝大部分属于Cluster S,少数属于Cluster M,获得的序列全部属于难培养泉古菌门。不同施肥方式的长期定位试验土壤中氨氧化古菌多样性变化较大,而优势氨氧化古菌系统进化定位没有显著变化。     

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...     

长期施肥对酸性土壤氨氧化微生物群落的影响

【目的】 长期施肥显著影响着酸性土壤的pH,研究由此引起的土壤中氨氧化古菌 (ammonia-oxidizing archaea,AOA) 和氨氧化细菌 (ammonia-oxidizing bacteria,AOB) 的变化,为土壤培肥提供理论依据。 【方法】 供试土壤为27年长期定位施肥试验的红壤,供试作物为玉米。选择不施肥对照 (CK)、氮肥120 kg/(hm2·a)(N)、氮磷钾肥 (NPK) 和猪粪2000 kg/(hm2·a)(OM) 4个处理采集土壤样品,测定了土壤基本理化性状;利用qPCR、PCR-DGGE方法,分析土壤AOA和AOB群落丰度与组成。 【结果】 1) 长期定位施肥导致土壤pH值发生显著变化,N处理的土壤pH值最低,仅为4.03,其次是NPK和CK处理的土壤,OM处理土壤pH值最高,接近中性达6.40。2) 与CK相比,长期施肥提高了土壤有机质、全氮、铵态氮和硝态氮含量。3)OM处理显著提高了土壤NH₃浓度,而其它处理对NH₃浓度无显著影响。4) 施肥显著增加了土壤AOA的丰度,OM处理提升幅度最大;AOA丰度与土壤有机质碳、全氮呈极显著正相关 (P < 0.01),与铵态氮、土壤NH ₃浓度呈显著正相关 (P < 0.05),与土壤pH、硝态氮关系不显著 ( P > 0.05);施肥改变了AOA的群落结构,CK、N、NPK处理的群落结构差异不显著,OM处理与另外三个处理差别较大。主要AOA类群是Group 1.1b,少数属于Group 1.1a-associated。RDA分析表明,土壤pH值、有机质、总氮、铵态氮、土壤中NH ₃浓度是导致AOA群落变化的主要环境因子。5) 仅OM处理对AOB丰度和群落产生了显著影响,主要类群是Nitrosospira Cluster 3,少数属于Nitrosospira Cluster 9。AOB丰度与土壤NH₃浓度呈极显著正相关 (P < 0.01),与有机质碳、全氮呈显著正相关关系 ( P < 0.05),与土壤pH、铵态氮、硝态氮关系均不显著 ( P > 0.05)。 【结论】 长期施用不同肥料对酸性土壤的理化性质影响差异大,AOA和AOB的丰度和群落结构也发生了明显变化,尤其是施加有机肥之后。来自不同处理的大部分AOA属于Group 1.1b类群,少数属于Group 1.1a-associated类群。仅在OM处理中检测到AOB类群,大部分属于Nitrosospira Cluster 3,少数属于Nitrosospira Cluster 9。      

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。     

长期施肥与覆膜对土壤细菌、泉古菌和氨氧化微生物丰度的影响

施肥与覆膜等农田管理措施能够改变土壤的物理化学性质,这直接影响着驱动氨氧化过程的氨氧化微生物,而氨氧化过程是硝化作用的限速步骤。以沈阳农业大学棕壤长期施肥与覆膜试验站为平台,采用荧光定量PCR技术,研究了5种施肥制度下[不施肥(CK)、氮肥(N)、氮磷肥(NP)、有机肥(M)和有机无机配施(MNP)]土壤细菌、泉古菌和氨氧化微生物数量的变化。结果表明,不同施肥处理细菌、泉古菌、氨氧化细菌和氨氧化古菌的基因拷贝数平均值分别为0.52×109～4.20×109、2.14×108～9.69×108、0.21×107～6.89×107和0.26×107～74.70×107copies g-1干土。与CK相比,有机肥处理(M、MNP)能显著增加土壤细菌的丰度,化肥处理(N、NP)则相反;施肥尤其是化肥处理(N、NP)均能降低泉古菌和氨氧化古菌的丰度;有机肥处理(M、MNP)显著增加了氨氧化细菌的丰度。细菌、泉古菌、氨氧化细菌和氨氧化古菌丰度均与pH值存在显著正相关关系(P0.05),细菌和氨氧化细菌丰度则主要受全碳含量的影响,而细菌、泉古菌和氨氧化细菌丰度与铵态氮、硝态氮含量存在极显著负相关关系(P0.01)。研究结果可为进一步探讨农田生态系统中氨氧化微生物对不同管理措施的响应机制及其在氮素转化中的作用提供科学依据。     

长期施用含氯化肥对棕壤硝化作用及氨氧化微生物的影响

【目的】氨氧化微生物是氨氧化过程的主要驱动者,氨氧化过程作为硝化作用的限速步骤对氮循环具有重要作用。本研究以沈阳农业大学棕壤含氯化肥长期定位试验的土壤为研究对象,探讨了连续34年施用高氯和低氯化肥对棕壤硝化作用及氨氧化微生物的影响。【方法】该长期试验在等量氮、磷、钾条件下,设置高氯和低氯处理,共8个处理:T1(不施肥);T2(单施尿素);T3(尿素+氯化钾);T4(尿素+过磷酸钙);T5(尿素+过磷酸钙+氯化钾);T6(尿素+磷酸一铵+氯化钾);T7(尿素+氯磷铵+氯化钾);T8(硝酸磷肥+过磷酸钙+氯化钾),T7为高氯处理。采集0—20cm土壤样品,利用荧光定量PCR技术测定氨氧化细菌(AOB)和古菌(AOA)丰度,并结合土壤硝化潜势和基本化学性质,分析长期施用含氯化肥对棕壤硝化作用及氨氧化微生物丰度的影响及影响氨氧化微生物丰度的主要环境因素。【结果】长期施肥降低了土壤pH值,高氯处理降低得最多,显著低于其他处理;高氯处理的土壤硝化潜势也显著低于其他处理,且除高氯处理外,配施磷肥的处理土壤硝化潜势显著高于不施磷处理。各处理土壤中AOA丰度均显著高于AOB,高氯处理土壤中AOA、AOB丰度均显著低于其他处理,土壤硝化潜势与AOA和AOB均呈显著正相关关系。【结论】连续施用高氯化肥34年显著降低了棕壤AOA和AOB丰度,抑制了硝化潜势。该结果可为通过含氯化肥的合理施用来调节土壤AOA和AOB,进而调控土壤氮素循环提供参考。     

长期定位施肥对中性紫色土硝化作用及氨氧化微生物的影响

为了研究长期不同施肥措施对中性紫色土氨氧化微生物及其硝化作用的影响,以国家紫色土肥力与肥料效益监测基地的中性紫色土为研究对象,进行土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌amo A基因的Real-time PCR分析,比较长期不同定位施肥对土壤氨氧化潜势和硝化强度的影响,并分析不同施肥制度对功能微生物丰度与功能的作用。数据显示,土壤中氨氧化古菌amo A基因拷贝数(Log值6.21～7.14)远大于氨氧化细菌(Log值3.65～5.73),相对于对氨氧化细菌丰度的影响,施肥对土壤氨氧化古菌丰度影响较小。施用氮肥与磷肥都显著提高了土壤氨氧化细菌丰度,1.5NPK+M处理氨氧化细菌丰度最高(Log值5.73),有机无机肥配施可以显著提高土壤氨氧化微生物丰度;而含氯化肥的施用在一定程度上降低了土壤氨氧化细菌丰度与硝化细菌生长,与施用不含氯的肥料处理相比,含氯肥料处理的土壤氨氧化细菌丰度与硝化细菌数分别降低了3.74%和88.12%。研究表明,长期施肥能影响中性紫色土中氨氧化细菌的丰度,有机无机肥配施能够提高土壤的氨氧化潜力与土壤的硝化能力。     

稻虾共作模式下稻田土壤氨氧化微生物丰度和群落结构的特征

【目的】研究稻虾共作模式下土壤氨氧化微生物数量、群落多样性及群落结构,深入了解该模式下的土壤微生态环境的演变。【方法】试验点在湖北省荆州市长江大学农学院基地,设置稻虾共作模式 (CR) 与常规中稻种植模式 (MR),借助荧光定量PCR技术与Illumina Miseq高通量测序平台,分析了土壤氨氧化细菌 (AOB) 与古菌 (AOA) 丰度、多样性及群落结构。【结果】与MR模式相比,CR模式显著提高了土壤硝态氮、总碳及总氮含量,对土壤pH、碱解氮及土壤碳氮比无显著影响。CR模式土壤AOA与AOB amoA基因拷贝数为3.13 × 105和7.01 × 105 copies/g干土,MR模式土壤AOA、AOB amoA基因拷贝数为1.41 × 105和3.87 × 105 copies/g干土,两个模式土壤AOB的数量均显著高于AOA,CR模式土壤AOA、AOB的数量均显著高于MR模式 (P < 0.05)。α群落多样性指数表明,相比MR,CR模式显著降低了土壤AOA群落多样性,对AOB群落多样性无显著影响。Venn结果分析,CR模式增加了AOA amoA基因的物种,改变了AOB amoA基因的物种组成,且AOB amoA物种数量下降。在属水平上,norank_c_environmental_samples_p_Thaumarchaeota、unclassified_k_norank_d_Archaea、norank_c_environmental_samples_p_Crenarchaeota、norank_p_environmental_samples_k_norank为AOA的优势类群,相对丰度占AOA amoA基因总序列的99.25%～99.46%,CR模式显著提高了norank_c_environmental_samples_p_Crenarchaeota在AOA群落属水平的相对丰度;unclassified_k_norank_d_Bacteria、norank_f_environmental_samples、norank_o_environmental_samples_c_Betaproteobacteria、unclassified_o_Nitrosomonadales为AOB的优势类群,相对丰度共占97.78%～98.49%,且CR模式显著增加了norank_o_environmental_samples_c_Betaproteobacteria与unclassified_o_Nitrosomonadales在AOB群落属水平的相对丰度。冗余分析 (RDA) 结果显示,土壤基本理化性质对于土壤AOA、AOB群落结构影响有着相似的趋势,其中对AOA、AOB群落结构影响最大的因子是硝态氮,其次分别为总碳、铵态氮、碱解氮、pH。根据RDA投影距离分析,稻虾共作模式对土壤AOA群落结构的影响大于AOB,且MR与稻虾共作模式土壤AOB的群落结构具有一定的相似度。【结论】稻虾共作模式显著降低了AOA群落多样性,而对AOB群落无显著影响;稻虾共作模式显著增加了AOA与AOB的丰度并显著影响了群落结构组成。土壤硝态氮、总碳、铵态氮、碱解氮、pH含量是导致土壤微生物数量、多样性及群落结构变化的主要原因。     

Abundance and community structure of ammonia-oxidizing archaea and bacteria in an acid paddy soil

Nitrification is essential to the nitrogen cycle in paddy soils. However, it is still not clear which group of ammonia-oxidizing microorganisms plays more important roles in nitrification in the paddy soils. The changes in the abundance and composition of ammonia-oxidizing archaea (AOA) and ammonia-oxidizing bacteria (AOB) were investigated by real-time PCR, terminal restriction fragment length polymorphism, and clone library approaches in an acid red paddy soil subjected to long-term fertilization treatments, including treatment without fertilizers (CT); chemical fertilizer nitrogen (N); N and potassium (NK); N and phosphorus (NP); N, P, and K (NPK); and NPK plus recycled crop residues (NPK+C). The AOA population size in NPK+C was higher than those in CT, while minor changes in AOB population sizes were detected among the treatments. There were also some changes in AOA community composition responding to different fertilization treatments. Still few differences were detected in AOB community composition among the treatments. Phylogenetic analysis showed that the AOA sequences fell into two main clusters: cluster A and cluster soil/sediment. The AOB composition in this paddy soil was dominated by Nitrosospira cluster 12. These results suggested that the AOA were more sensitive than AOB to different fertilization treatments in the acid red paddy soil.     

Soil type determines the abundance and community structure of ammonia-oxidizing bacteria and archaea in flooded paddy soils

Purpose  

Ammonia oxidation plays an important role in global nitrogen cycle. However, little information is available on ammonia oxidizers in paddy soils. This study aimed to understand the controlling factors of ammonia oxidizers in the paddy soils.     

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。     

长期施肥对黄泥田土壤微生物群落结构及团聚体组分特征的影响

【目的】黄泥田是中国南方稻作区主要的中低产田之一土壤微生物和团聚体组分是影响黄泥田土壤肥力及生产力的重要因素,研究长期施肥对其影响为黄泥田土壤肥力评价与培肥技术提供理论依据。【方法】以福建省黄泥田28年长期定位施肥试验为基础,设4个处理为对照(不施肥,CK)、氮磷钾肥(NPK)、氮磷钾肥+牛粪(NPKM)、氮磷钾肥+秸秆还田(NPKS)。采集0-20 cm耕层土壤样品,利用磷脂脂肪酸分析技术研究了土壤微生物群落结构,并用湿筛法测定了水稳性团聚体组分特征。【结果】与CK相比施肥增加土壤微生物磷脂脂肪酸种类数16.67%~38.89%提高土壤微生物总量26.71%~47.30%,其中细菌、真菌和放线菌等数值差异均达显著水平;长期不施肥(CK)易导致土壤中放线菌缺乏而NPKM更有利于提升土壤微生物菌群种类与数量。土壤磷脂脂肪酸第一和第二主成分分析综合了89.80%方差贡献率,提取出C17:1w8(细菌G-)、C12:0(细菌)、cy19:0w8(伯克霍尔德菌)、C17:0(节杆菌)、C18:1w7(假单胞杆菌)、C10Mel7:0(放线菌)等6种主要变异信息。此外,NPKM与NPKS可增加0.25~2.0 mm水稳性团聚体4.74~8.47个百分点,各施肥处理该粒径下C、N含量分别提高1.63%~32.58%和3.82%~13.74%。NPKS有利于促进0.25 mm大团粒结构形成而NPKM更有利于提升不同粒径下C、N含量。细菌、放线菌和微生物总量与水稳性团聚体0.25~2.0 mm粒径呈显著的正相关(P0.05)与水稳性团聚体0.25 mm粒径呈显著的负相关细菌、微生物总量与不同粒径碳含量均呈极显著正相关。【结论】黄泥田合理施肥可显著地提高土壤微生物群落数量及含量,促进0.25 mm团聚体形成,增加不同粒径团聚体C、N含量,其中NPKM对黄泥田培肥地力的效果最好。     

Effect of long-term fertilization on bacterial composition in rice paddy soil

We investigated the effect of long-term fertilization on bacterial abundance, composition, and diversity in paddy soil. The experiment started in 1990 in Taoyuan Agro-ecosystem Research Station in China (111°33′ E, 28°55′ N). The molecular approaches including real-time quantitative PCR, terminal restriction fragment length polymorphism, and clone library construction were employed using 16S rRNA gene as genetic marker. Application of inorganic fertilizers did not affect bacterial abundance, and rice straw incorporation combined with inorganic fertilizers significantly (P < 0.05) increased bacterial abundance with shifts in bacterial community composition. Among phylogenetic groups, γ-Proteobacteria was responsive to all fertilization regimes while Acidobacteria was relatively stable to fertilization practices. Inorganic fertilizer mainly affected γ-Proteobacteria and δ-Proteobacteria, while rice straw incorporation influenced β-Proteobacteria and Verrucomicrobia. Therefore, long-term fertilization can affect abundance and composition of bacterial communities in paddy soil.     

长期施肥对农田黑土微生物活力与群落结构的影响

以黑土长期肥料定位站CK、N、P、NP、MN(有机肥+氮)、MP(有机肥+磷)、MNP(有机肥+氮+磷)等处理为供试土样,研究氮、磷及有机肥不同配施条件下土壤基本理化性质、磷脂脂肪酸(PLFA)、中性磷脂脂肪酸(NLFA)、酸(碱)性磷酸酶、微生物量碳或氮(SMB-C或N)等变化规律。结果表明,26年有机肥-化肥配施明显提高土壤有机质(OM)、总氮(TN)以及速效氮、磷、钾等养分含量,其SMB-C或N、SMB-C/OM比值、磷酸酶活力以及各菌群PLFA含量显著高于CK和各化肥处理。长期N处理微生物活力明显低于CK,而P处理对微生物活力与结构影响最小。NLFA在各菌体相对含量与活体生物标识物变化趋势相反,表明养分充足的有机肥处理中各菌群休眠体或贮存物质积累有限。PLFA、NLFA与NLFA/PLFA主成分分析表明,有机肥与化肥处理微生物群落结构显著不同。个别PLFA或NLFA载荷值分析表明,真菌C18∶2ω6,9受有机肥施用影响显著;而G+菌iC15∶0、iC17∶0、iC16∶0等更易受化肥施用影响。与PLFA或NLFA相比,NLFA/PLFA比值PC分析能更有效地区分不同施肥处理。     

Balanced fertilization improved soil ammonia-oxidizing bacterial community in latosolic red soil

Abstract

We investigated the impact of nitrogen (N), phosphorus (P), potassium (K) (NPK) and NPK plus glucose-balanced fertilization compared with N-only fertilization on the soil pH, NH₄ ⁺, NO₃ ^?, ammonia-oxidizing bacterial community, bacterial community and function during microcosm incubation. The NPK and NPK plus glucose treatments resulted in significantly reducing soil acidification and NO₃ ^? accumulation compared with the N-only fertilization. The terminal restriction fragment size measuring 283 (Nitrosospira) and 54 bp (unidentified) were predominant in the soil ammonia-oxidizing bacterial composition for all treatments. The N-only fertilization did not change the ammonia-oxidizing bacterial community, the bacterial community composition based on terminal restriction fragment length polymorphism analysis, and the bacterial functional diversity based on Biolog EcoPlate^TM incubation. The NPK and NPK plus glucose treatments resulted in a shift in the soil ammonia-oxidizing bacterial community and bacterial community composition, and significantly increased the bacterial functional diversity (average well colour development, Richness and Shannon index). Nitrosomonas species were detected in the soil upon NPK and NPK plus glucose treatment on incubation day 9 but not on days 1 and 31. The effect of NPK treatment on the bacterial community composition was transient; a new 116 bp fragment was present on incubation day 9, but the data returned to their original values by day 31. In contrast, treatment with NPK plus glucose resulted in the appearance of a new 116 bp fragment that remained until incubation day 31. These results demonstrated that the balanced fertilization of N, P, K and glucose, plays an important role in regulating ammonia-oxidizing bacterial community quickly, and promoting nitrification functions. The results also showed the importance of balanced fertilization in reducing acidification, improving bacterial community structure and function in latosolic red soil. Therefore, optimizing the ammonia oxidation process by balanced fertilization may be helpful to reduce the loss of soil nitrogen.     

长期施肥对稻田土壤微生物群落结构及氮循环功能微生物数量的影响

  【目的】   稻田是陆生生态系统中重要的氮库之一,在氮素生物地球化学循环中具有重要地位。研究不同施肥处理对稻田土壤微生物群落结构及其功能的影响具有重要意义。   【方法】   田间试验位于江苏省金坛市,在取样时试验已进行了6年。施肥处理包括:不施肥对照 (CK)、施化肥 (CF)、化肥+猪粪混施 (CMF)、化肥+秸秆混施 (CSF)。采用高通量测序和定量PCR方法测定稻田土壤微生物群落结构及氮循环相关功能微生物数量。   【结果】   在施用肥料6年后,土壤全碳、可溶性有机碳、全氮、铵态氮和硝态氮含量均不同程度地提高。与CF相比,CSF和CMF处理土壤pH升高,全碳、可溶性有机碳与养分含量升高。CK与施肥处理的土壤细菌群落结构差异明显,不同施肥处理的细菌群落结构之间有明显差别。聚类结果显示,CK与CMF处理细菌群落聚类更接近,CF处理和CSF处理细菌群落结构更为接近;与CK相比,CF、CMF、CSF处理土壤中氨氧化细菌 (AOB) 和铁氨氧化微生物Feammox A6的丰度显著提高,其中Feammox A6分别增长87.6%、158%和157%。冗余分析结果表明,施肥过程及其对土壤化学性质的改变显著影响土壤细菌群落的组成和分布。   【结论】   施肥导致的反应底物 (NH₄+、NO₃–含量) 及土壤理化性质的差异,是土壤微生物群落结构和功能微生物数量响应的主要决定因素。不施肥与化肥配施猪粪的土壤细菌群落聚类更接近,施化肥与化肥配施秸秆的细菌群落结构更为接近。施肥对氨氧化细菌AOA数量影响不明显,但显著提高氨氧化古菌AOB和厌氧铁氨氧化功能微生物Feammox A6的数量,特别是有机肥 (猪粪、秸秆) 提高Feammox A6数量的效果大于化肥。长期单施化肥土壤中厌氧氨氧化细菌丰度显著降低,反硝化功能基因nirK、nosZ丰度显著增高;化肥配施猪粪土壤中的厌氧氨氧化细菌丰度变化不明显,反硝化功能基因narG、nirK、nosZ丰度显著增高;化肥配施秸秆处理厌氧氨氧化细菌丰度变化不明显,反硝化功能基因nirK、nosZ丰度显著增高。     

不同施肥管理对红壤性水稻土有机碳、氮形态的影响

A long-term experiment beginning in 1981 in Jinxian County of Jiangxi Province, subtropical China, was conducted in a paddy field under a double rice cropping system with four different fertilization regimes, including 1) no fertilizer as control (CK), 2) balanced chemical N, P, and K fertilizers (NPK), 3) organic manure using milk vetch and pig manure in the early and late rice growing season, respectively (OM), and 4) balanced chemical fertilizers combined with organic manure (NPKM). Samples (0-17 cm) of the paddy field soil, which was derived from Quaternary red clay, were collected after the late rice harvest in November 2003 for determination of total organic carbon (TOC) and total nitrogen (TN) and fractions of organic C and N. Results showed that TOC and TN in the NPKM and OM treatments were significantly higher than those in other two treatments (CK and NPK). Application of organic manure with or without chemical fertilizers significantly increased the contents of all fractions of organic C and N, whereas chemical fertilizer application only increased the contents of occluded particulate organic C (oPOC) and amino acid N. In addition, application of organic manure significantly enhanced the proportions of free particulate organic carbon (fPOC) and oPOC in total C, and those of amino sugar N and amino acid N (P < 0.01) in total N. In contrast, chemical fertilizer application only increased the proportions of oPOC and amino acid N (P < 0.05). There were no significant differences in either contents or proportions of soil organic C and organic N fractions between the NPKM and OM treatments. These indicated that organic manure application with or without chemical fertilizers played the most significant role in enhancing soil organic C and N quantity and quality in the paddy field studied.