基于BIOLOG指纹解析土壤可培微生物对铀污染的响应

为考察铀污染对土壤微生物群落的影响,以50、100、150 mg·L-1铀处理的土壤为研究对象,未处理的土壤为对照(CK),采用BIOLOG-ECO微孔板技术考察土壤微生物群落的功能多样性和碳源利用动力学特征等的变化。根据微孔板中的孔平均颜色变化率(AWCD)可知,铀污染对土壤微生物的生理活性呈现显著的抑制作用;采用Shannon多样性指数、Simpson指数、Mc Intosh指数描述微生物功能多样性,结果表明,铀处理组与CK的微生物群落功能多样性差异在3个多样性指数上均达到显著水平;土壤微生物对各类碳源的利用能力有所不同,以氨基酸类和胺类碳源为主;铀处理后,6类碳源相对利用率均比CK显著降低,其中羧酸类和多聚物类的利用率下降50%以上。主成分分析结果表明,铀污染后的土壤微生物特异利用的碳源主要有β-甲基-D-葡萄糖苷、D-半乳糖酸-γ-内脂、L-精氨酸等。因此,铀污染改变了土壤微生物的群落结构,导致微生物生理代谢等功能特性的变化。BIOLOG-ECO技术结合数学统计分析方法可以较为直观、快捷地反映土壤微生物的生物多样性,研究结果为评估和修复铀污染生态环境提供了理论依据。     

铅锌银尾矿区土壤微生物活性及其群落功能多样性研究

通过对浙江省天台铅锌银尾矿区土壤微生物活性指标以及微生物群落功能多样性研究 ,结果表明 ,尾矿污染区土壤几种重金属含量比非矿区土壤有明显的增加。尾矿区土壤微生物特征发生了显著的变化 ,微生物生物量和可培养细菌数量显著降低 ,但土壤基础呼吸和微生物代谢商 (qCO2 )值却明显升高。Bi olog测试结果显示 ,随着重金属污染程度的加剧其土壤微生物群落结构发生了相应变化 ,尾矿区土壤微生物群落代谢剖面 (AWCD)及群落丰富度、多样性指数均显著低于非矿区土壤 ,且供试土壤间均达极显著水平差异 (p <0 .0 1) ,表明尾矿区重金属污染引起了土壤微生物群落功能多样性的下降 ,减少了能利用有关碳源底物的微生物数量、降低了微生物对单一碳源底物的利用能力     

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。     

铀污染对土壤酶活性及微生物功能多样性的影响

为研究外源铀对土壤微生态的影响,设置不同浓度(0、10、20、50、100、150 mg·kg^-1)的铀对土壤进行处理,测定各铀处理组中土壤酶活性和微生物功能多样性。Biolog-ECO微平板技术分析结果表明,随着铀污染浓度升高,微生物活性逐渐降低;各铀处理组土壤微生物群落Shannon、Simpson、McIntosh多样性指数均显著低于对照组。铀处理后,六大类碳源利用能力较对照组显著降低,其中酚酸类碳源平均颜色变化率(AWCD)仅为对照组的19.98%。对照组中,微生物对胺类碳源利用能力最高;10 mg·kg^-1铀处理组中,微生物对多聚物类碳源利用能力最高;50、100和150 mg·kg^-1铀处理组中,微生物对羧酸类碳源利用能力最高。酶活性分析表明,随着铀污染浓度升高,碱性磷酸酶和芳基硫酸酯酶活性均呈下降趋势,而亚硝酸还原酶活性呈先升高后降低的趋势。纤维素酶活性仅在高浓度铀污染土壤中受到抑制。铀处理第30天,酶活性受到的抑制作用最强。4种酶对铀敏感程度依次为芳基硫酸酯酶>碱性磷酸酶>亚硝酸还原酶>纤维素酶。综上可知,铀污染对土壤微生物群落碳源利用能力有显著的抑制作用,同时芳基硫酸酯酶可有效表征土壤受铀污染程度。本研究结果为评估和修复铀污染生态环境提供了理论依据。     

嘉陵江流域不同土地利用类型土壤微生物功能多样性特征

基于2013—2015年对嘉陵江流域中游（四川段）不同土地利用类型（混交林、草甸、针叶林、阔叶林、灌丛和裸地）土壤生境的调查分析数据,利用Biolog微平板法和磷脂脂肪酸甲酯法（FAMEs）系统研究了土壤微生物多样性群落特征。不同土地利用类型土壤养分和有效养分基本表现为混交林 > 阔叶林 > 针叶林 > 灌丛 > 草甸 > 裸地。不同土地利用类型土壤微生物群落代谢平均颜色变化率（AWCD）随培养时间延长而逐渐增加,土壤微生物群落代谢活性依次是混交林 > 阔叶林 > 针叶林 > 灌丛 > 草甸 > 裸地。土壤微生物对不同种类碳源的利用强度存在较大差异,碳水化合物和羧酸类碳源是不同土地利用类型土壤微生物的主要碳源,其次为氨基酸类、酚酸类和聚合物类,胺类碳源的利用率最小。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（D_s）和碳源利用丰富度指数（S）总体趋势为混交林最高,针叶林和阔叶林次之,裸地最低,优势度指数在不同土地利用类型差异并不显著（p > 0.05）。主成分分析结果表明,从31个因素中提取的与碳源利用相关的主成分1,主成分2分别能解释变量方差的65.154%和81.047%,在主成分分离中起主要贡献作用的是胺类和氨基酸类碳源;土壤微生物多样性指数与土壤养分之间呈正相关,与pH值呈负相关,而土壤全碳和全氮含量对土壤微生物多样性贡献较大,这是造成土壤微生物群落功能多样性差异的主要原因。H,E和S与土壤养分各指标的相关系数绝对值均高于D_s,说明了土壤养分对土壤微生物群落优势度指数的影响作用较小。     

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。     

东北黑土区不同土地利用方式下农田土壤微生物多样性

为探究黑龙江省黑土区不同土地利用方式下土壤微生物多样性,该研究主要采用Biolog Eco微平板法,以荒地为对照,研究了黑龙江省中部和西南部黑土区玉米、水稻、大豆及土豆4种不同土地利用方式下土壤微生物多样性的变化。结果表明：1）可培养细菌的数量从大到小依次为土豆、水稻、大豆、玉米、荒地,但群落Shannon-Wiener多样性指数从高到低依次为：荒地（2.18）、玉米（2.11）、土豆（2.00）、水稻（1.73）、大豆（1.49）;2）不同利用方式下黑土区微生物碳源利用程度大致随培养时间的延长而升高,并且氨基酸、糖类以及聚合物类是黑土微生物代谢的最主要碳源;玉米土壤微生物的Shannon-Wiener指数（3.18）、McIntosh指数（5.96）、丰富度指数（24.89）、及Simpson指数（0.95）比其他土地利用方式土壤微生物的多样性指数高,而水稻土壤微生物的多样性指数最低,土豆、大豆与荒地土壤微生物的多样性指数间无显著差别;3）不同土地利用方式显著影响了土壤微生物群落碳源代谢多样性,并且对土壤微生物群落代谢特征起分异作用的主要碳源类型为糖类、氨基酸类和羧酸类,其中糖类尤为突出。该研究将有助于了解黑土区土壤微生物多样性与土地利用方式之间的关系,为黑土区农业的可持续发展提供一定的科学依据。     

生物复混肥对土壤微生物功能多样性及土壤酶活性的影响

在温室盆栽条件下,采用Biolog微平板技术,研究了玉米施用等养分量的无机肥、有机无机复混肥、生物复混肥后土壤微生物群落功能多样性及土壤酶活性的动态变化。结果表明,生物复混肥处理的微生物群落平均颜色变化率（AWCD）、微生物群落Shannon指数（H）、丰富度指数（S）和Shannon均匀度指数（E）均为最高;微生物群落主成分分析表明,不同施肥处理土壤微生物群落碳源利用特征有一定差异,PC1将生物复混肥与其他处理明显区分,生物复混肥处理分布在PC1的正方向,其他处理分布在PC1的负方向;起分异作用的主要碳源有糖类、羧酸类和氨基酸类;土壤蔗糖酶、脲酶活性均以生物复混肥处理最高,分别为72.74 mg glucose·g-1·（24 h）-1和1.15 mg NH3-N·g-1·（3 h）-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、微生物群落的丰富度和功能多样性,增强土壤蔗糖酶和脲酶活性。     

长江三角洲地区污水污泥与健康安全风险研究V．污泥施用对土壤微生物群落功能多样性的影响

利用BIOLOG测试方法对长江三角洲地区施污泥土壤的微生物群落功能多样性进行了初步探讨。研究结果表明,施用污泥后土壤微生物群落代谢剖面、多样性指数、动力学参数均发生了变化,说明微生物对单一碳源底物的利用能力发生了改变。微生物群落功能多样性动力学研究结果发现,供试土壤的微生物群落代谢剖面（AWCD）与培养时间之间呈非线性关系,其变化过程符合微生物种群生长动态模型（S型）。除滩潮土的杭州新鲜消化污泥和杭州风干污泥处理外,其他污泥处理均使土壤微生物群落功能多样性动力学参数K和r值降低,S值增大。土壤微生物群落功能多样性特征的变化可以较好地显示施用污泥后土壤微生物群落对碳源利用能力和模式的差异,反映施用污泥特定生境土壤微生物群落功能多样性的变化。     

黄顶菊(Flaveria bidentis)入侵对土壤微生物功能多样性的影响

外来植物入侵对土壤生物多样性的影响已成为生态学领域的研究热点之一。运用Biolog技术和氯仿熏蒸浸提法研究了黄顶菊入侵对土壤微生物群落功能多样性及土壤微生物量的影响。结果表明,黄顶菊入侵后土壤微生物代谢活性显著升高;土壤微生物群落平均吸光值(AWCD)的变化趋势为:入侵地根际土(RPS)入侵地根围土(BS)未入侵地(CK),且差异显著;而CK的功能多样性指数(H)高于BS,RPS亦高于BS,差异均显著(P0.05)。主成分分析结果表明,黄顶菊入侵使土壤微生物群落的碳源利用方式和代谢功能发生改变。对不同碳源利用的分析结果表明,糖类、氨基酸类、羧酸类和聚合物为土壤微生物利用的主要碳源。入侵样地BS和RPS的微生物量碳分别比CK高27.05%、121.52%;BS和RPS的微生物量氮分别比CK高37.40%、79.80%。相关性分析表明,AWCD与微生物量碳和微生物量氮均呈极显著正相关(P0.01)。由此可知,黄顶菊入侵增强了入侵地土壤微生物代谢活性,降低了土壤微生物群落的功能多样性,增加了土壤微生物量碳、氮水平。     

秸秆腐熟剂对土壤微生物及养分的影响

为了解本研究室于常温下筛选研制的秸秆腐熟剂在土壤中的施用效果,通过盆钵模拟培养试验,设置腐熟剂的不同施用方式（单独施用腐熟剂、配施葡萄糖、配施尿素、配施尿素与葡萄糖）,研究小麦秸秆还田施用秸秆腐熟剂后土壤微生物群落特征及养分含量变化,为该秸秆腐熟剂的产品化及合理施用提供理论依据。结果表明,秸秆腐熟剂以不同施用方式进入土壤后,土壤的微生物群落组成与活性相应发生显著变化,AWCD、Shannon多样性指数（H）、物种丰富度（S）均增大,早期土壤中细菌和真菌数量增加,腐熟剂与尿素的配合施用使土壤的基础呼吸和微生物代谢熵显著下降（P〈0.05）;腐熟剂施用加快了小麦秸秆的腐解速度,腐熟剂施用90d后,土壤中全磷、速效磷及速效钾的含量均有不同程度的增加,腐熟剂与尿素的配合施用增幅显著（P〈0.05）。在秸秆还田时,施用腐熟剂有助于土壤微生物群落活性与多样性的提高,同时也有利于改善土壤养分状况,腐熟剂与尿素配合施用的效果最佳。     

保护性耕作对麦-豆轮作土壤有机碳全氮及微生物量碳氮的影响

通过设置在甘肃省定西市李家堡镇的保护性耕作措施长期定位试验,共设4个处理（T：传统耕作;NT：免耕无覆盖;TS：传统耕作＋秸秆还田;NTS：免耕＋秸秆覆盖）,采用春小麦豌豆双序列轮作（即小麦→豌豆→小麦和豌豆→小麦→豌豆,本文中所指春小麦地、豌豆地分别指2008年种植春小麦、豌豆的轮作次序）,于2008年3月中旬对春小麦、豌豆双序列轮作下的土壤有机碳、全氮、土壤微生物量碳及土壤微生物量氮含量进行了采样测定。结果表明,经过7a的轮作后,两种轮作次序下,0-30cm土层中土壤有机碳、全氮、土壤微生物量碳、土壤微生物量氮含量均有在免耕＋秸秆覆盖、传统耕作＋秸秆还田处理较免耕不覆盖、传统耕作处理高的趋势,且其含量均随着土壤深度的增加而降低。其中,土壤微生物量碳含量在两种轮作次序下的排序均为：免耕＋秸秆覆盖（NTS）〉传统耕作＋秸秆还田（TS）〉免耕不覆盖（NT）〉传统耕作（T）;而土壤微生物量氮含量在春小麦地和豌豆地的排序则分别表现为：免耕＋秸秆覆盖（NTS）〉传统耕作＋秸秆还田（TS）〉传统耕作（T）〉免耕不覆盖（NT）和免耕＋秸秆覆盖（NTS）〉传统耕作＋秸秆还田（TS）〉免耕不覆盖（NT）〉传统耕作（T）。同时,微生物量碳、微生物量氮与有机碳和全氮均呈显著正相关,说明提高土壤有机质、全氮含量的保护性耕作模式有利于土壤微生物量碳与氮的积累。     

不同菜地土壤硝化与反硝化活性

硝化作用和反硝化作用是氮素气态损失的主要途径,在实验室培养条件下,研究了3种菜地土壤之间硝化反硝化活性的差异,反硝化作用利用乙炔抑制培养法对其进行测定。结果表明,培养33d后红泥土、灰沙土和灰泥土的氮素硝化率均很高,分别为96．1％、88.3％和70．4％,其中红泥土与灰泥土的硝化率差异达到了极显著水平（P〈0．01）,而灰沙土与红泥土、灰泥土之间的差异不显著（P〉0．05）。pH值最高和最低的菜地土壤其硝化率分别表现出最高和最低,值得注意的是,在pI-14．61条件下灰泥土的硝化率可达70．4％。氮肥的施用显著或极显著增加了3种土壤硝化过程的N2O排放量,占施氮量的0．59％-0．70％。3种菜地土壤之间氮肥的反硝化活性表现为灰泥土〉红泥土〉灰沙土,其差异也极显著（P〈0．01）,氮肥的反硝化损失量占施氮量的-0．02％-0．20％。土壤硝化和反硝化氮素损失累积量随时间t的变化均符合修正的Elovich方程：y=bln（t）＋a。     

长期施肥对稻田土壤活性有机碳和氮的影响

土壤活性有机碳、氮是土壤有机碳、氮中最活跃的组分,在土壤碳、氮循环过程中具有重要作用。以湖南3个长期定位试验点（桃源、宁乡、桃江）为研究对象,分析测定表层土壤MBC、MBN、DOC、DON,研究长期施肥对土壤活性有机碳、氮（MBC＋DOC,MBN＋DON）的影响。结果表明,长期施用化肥及配施有机肥均能提高土壤活性有机碳、氮的含量。与对应的无肥处理（CK）相比,长期单施化肥（NPK）使土壤活性有机碳、氮的提高幅度分别为3.3%~21.0%和3.3%~27.1%,长期有机肥施用提高幅度分别为48.7%~84.8%和17.9%~105.8%,且土壤活性有机碳、氮含量随有机肥施用量的提高而增加,3个试验点活性有机碳大小顺序为桃源〉宁乡〉桃江。土壤活性有机碳与土壤有机碳（SOC）的累积速率呈显著正相关关系（P〈0.05）,而与SOC的含量关系不大。桃源土壤粘粒含量较高可能是土壤SOC累积速率快的主要原因;宁乡和桃江的粘粒含量和有机碳投入量相差不大,桃江较高的初始SOC水平影响了SOC积累速率;桃源和宁乡试验点的土壤活性氮含量相差不大,约是桃江的1.8倍。与土壤全氮（TN）相比,全氮的积累速率与土壤活性氮的关系更为密切,两者间有极显著的相关关系（P〈0.01）。     

阿特拉津对我国东北半干旱区黑钙土微生物活性影响研究

按照0.5～800 μg·g^-1 soil 施入量添加阿特拉津到黑钙土中培养54 d进行实验室培养试验,研究了阿特拉津对我国东北半干旱区黑钙土微生物量碳、土壤碳及氮矿化量、脲酶和脱氢酶活性影响。结果表明,阿特拉津添加到土壤中后,显著提高了（P〈0.05）土壤微生物量碳,增加了土壤碳及氮矿化量,提高土壤脱氢酶活性;多数情况下,各培养时间添加阿特拉津各处理间土壤脲酶活性的差异未达到显著水平（P〈0.05）。由此得出结论：土壤脱氢酶活性、土壤微生物量碳和土壤碳矿化量及氮矿化量是对阿特拉津处理土壤较敏感的生物学指标,适合作为半干旱区黑钙土微生物活性对阿特拉津响应的参数;而土壤脲酶活性不适合作为半干旱区黑钙土土壤微生物活性的指标,因为它不能敏感地反映阿特拉津作用下土壤脲酶活性差异。     

Effects of long-term sewage irrigation on agricultural soil microbial structural and functional characterizations in Shandong,China

Soil samples taken from a sewage irrigation area, a partial sewage irrigation area and a ground water irrigation area (control area) were studied with the methods of Biolog and FAME. It was found that the microbial utilization of carbon sources in sewage irrigation areas was much higher than that of control area (P < 0.05). With the increasing of the amount of sewage irrigation, microbial functional diversity slightly increased by the Biolog analysis; however, the amount of epiphyte decreased by the FAME analysis. The results also showed that the Cr, Zn contents were positively correlated with the values of AWCD and the microbial diversity, while Hg content showed negative correlation with the microbial parameters (AWCD of 72 h and Shannon index). Our studies suggested that sewage irrigation resulted in an obvious increase of heavy metals content in soil (P < 0.05), although the maximum heavy metals concentrations were much lower than the current standard of China. Other soil basic characteristics such as cation exchange capacity (CEC), total nitrogen (N_t) and organic matter in sewage irrigation areas obviously increased (P < 0.05). Therefore, it is demonstrated that long-term sewage irrigation had influenced soil microorganisms and soil quality in the studied soils. As a result, it is important to monitor the changes in agricultural soils. Furthermore, our results also confirmed that the methods of Biolog and FAME are effective tools for the assessment of soil microbial structure/function and soil health.