不同农艺措施对土壤微生物的影响研究进展

土壤微生物在土壤养分转化与腐殖质形成过程中有着重要的作用。文章综述了影响土壤微生物的各种因素及连作、轮作、化肥、农药及其他农艺措施对土壤微生物的影响,提出了合理的农艺措施与土壤微生物之间的关系以及合理调控土壤微生物的群落结构、维护土壤生态环境的研究方向。     

矿区复垦土壤微生物多样性研究进展

土壤微生物参与了土壤生态系统中的物质循环、能量交换以及信息交流,其中在养分的转化循环、维持生态系统稳定性和抗干扰能力中起着决定性作用,微生物的群落种类和活性常用于评价土壤生态系统与环境的关系。土壤微生物的研究是矿区土壤恢复的研究热点。本文综述了土壤微生物多样性的科学内涵与研究方法,并在此基础上重点综述了国内外矿区土壤微生物多样性的研究进展,指出了当前研究的热点与难点,为矿区复垦地土壤重构、植被重建、恢复效果评价等领域的科学研究与实践提供一定的理论支撑。     

杨改河教授团队在土壤微生物生态及养分循环研究方面取得新进展

正近日,西北农林科技大学农学院杨改河教授带领的农业区域发展与循环农业团队在土壤微生物生态研究上取得新进展。土壤微生物是陆地生态系统的最重要的生命组分,是物质循环与转化、能量流动的过程中最核心的环节。该项成果以全球尺度为背景分析不同干旱水平、强度以及生态系统类型土壤微生物量和群落的变化特征。研究证实:干旱对微生     

土壤重金属复合污染的生态效应研究综述

近年来,土壤重金属污染问题日益严重,已从传统的单一重金属元素污染转变为重金属的复合污染。从土壤重金属复合污染对土壤中重金属元素的迁移转化、土壤微生物群落结构、土壤酶活性以及植物生理的影响等方面阐述了其生态效应,并对存在的问题和发展前景提出见解。     

世界桉树林土壤微生物研究综述

土壤微生物主要通过参与养分元素循环和能量流动等过程来影响桉树生长发育,在提高土壤肥力和生产力方面扮演着重要角色。桉树作为世界三大速生树种之一,种类多,抗逆性强,适应性广。由于生态系统的复杂性和土壤微生物学研究技术手段的限制,桉树林土壤微生物多样性和功能的研究较少,当前对桉树林土壤微生物群落特征的研究大多处于初级阶段。本研究系统综述了不同经营方式、林分类型和林分年龄条件下桉树林土壤微生物群落特征的变化规律及研究进展。与桉树天然林相比,桉树人工林土壤微生物数量一般较少。与桉树人工纯林相比,桉树混交林能提高土壤微生物数量、多样性和活性。桉树林土壤微生物数量一般随林龄的增长而增加,而外生菌根真菌与内生菌根真菌多样性随林龄的增长而下降。分析了土壤微生物参与桉树林土壤养分元素循环和重金属污染修复的作用机制,并对桉树林土壤微生物研究和分析方法及其应用进行了展望。可为维持桉树林土壤健康、促进林业绿色可持续发展提供科学指导。表1参94     

季节性因素对土壤微生物的影响研究进展

土壤微生物是构成自然、管理生态系统的重要部分，在养分循环、土壤肥力维持和土壤固碳等方面起着至关重要的作用。土壤微生物的变化与季节更替具有密切关系，通过季节性降水和环境温度的变化作用于微生物群落，而植被季节性凋落物通过改变土壤pH和碳、氮、磷等元素使土壤微生物群落发生改变，导致土壤微生物群落结构呈现明显季节动态。基于国内外学者对不同生境中土壤微生物研究成果，围绕土壤湿度、温度和植被凋落物3个季节性因素对土壤微生物的影响进行了较为系统的阐述，明确季节性因素对土壤微生物群落影响的重要性，为深入研究土壤微生物群落的时空变化提供科学依据。     

土壤氮循环微生物过程的分子生态学研究进展

固氮作用、硝化作用和反硝化作用是土壤微生物参与氮素循环的三个重要方面。自分子生态学方法应用于土壤学后,土壤微生物作用于氮素循环过程的机理研究取得了若干重要进展。包括:1)利用固氮菌的nifH基因作为分子标记研究有机质、氮素与固氮微生物之间的关系,发现固氮微生物的丰度和群落结构与土壤有机质含量呈正相关。然而,固氮微生物的丰度和群落结构与土壤速效N含量呈负相关,施用氮肥会抑制固氮微生物的生长,施氮土壤固氮微生物数量减少,多样性降低。2)以氨氧化微生物功能基因为探针,揭示了土壤pH与氨氧化微生物分布关系密切,碱性土壤中氨氧化细菌是硝化作用主要参与者,而酸性土壤中氨氧化古菌是硝化作用的主导者。土壤中N素的含量也影响氨氧化微生物的数量和群落结构,施入氮肥后氨氧化微生物的数量和活性增加。3)利用反硝化功能基因为分子标记研究土壤因子对反硝化细菌群落的影响,阐明了土壤可溶性有机碳、pH和土壤水分是影响反硝化细菌数量和群落结构的重要因子,并且发现土壤反硝化细菌与土壤反硝化能力和氧化亚氮释放之间存在着一定的联系,但这种联系在不同研究对象中存在差异,需要进一步确认。目前,利用分子生物学技术解析土壤氮素循环微生物生态功能取得了重要的进展,但还需进一步深入。今后,将采用包括同位素在内的示踪技术与分子生物学方法相结合共同分析氮循环不同代谢过程微生物种群间的相互关系以及氧化亚氮产生与硝化和反硝化微生物之间的关系。     

土壤微生物对化学农药的生态效应及其适应机制

综述了化学农药对土壤微生物生物量、土壤呼吸作用、氮素循环、土壤酶活性、土壤微生物功能多样性、DNA序列多样性以及土壤微生物群落结构的影响,并分析了土壤微生物群落适应化学农药污染的分子机制。     

稻田生态系统氧化亚氮(N_2O)排放微生物调控机制研究进展及展望

氧化亚氮(N_2O)是第三大温室气体,对全球气候变化具有显著影响。稻田是重要的N_2O排放源,追踪稻田N_2O产生及排放关键过程的微生物调控机制,可以为农田土壤氮素循环研究以及稻田N_2O减排提供有价值的信息。微生物调控的硝化作用和反硝化作用是稻田N_2O排放的主要来源。基于此,我们在过去十年的研究中,依托中国科学院桃源农业生态试验站,以水稻田淹水-落干和施肥为关键过程,从水稻根际、土层深度、反应底物浓度等方面探明了土壤硝化反硝化过程和N_2O排放特征及其微生物调控机制;提出了开发稻田土壤微生物资源,提高土壤N_2O消纳能力的可能策略;构建了可以有效降低稻田氮素损失和N_2O排放的基于化肥一次性深施的减氮控磷施肥技术,并在实际农业生产中进行了示范推广。本文对上述研究取得的成果,以及国内外相关研究结果进行了全面综述。结合分子生物技术在土壤科学研究中的应用,今后的研究工作将会从以下几个方面开展:1)解析土壤微生物与土壤生产力和生态环境之间的关系;2)在基因组和转录组水平构建农田土壤碳氮循环功能微生物分析平台;3)解析土壤微生物分布与生态功能之间的关联机制;4)根系—土壤—微生物之间的协同机制以及植物—内生菌—土壤微生物之间相互影响的分子机制;5)加强对实用技术的研发,把基础研究成果转化为生产力,服务农业生产和生态文明建设。     

农田土壤好氧氨氧化和甲烷氧化交互作用机制的研究进展

从农田土壤生态系统中硝化和甲烷氧化的研究意义、氨氧化和甲烷氧化的功能微生物演替规律，以及二者交互作用机制三个方面综述了现阶段取得的主要研究成果，并进一步阐述了土壤碳氮元素生物地球化学循环机制研究的科学问题和面临的挑战。未来研究应充分利用学科交叉，结合宏观结果和土壤微观动态过程，揭示土壤中不可培养微生物代谢能力及其在土壤生物地球化学循环中的重要作用，逐步实现对土壤生态过程的预测和调控。     

Bacteria-phage antagonistic coevolution in soil

Bacteria and their viruses (phages) undergo rapid coevolution in test tubes, but the relevance to natural environments is unclear. By using a "mark-recapture" approach, we showed rapid coevolution of bacteria and phages in a soil community. Unlike coevolution in vitro, which is characterized by increases in infectivity and resistance through time (arms race dynamics), coevolution in soil resulted in hosts more resistant to their contemporary than past and future parasites (fluctuating selection dynamics). Fluctuating selection dynamics, which can potentially continue indefinitely, can be explained by fitness costs constraining the evolution of high levels of resistance in soil. These results suggest that rapid coevolution between bacteria and phage is likely to play a key role in structuring natural microbial communities.     

pH对土壤微生物C/P比的影响

【目的】了解pH对土壤微生物量的影响,揭示磷素转化机理及提高磷素利用率的生物调控措施。【方法】以英国洛桑研究所长期定位试验pH梯度土壤为研究对象,研究不同pH下,耕地土壤微生物碳磷比（C/P）及磷素有效性的差异。【结果】微生物C/P比与土壤pH、全碳、无机磷含量以及磷素回收率之间具有一定的相关性。磷素回收率和微生物C/P比随pH的增加而增加,土壤全碳、全磷、C/N和微生物量磷则随pH的增加而减少。土壤呼吸强度随培养时间延长呈线性增加。微生物量碳和ATP呈现出明显的正相关,相关系数高达0.912（n=16）。【结论】pH对于磷素的利用起着重要的作用。微生物C/P比可以作为土壤磷素利用的一个重要指示指标,微生物量C/P比的大小反映土壤微生物对土壤磷有效性的调节作用。     

大气CO2浓度和温度升高对农田土壤碳库及微生物群落结构的影响

大气CO₂浓度和温度升高会通过影响作物的光合作用,从而影响光合碳向土壤中的输送。输入到土壤中光合碳含量的变化势必会对土壤外源碳的主要分解者--微生物的群落结构产生影响。土壤微生物在土壤有机质的转化过程中发挥着重要的作用,是土壤碳循环的主要驱动者,其群落结构和功能的改变会影响土壤有机质的动态变化,而这些变化会进一步增加或者降低大气中的CO₂浓度,从而对气候变化产生反馈作用。未来土壤的碳平衡取决于大气CO₂浓度和全球变暖对土壤中碳的输入、输出以及碳在土壤中的驻留时间。因此,只有全面了解大气CO₂浓度和温度升高将对土壤碳库及土壤微生物群落结构产生何种影响,才能明确地揭示陆地生态系统对气候变化的反馈机制,对未来农田土壤有机碳库的管理和生产力的维持有重要意义。文章综述了大气CO₂浓度和温度升高及其交互作用对土壤碳库和土壤微生物群落结构的影响。主要结论为：（1）大气CO₂浓度和温度升高对土壤碳库的影响可以相互抵消,但是土壤碳库是否成为碳“源”与温度升高的幅度密切相关;（2）大气CO₂浓度升高增加了光合碳在玉米、小麦等植株各部分的分配,温度升高同样对光合碳的分配规律产生影响,但对不同部位的影响不一致,多呈降低或无显著影响;（3）大气CO₂浓度和温度升高可能对土壤微生物活性及其群落结构产生交互影响,且对不同微生物（细菌、真菌和古菌）群落的影响程度不同,进一步对土壤有机碳的转化产生影响。最后提出未来的研究方向：（1）从气候变化影响植物-土壤互作角度解析根系分泌物的转化过程及其对微生物的影响;（2）通过DNA-SIP进一步研究大气CO₂浓度和温度升高条件下土壤微生物对不同植物来源碳的选择性利用与碳循环的关系,从而阐明气候变化条件下微生物底物利用策略以及微生物群落结构的变化。     

Soil N transformation and microbial community structure as affected by adding biochar to a paddy soil of subtropical China

We have had little understanding on the effects of different types and quantities of biochar amendment on soil N transformation process and the microbial properties. In this study, various biochars were produced from straw residues and wood chips, and then added separately to a paddy soil at rates of 0.5, 1 and 2%(w/w). The effects of biochar application on soil net N mineralization and nitrification processes, chemical and microbial properties were examined in the laboratory experiment. After 135 d of incubation, addition of straw biochars increased soil p H to larger extent than wood biochars. The biochar-amended soils had 37.7, 7.3 and 227.6% more soil organic carbon(SOC), available P and K contents, respectively, than the control soil. The rates of net N mineralization and nitrification increased significantly as biochars quantity rose, and straw biochars had greater effect on N transformation rate than wood biochars. Soil microbial biomass carbon increased by 14.8, 45.5 and 62.5% relative to the control when 0.5, 1 and 2% biochars(both straw- and wood-derived biochars), respectively, were added. Moreover, biochars amendments significantly enhanced the concentrations of phospholipid fatty acids(PLFAs), as the general bacteria abundance increased by 161.0% on average. Multivariate analysis suggested that the three rice straw biochar(RB) application levels induced different changes in soil microbial community structure, but there was no significant difference between RB and masson pine biochar(MB) until the application rate reached 2%. Our results showed that biochars amendment can increase soil nutrient content, affect the N transformation process, and alter soil microbial properties, all of which are biochar type and quantity dependent. Therefore, addition of biochars to soil may be an appropriate way to disposal waste and improve soil quality, while the biochar type and addition rate should be taken into consideration before its large-scale application in agro-ecosystem.     

添加葡萄糖及硫酸铵对水稻土微生物生物量和功能多样性的影响

【目的】高养分浓度可能对土壤的碳氮转化和微生物特性产生显著影响。研究高养分浓度下添加葡萄糖对土壤中碳氮的转化调控及其微生物变化特征,可为正确认识特殊条件下养分转化过程特性,提出提高氮素利用效率的措施提供科学参考。【方法】采集中国亚热带地区典型的水稻土样品,设置不同硫酸铵用量和葡萄糖添加量处理,布置室内培育试验,研究了不同处理下土壤中NH4+-N、NO3--N、矿质氮、微生物生物量及微生物群落功能多样性变化。【结果】与不添加葡萄糖处理相比,高硫酸铵用量处理下,添加不同浓度葡萄糖处理NH4+-N、NO3--N和矿质氮变幅分别为-4.3%-10.2%、-8.0%-41.8%和-3.9%-10.4%,而微生物量碳显著增加了89.6%-126.7%,微生物量氮增加了11.5%-109.0%。中等硫酸铵用量处理下,添加葡萄糖处理NH4+-N、NO3--N和矿质氮浓度变幅分别为-7.5%-5.8%、6.1%-58.3%和-7.2%-49.4%;微生物量碳氮也有增大趋势。BIOLOG分析显示,高、中硫酸铵用量处理下,AWCD值、Shannon、Simpson和McIntosh指数一直处于较低水平。与常规硫酸铵用量处理相比,仅添加葡萄糖和常规硫酸铵用量下添加葡萄糖后,NH4+-N、NO3--N和矿质氮浓度显著降低了17.3%-29.0%、21.4%-92.9%和18.8%-45.9%,微生物量碳、氮没有显著增加,AWCD值和微生物功能多样性指数水平较高。葡萄糖及硫酸铵对土壤微生物量碳和AWCD值的影响存在交互作用。【结论】较高的养分浓度下添加葡萄糖,调节了土壤C/N比,土壤微生物活动增强,提高了氮素的生物固持效率,降低了土壤中无机氮的含量。在当前大量施用无机氮肥背景下,尤其要重视有机无机肥配合,调控氮素转化过程,降低氮素损失风险。     

蚯蚓和细菌对秸秆混粪改良苏打盐碱土碳转化及微生物群落的影响

为了促进苏打盐碱土中有机物料的转化,优化微生物群落结构,提高有机碳含量,利用蚯蚓（Pheretima guillelmi）和外源微生物（类芽孢杆菌C1）研究二者在单一或联合作用下对苏打盐碱土中水稻秸秆和牛粪混合物的降解、有机碳转化以及土壤微生物群落结构的影响。结果表明,蚯蚓、菌株C1单一和联合作用下,水稻秸秆和牛粪混合物的降解率分别提高了66.0%、40.9%和72.1%,土壤有机碳（SOC）含量分别增加了65.8%、18.2%和25.5%,水溶性有机碳（WEOC）含量分别提高了63.5%、1.6%和26.3%。蚯蚓、菌株C1单一和联合作用均能使WEOC的前体物从植物源向微生物源转化,从而增加类溶解性微生物代谢产物的比例;蚯蚓还可以促进WEOC中类腐植酸物质的生成,降低土壤的老化程度,并且与菌株C1之间存在协同效应。蚯蚓、菌株C1单一和联合作用均能够增加真菌的丰富度、多样性以及具有纤维素降解能力的子囊菌群的相对丰度。在属水平上,蚯蚓的作用与土壤中SOC、WEOC含量和WEOC紫外吸收特征值呈正相关。研究表明,蚯蚓与菌株C1单一或联合作用能够使土壤微生物群落结构向更有利于有机物料转化的功...     

杉木人工林土壤微生物对林分密度的响应

  目的  为研究不同密度杉木Cunninghamia lanceolata人工林土壤微生物对碳源的利用情况及土壤理化性质与微生物多样性的相关关系。  方法  运用Biolog微平板技术,对江西大岗山5种不同密度38年生杉木人工林（密度分别为1 667、3 333、5 000、6 667和10 000株·hm-2,造林前3 a抚育,后基本无人工干扰）土壤微生物的功能多样性进行研究,探讨了土壤微生物碳代谢对林分密度的响应及土壤理化性质与微生物碳代谢的关系。  结果  在杉木存活密度为2 600~4 600株·hm-2时,反映土壤微生物代谢功能多样性的平均颜色变化率较高。该密度范围下土壤微生物多样性高,适合有机质的分解和养分的转化与积累;不同密度杉木人工林土壤微生物对6种碳源的利用量不同,密度在2 600~4 600株·hm-2时,土壤微生物利用的主要碳源为糖类,其次为羧酸类和氨基酸类,但密度小于或超出这一范围时,土壤微生物对羧酸类的利用大于对糖类的利用;主成分分析结果显示:α-D-乳糖对土壤微生物的利用贡献最大,是杉木人工林中利用最多的物质;相关性分析结果显示:全氮和碱解氮与微生物多样性显著相关（P < 0.05）,是微生物利用碳源的决定性因素。  结论  综合考虑微生物碳代谢与土壤理化性质,符合杉木人工林可持续发展要求的理想林分密度为2 600株·hm-2。     

土壤有机碳与微生物群落互作关系的研究

主要从土壤微生物在有机碳转化中的作用和土壤活性有机碳对微生物群落的影响两大方面,论述土壤有机碳与微生物群落的互作关系,最后探讨了土壤微生物在协调有机碳分解的生态服务与有机碳长期稳定性之间的作用。     

秸秆还田对稻田氮循环微生物及功能基因影响研究进展

土壤微生物对土壤变化的反应极为敏感,秸秆还田对土壤微生物产生的影响对维持稻田系统氮素循环极其重要。秸秆还田通过对土壤微生态环境的改变影响氮素在土壤中的生物化学转化过程,进而影响水稻生产的氮素管理策略。在查阅近年来发表的相关研究论文基础上,对秸秆还田下水稻土壤氮素转化过程中相关功能微生物的作用以及关键功能基因驱动机制等研究进行综述,以期厘清秸秆还田后稻田生态系统中微生物介导的氮素循环转化机制,为稻田科学施用氮肥提供理论依据。     

不同轮耕模式下小麦各生育时期土壤养分及酶活性变化特征

【目的】通过研究黄淮平原潮土区不同轮耕模式下小麦各生育时期土壤养分、微生物量碳氮和酶活性的动态变化,为该地区筛选适宜的耕作制度提供理论依据。【方法】采用大田小区试验,在2016—2019年小麦季设置5个轮耕模式：（1）连续旋耕（RT-RT-RT）;（2）深耕-旋耕-旋耕（DT-RT-RT）;（3）深耕-旋耕-条旋耕（DT-RT-SRT）;（4）深耕-条旋耕-条旋耕（DT-SRT-SRT）;（5）深耕-条旋耕-旋耕（DT-SRT-RT）。3年为一个周期,在3年周期的第3年即2019年小麦返青期（GS）、拔节期（JS）、灌浆期（FS）和成熟期（MS）采集0—40 cm土层土壤样品,测定并分析土壤碱解氮（AN）、有效磷（AP）、速效钾（AK）、微生物量碳（SMBC）、微生物量氮（SMBN）及脲酶、蔗糖酶和中性磷酸酶活性。【结果】整个小麦生育期所有土壤指标均随土层加深而降低。相对于RT-RT-RT,深耕基础上配合旋耕或条旋耕对20—40 cm土层速效养分的提升效果明显高于0—20 cm土层,但均显著影响两土层中土壤微生物量和酶活性。小麦主要生育时期不同处理下各土壤指标的动态变化趋势与作物的生长和需肥规律基本一致。随着小麦生育期的推进,土壤AP、AK、SMBC、SMBN和脲酶、中性磷酸酶活性均呈“增加—降低—增加”的变化趋势,其中在拔节期达到最大峰值,而蔗糖酶活性则表现为逐渐增加的趋势。在0—20 cm土层,拔节期DT-SRT-RT处理的AN、AP和AK含量显著高于RT-RT-RT处理,其值分别为91.74、27.17和139.81 mg·kg^-1。不同轮耕模式及土层深度显著影响AN及AP的含量;而小麦生育时期、不同土层和各轮耕模式等因素均能显著影响AK的含量,但各因素之间的交互作用不明显。在整个生育期,DT-RT-RT、DT-SRT-RT处理0—40 cm土层的SMBC、SMBN含量较高。而相较于RT-RT-RT处理,DT-SRT-RT处理则显著提高了土壤脲酶、蔗糖酶及中性磷酸酶活性,其增长率分别为3.79%—27.69%、12.29%—36.10%和8.61%—35.91%。小麦生育时期、不同土层深度和轮耕模式等因素显著影响土壤微生物量和酶活性,但三者对微生物量氮含量以及蔗糖酶、中性磷酸酶活性的交互作用不显著。各耕作处理2019年的小麦季产量显著高于RT-RT-RT处理,其中以DT-SRT-RT处理的产量最优,为6 557 kg·hm^-2。【结论】黄淮平原不同轮耕模式中,深耕-条旋耕-旋耕提高了土壤速效养分、微生物量碳氮含量及土壤酶活性,保障了小麦产量。