土壤氨氧化古菌及其可能代谢类型

将氨氧化成亚硝态氮的氨氧化过程是土壤硝化作用的关键步骤,主要由氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)和氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)驱动。其中,AOA具有丰度高、硝化能力强及特殊生态环境偏好等特征,在土壤生态系统的氮素转化过程中发挥重要作用。AOA基因组序列中氨单加氧酶基因(amo A)的发现、纯培养物的分离及其不同生境的赋存状况,为土壤古菌的氨氧化研究提供了新思路。近年研究表明,氨氧化微生物的代谢类型多为化能自养型,而复杂土壤环境中的AOA,其代谢类型呈多样化,除营化能自养生长外,还可能营化能异养和混合营养代谢。其不同代谢方式在氨氧化过程中的响应机制仍需进一步研究。本文概述了土壤中AOA的发现与分布,重点介绍了其可能的代谢途径,并探究其在环境中发挥重要作用的机理。     

模拟条件下土壤硝化作用及硝化微生物对不同水分梯度的响应

以江苏滨海县一植稻土壤为研究对象,在微宇宙培养条件下设置了不同水分处理(最大持水量的30%、60%、90%和淹水2 cm深),研究了硝化作用及硝化微生物对水分变化的响应特征。结果表明:淹水处理显著降低了土壤的氧化还原电位(Eh),但所有处理土壤Eh变化范围为330~500 m V,土壤整体处于氧化态。在每7天向土壤加入10 mg kg-1NH+4-N的连续培养过程中,各个水分处理均观察到明显的NH+4-N降低和NO-3-N累积的现象,60%WHC处理下土壤硝态氮累积最显著和迅速,90%WHC处理次之,随培养时间延长,30%WHC和淹水处理也观察到明显的硝化作用。淹水处理中氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)的数量显著高于非淹水处理,且淹水处理中AOB在DGGE图谱上的条带更加清晰明亮,而氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)的群落组成和数量在不同水分处理间无明显变化。表明该土壤中AOB对水分条件变化响应灵敏,是该土壤的硝化作用、尤其是淹水条件下硝化作用发生的主要原因。     

青藏高原三种典型生境中硝化微生物分布和群落结构

以青藏高原3种典型生境(荒漠草地、湿地和盐碱地)为研究对象，通过amoA功能基因qPCR和16SrRNA基因扩增子测序，研究了其氨氧化古菌(ammonia-oxidizingarchaea,AOA)、氨氧化细菌(ammonia-oxidizingbacteria,AOB)、亚硝酸盐氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)和完全硝化细菌(complete ammonia oxidizer,CMX)的分布与群落结构特征。qPCR结果表明，荒漠草地和盐碱地中3种氨氧化微生物，其丰度顺序为AOA>CMX>AOB，而在湿地中则为CMX≥AOA>AOB。各生境中AOA主要类群为土壤类群(即group 1.1b)，且其中约半数属于Nitrosocosmicus属分支，该分支在北极冻土中也有分布。荒漠草地和湿地中AOB主要为亚硝化螺菌属(Nitrosospira spp.,71.21%～100%)，而盐碱地主要为亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas spp.,75.51%～88.71%)。3种生境中NOB主要类群均为硝化螺菌属(Nitrospira ...     

秸秆直接还田与炭化还田对潮土硝化微生物的影响

为比较秸秆直接还田和炭化还田对黄淮海平原小麦/玉米轮作体系典型潮土硝化作用及硝化微生物群落的影响,设置4个处理:全量小麦秸秆还田(S)、全量秸秆炭化还田(B)、半量秸秆半量生物质炭还田(SB)和不进行秸秆或生物质炭还田的对照(CK),连续进行3 a田间试验。对小麦、玉米两个生长季土壤理化性质进行分析,用末端限制性片段长度多态性(Terminal-restriction length polymorphism,T-RFLP)技术和克隆文库技术对氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)和氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)群落结构和多样性进行分析。结果表明,在小麦季,与S处理相比,B处理显著降低了土壤容重,提高了土壤pH、有机碳(SOC)和速效钾(AK)含量(P0.05),但并未显著影响土壤水分、铵态氮(NH_4~+-N)和硝态氮(NO_3~--N)含量;B和SB处理的硝化潜势(Potential nitrification rate,PNR)分别为0.58、0.49μg·h~(-1)·g~(-1)(以NO_2~-计,下同),显著高于CK,与S处理(0.40μg·h~(-1)·g~(-1))差异不显著。玉米季,B处理显著提高了土壤水分、SOC和AK(P0.05),各处理玉米季的PNR整体低于小麦季,B处理最高(0.27μg·h~(-1)·g~(-1)),显著高于CK和S处理(P0.05)。小麦季PNR分别与AK、NH_4~+浓度和土壤容重显著相关(P0.05),与AOA和AOB群落组成均无显著关系;玉米季PNR仅与理化因子SOC显著相关,但该季节PNR与AOB群落结构显著相关。冗余分析(RDA)表明,土壤SOC、容重、pH和AK是显著影响硝化微生物群落结构的主要因子,对AOA和AOB群落结构总变异的解释量分别为76.4%和75.5%。系统发育树分析表明,AOA大部分属于土壤古菌Group1.1b,AOB多属于亚硝化螺菌Nitrosospira簇3。综上,与秸秆直接还田相比,炭化还田提高土壤硝化活性,改善部分土壤理化性质,引起土壤硝化微生物群落结构变化。     

石灰性紫色土硝化作用及硝化微生物对不同氮源的响应

土壤中发生的硝化作用是对p H高度敏感的典型过程。本文采用室内恒温培养法,结合定量PCR和高通量测序,研究石灰性紫色土硝化作用以及氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)、氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)、亚硝酸盐氧化细菌(Nitrite-oxidizing bacteria,NOB)的丰度与群落结构对不同氮源的响应。结果表明:不同氮源均刺激土壤硝化作用的发生,CO(NH2)2处理下的净硝化速率最大,约是CK处理的4.76倍,(NH_4)2SO4和NH_4Cl处理下的净硝化速率分别为N 3.88和3.34 mg kg-1d-1。相比于(NH_4)2SO4和CO(NH2)2处理,NH_4Cl处理降低了硝态氮的累积量,抑制了铵态氮的减少量。AOB amo A基因拷贝数在28 d培养过程中变化显著(p0.05),在(NH_4)2SO4和CO(NH2)2处理中呈先增长后降低趋势,在NH_4Cl处理中呈持续增长趋势;而AOA amo A基因拷贝数无显著变化(p0.05)。说明石灰性紫色土硝化作用的主要推动者是AOB,而不是AOA。在28 d培养过程中,亚硝酸盐氧化细菌占总微生物的比例高于氨氧化细菌和古菌,意味着石灰性紫色土中可能存在全程氨氧化微生物(Comammox)。高通量测序的结果表明:石灰性紫色土中AOB的优势种群为亚硝化螺菌Nitrosospira Cluster 3,AOA的优势种群是土壤古菌Group 1.1b,NOB的优势种群是硝化螺菌Nitrospira。     

脲酶抑制剂与硝化抑制剂对稻田土壤硝化、反硝化功能菌的影响

[目的]在农业生产中,脲酶抑制剂(urease inhibitor,UI)与硝化抑制剂(nitrification inhibitor,NI)常作为氮肥增效剂来提高肥料利用率。本文研究了在我国南方红壤稻田施用脲酶抑制剂与硝化抑制剂后,土壤中氨氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)、氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)以及反硝化细菌的丰度以及群落结构的变化特征,旨在揭示抑制剂的作用机理及其对土壤环境的影响。[方法]试验在我国南方红壤稻田进行,共设5个处理:1)不施氮肥(CK);2)尿素(U);3)尿素+脲酶抑制剂(U+UI);4)尿素+硝化抑制剂(U+NI);5)尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(U+UI+NI),3次重复。脲酶抑制剂与硝化抑制剂分别为NBPT[N-(n-butyl)thiophosphrictriamide,N-丁基硫代磷酰三胺]和DMPP(3,4-dimethylpyrazole phosphate,3,4-二甲基吡唑磷酸盐)。通过荧光定量PCR(Real-time PCR)研究水稻分蘖期与孕穗期抑制剂对三类微生物标记基因拷贝数的影响,并分析土壤铵态氮、硝态氮与三种菌群丰度的相关性;利用变性梯度凝胶电泳(DenaturingGradient Gel Electrophoresis,DGGE)分析抑制剂对土壤AOB、AOA以及反硝化细菌群落结构的影响,并对优势菌群进行系统发育分析。[结果]1)荧光定量PCR结果表明,施用氮肥对两个时期土壤中AOB的amoA基因与反硝化细菌nirK基因的拷贝数均有显著提高,而对AOA的amoA基因始终没有明显影响;AOB与nirK反硝化细菌的丰度与两个时期的铵态氮含量、分蘖期的硝态氮含量呈极显著正相关,与孕穗期的硝态氮含量相关性不显著;DMPP仅在分蘖期显著减少了AOB的amoA基因拷贝数,表明DMPP主要通过限制AOB的生长来抑制稻田土壤硝化过程;NBPT对三类微生物的丰度无明显影响;2)DGGE图谱表明,在分蘖期与孕穗期,施用氮肥均明显增加了图谱中AOB的条带数,而对AOA却没有明显影响;氮肥明显增加了孕穗期反硝化细菌的条带数;与氮肥的影响相比,抑制剂NBPT与DMPP对AOA、AOB以及反硝化菌的群落结构影响甚微;系统发育分析结果表明,与土壤中AOB的优势菌群序列较为接近的有亚硝化单胞菌和亚硝化螺菌。[结论]在南方红壤稻田中,施入氮肥可显著提高AOB与反硝化细菌的丰度,明显影响两种菌群的群落结构,而AOA较为稳定;NBPT对三类微生物的群落结构丰度无明显影响;硝化抑制剂DMPP可抑制AOB的生长但仅表现在分蘖期,这可能是其缓解硝化反应的主要途径;这也说明二者对土壤生态环境均安全可靠。     

土壤生态系统硝化微生物研究进展

微生物主导的硝化作用是生态系统中氮素循环的关键过程,其不仅与酸雨、温室气体、水体富营养化等环境问题的发生有关,还作用于土壤中氮素营养的转化,与人类生产生活密切相关。土壤生态系统中进行硝化作用的微生物包括细菌、古细菌、真菌等。这些微生物根据自身能量代谢类型的不同,利用不同的生物酶进行着不同机制的硝化作用。本文综述了目前已报道的生态系统中进行自养(经典自养硝化和全程氨氧化)和异养硝化作用的微生物类群、硝化作用关键酶及其编码基因类型、其在生态系统中多样的分布特征,以及其前沿的分子生态学研究方法。同时对不同类型硝化微生物类群今后的研究热点提出了展望,以期为系统地研究土壤生态系统中硝化微生物提供参考。     

古水稻土与现代水稻土硝化活性的比较

根据最新的考古发现，中国种植水稻的历史可以追溯到公元前4000多年。据考证，位于长江三角洲的昆山市正仪镇绰墩山古水稻土遗址的地下42～57cm与100～116cm均为古水稻土层，历史耕作时间分别距今约3320a和6280a。硝化细菌在耕作土中的数量及其硝化强度被认为是土壤肥力的指标之一，在土壤氮素循环中起着重要作用，氨氧化细菌在硝化作用过程中将铵氧化为亚硝酸盐，实现亚硝化作用，是硝化过程中必不可少的步骤，同时也是其限速反应。本试验比较研究古水稻土与现代水稻土硝化活性的差别，观察氨氧化细菌沿土壤深度的分布规律，对揭示古水稻土在长期埋藏于土壤深层后的硝化功能演变具有积极的指示意义。     

氮素水平对土壤甲烷氧化和硝化微生物相互作用的影响

甲烷氧化微生物和氨氧化微生物均是既可以氧化甲烷(CH₄)又可以氧化氨(NH₃),氨氧化是硝化作用的限速步骤,也是好氧土壤氧化亚氮(N₂O)排放的主要生物路径。选取内蒙古草原围封禁牧土壤为研究对象,利用稳定同位素核酸探针技术(DNA-SIP)探讨不同氮水平下土壤活性甲烷氧化微生物与硝化微生物及其相互作用机制。结果发现低氮添加促进甲烷氧化活性,而高氮添加抑制甲烷氧化活性;低氮和高氮添加均显著增强硝化活性。基于DNA-SIP的高通量测序结果发现Methylobacter MOB和Nitrosospira AOB/Nitrospira NOB分别是该土壤的主要活性甲烷氧化和硝化微生物。网络结构分析发现Methylobacter MOB和Nitrosospira AOB/Nitrospira NOB存在显著负相关关系,进一步证明活性甲烷氧化和硝化微生物之间存在竞争性相互作用。以上结果表明,氮素水平影响草原土壤甲烷氧化和硝化微生物的相互作用,研究结果为采取措施调控草原土壤CH₄的汇和N₂O...     

硝化抑制作用机理研究进展

总结了氨氧化细菌(AOB)和氨单加氧酶(AMO)的特性及氨(NH3)的催化氧化过程,综述了烷烃、烯烃、炔烃、芳烃、含硫(S)化合物、氮(N)杂环化合物和双氰胺(DCD)的硝化抑制作用机理。     

脱硫废弃物改良宁夏盐渍化土壤对细菌和氨氧化微生物丰度的影响

为探明脱硫废弃物改良盐渍化土壤对微生物群落的影响效果,在2009~2010年,采用田间试验,施用不同量的脱硫废弃物(0、0.74、1.49、2.25、3.00 kg·m-2),研究了脱硫废弃物对盐渍化土壤细菌、氨氧化细菌和氨氧化古菌的影响。试验结果表明:0~20 cm土层,Ca2+和NO-3-N含量随着施用量增加而增加;土壤p H值、电导率值显著下降。实时荧光定量PCR(q PCR)分析结果表明,微生物丰度随着脱硫废弃物的施用发生变化,但这种变化并不与脱硫废弃物的施用量呈线性关系。在0~20 cm土壤层,施脱硫废弃物使得细菌16S rRNA基因拷贝数处理组显著高于对照组。氨氧化古菌与氨氧化细菌基因拷贝数在T2和T4处理高于其它处理。20~40 cm土层各处理间微生物群落没有显著变化,或没有出现规律的变化趋势。因此,脱硫废弃物增加了土壤细菌和氨氧化功能基因丰度,且对上层土壤影响更为显著。本研究中施用脱硫废弃物1.49 kg·m-2(T2)是引起细菌和氨氧化功能基因丰度增加的施用量。     

液体培养研究不同土壤中硝化活性

A red soil, a fluvo-aquic soil and a permeable paddy soil were used in a long-term investigation to study changes in nitrification with treatments: 1) soil incubation, 2) liquid incubation inoculated with soil samples, and 3) liquid incubation inoculated with ammonia-oxidizing bacteria (AOB) from the soils. There were significant differences (P < 0.001) in nitrification rates among the three soils when measured for 28 days by adding (NH4)2SO4 at the rate of 154 mg N kg-1 dry soil to fresh soil. However, the amounts of nitrifying bacteria in the three soils were not related to soil nitrification capacity. When the soil samples or the isolates of AOB enriched from the corresponding soil were incubated in liquid with pH 5.8, 7.0 and 8.0 buffers and 10 mmol L-1 ammonium nitrogen, there were no significant nitrification differences in the same soil type at each pH. The ability to oxidize ammonia through AOB from different types of soils in a homogeneous culture medium was similar, and the soil nitrification capacity could reflect the inherent properties of a soil. Altering the culture medium pH of individual soil type also showed that acidification of an alkaline fluvo-aquic soil decreased nitrification capacity, whereas alkalinization of the acidic red soil and permeable paddy soil increased their nitrification. For a better insight into factors influencing soil nitrification processes, soil properties including texture and clay composition should be considered.     

不同酸碱性紫色土的硝化活性及微生物群落组成

为研究紫色土中的硝化作用、总微生物和硝化微生物的群落结构,以重庆永川的酸性紫色土(p H=5.3)和中性紫色土(p H=7.2)以及四川盐亭的石灰性紫色土(p H=8.5)为研究对象,采用稳定性同位素标记技术进行培养实验,并通过Miseq测序对三种紫色土微生物群落结构进行分析。每种土样共设有三种处理,包括~(13)CO_2标记处理、~(12)CO_2对照处理和~(13)CO_2+C_2H_2对照处理。结果表明,中性紫色土(p H=7.2)和石灰性紫色土(p H=8.5)经过56 d的培养后发生了强烈的硝化作用,而酸性紫色土(p H=5.3)中未发生明显的硝化作用,并且硝化作用类型都以自养硝化为主。三种紫色土中都存在着变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes),其中变形菌门在三种紫色土中都大约占有20%的比例。中性紫色土和石灰性紫色土各处理中硝化螺旋菌门(Nitrospirae)百分比大于酸性紫色土各处理。三种紫色土各处理中的氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)主要以亚硝化螺菌属(Nitrosospira)为主,亚硝酸氧化细菌(Nitrite-oxidizing bacteria,NOB)主要以硝化螺菌属(Nitrospira)为主。且NOB/AOB的值在三种紫色土各处理中最高可达到13,这意味着全程氨氧化细菌(Comammox)可能在紫色土的硝化作用中占据重要贡献。     

硝化抑制剂对毛竹林土壤N_2O排放和氨氧化微生物的影响

为了探索硝化抑制剂在毛竹生产中的施用技术,通过培养试验研究3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)和双氰胺(DCD)两种硝化抑制剂对毛竹林施用尿素后土壤N2O排放、氮素转化和相关氨氧化细菌(AOB)、氨氧化古菌(AOA)群落结构和丰度的影响。试验设(1)对照(CK)、(2)单施尿素(Urea)、(3)尿素+1%DMPP(DMPP占总N的1%,下同);(4)尿素+1.5%DMPP;(5)尿素+10%DCD;(6)尿素+15%DCD等6个处理,测定N2O的排放动态以及气体排放转折点时的土壤特征指标。结果表明:与单施尿素相比,160 d的时间内两种DMPP用量处理的土壤N2O累积排放减排幅度均为54%,而10%DCD和15%DCD处理的土壤分别减少28%和41%。DMPP和DCD处理50 d和90 d时土壤的NH4+-N含量均显著高于(p0.05)单施尿素处理,而NO3--N含量和表观硝化率则恰好相反,但两种抑制剂间无差异。DMPP处理的AOB群落结构的变化从10 d开始显现,至50 d和90 d时仍保持明显的抑制状态,而DCD处理则至90 d时抑制作用基本消失。单施尿素AOB功能基因(amo A)的丰度均显著高于硝化抑制剂处理(90 d时尿素+10%DCD处理除外);在整个培养期内,尿素和对照土壤的AOA群落结构相似,硝化抑制剂反而增加了AOA功能基因的丰度,表明硝化抑制剂对AOA丰度无明显抑制作用。即两种硝化抑制剂主要通过抑制AOB起作用;调节土壤p H至中性范围,并在1%DMPP施用条件下,硝化抑制剂的抑制效果最显著。     

水稻生育期内红壤稻田氨氧化微生物数量和硝化势的变化

利用荧光定量PCR(Real-timePCR)技术,通过特异引物检测amoA基因拷贝数分析了水稻不同生育期红壤稻田土壤中氨氧化细菌(Ammonia oxidizing bacteria,AOB)和氨氧化古菌(Ammonia oxidizing archaea,AOA)的数量变化,并测定了土壤潜在硝化势。结果显示:红壤稻田土壤中AOA数量显著高于AOB,二者比例在1.6～120.7之间;红壤稻田根层土中AOA数量显著高于表土,随水稻生长根层和表土中AOA数量均逐渐增加,且根层土中增加幅度更大;在水稻生长前期表土中AOB数量较多,孕穗期后根层土中AOB数量显著增加且高于表土。水稻生长期内土壤潜在硝化势也具有逐渐增加趋势,且根层土潜在硝化势增加幅度更大。根层土中潜在硝化势与AOB和AOA数量均呈显著正相关,而表土中潜在硝化势只与AOA数量存在显著正相关。研究表明,红壤稻田土壤中AOA数量更为丰富,且与硝化作用的关联程度更为密切,证实了氨氧化微生物在红壤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

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。     

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。     

长期施肥下我国农田土壤微生物及氨氧化菌研究进展

长期施用化肥和有机肥显著改变了我国土壤肥力和农田生态系统的稳定性。微生物在土壤养分循环和肥力形成过程中扮演了重要角色,其数量、多样性及群落结构是评价土壤肥力和农田生态系统稳定性的重要指标。随着研究土壤微生物的方法和技术的成熟,当前关于如何选择微生物学参数以有效评价土壤肥力及健康状况、土壤微生物对不同施肥管理措施的响应机制及功能微生物如何调控土壤养分循环等问题已成为土壤生态学中的研究热点。本文梳理了基于我国长期定位施肥农田的土壤微生物学研究进展,综合分析了土壤微生物生物量和酶活性、细菌群落及近些年倍受关注的氨氧化菌群落三方面的研究进展及发展方向,其中综合分析了构成细菌群落的八大门类菌群对施肥的响应及其驱动因素,最后从不同角度提出了微生物在土壤学及农业生产中的研究和应用方向。     

海水稻根际效应对滨海盐碱地土壤氨氧化微生物的影响

滨海盐碱地的特殊环境严重限制了土壤氮素转化和利用。微生物介导的水稻根际氨氧化过程是盐碱稻田土壤氮循环的关键过程,但限于研究盲点和技术不足,海水稻根际效应对滨海盐碱地土壤氨氧化微生物群落结构的影响仍少有报道。据此,本研究以“海稻86”为研究对象,分别设置低盐浓度(2 g·kg^–1)和高盐浓度(6 g·kg–1)两组处理进行盆栽试验。结果显示：种植海水稻70 d后,高盐和低盐处理根际土壤的pH分别下降了0.82和0.70个单位,土壤有机质(SOM)含量下降了6.41和4.46 g·kg^–1,腐殖质(HU)含量提高了5.76和4.45 g·kg^–1,全氮(TN)含量减少0.46和0.37 g·kg^–1,表明海水稻可通过降低盐碱地土壤pH,加速有机质分解转化,提高土壤氮循环速率。水稻根际作用可显著提高土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)和微生物呼吸强度,并在种植第55天达到最高,在高盐处理中分别达到850.0 mg·kg^–1、72.2 mg·kg^–1     

施肥和淹水管理对水稻土氨氧化微生物数量的影响

全程氨氧化细菌(Completeammoniaoxidizers,Comammox)的发现被认为是氮循环研究的重要进展,但复杂土壤中Comammox与氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria, AOB)和氨氧化古菌(Ammonia-oxidizingarchaea,AOA)共存的环境驱动机制尚不清楚。针对紫色水稻土长期定位试验的植稻淹水(夏季植稻施肥并且全年淹水)管理、休耕冬干(不植稻、不施肥,仅在夏季植稻期间淹水,冬季排水落干)管理,研究了施肥和水分管理对水稻土硝化潜势及氨氧化微生物类群丰度的影响。结果表明,植稻淹水土壤的硝化潜势显著高于休耕冬干,分别为25.0 mg·kg~(-1)·d~(-1)、2.11mg·kg~(-1)·d~(-1),相差可达12倍之多。实时荧光定量PCR分析表明,两种管理方式下水稻土中均能检测到Comammox、AOA和AOB,并且其数量均为ComammoxAOAAOB。植稻淹水中Comammox丰度分别为AOA的8.5倍、AOB的77.3倍,而休耕冬干中Comammox丰度分别为AOA的4.1倍、AOB的490.3倍。相比于休耕冬干管理,植稻淹水刺激了Comammox分支A(Clade A)、AOA和AOB的生长,三者增长倍数分别为9、3、42,但Comammox分支B(Clade B)的降幅高达两倍之多。这些结果表明,与休耕冬干管理相比,28年长期植稻淹水,可能导致水稻土氨氧化微生物类群长期处于低O_2胁迫,并选择性促进了Comammox Clade A和AOA的生长,高强度施肥则显著促进了AOB生长,而Comammox Clade A和AOA则具有更广的铵态氮底物适应范围。未来应通过稳定性同位素示踪DNA技术,明确水稻土中数量上占优势的Comammox的功能意义及其与AOA和AOB的相对重要性。