长期添加外源有机物料对华北平原不同粒级土壤氮素和氨基糖的影响

华北平原是我国主要的粮食生产基地之一,农民为了追求高产,过量施用化肥的弊端日益凸显。本研究依托中国科学院栾城农业生态系统试验站有机养分循环再利用长期定位试验,开展不同外源有机物料对土壤氮素和氨基糖在不同粒级土壤库中分布的影响研究,为阐释不同农业管理措施下土壤氮素的物理保护机制和生物保护机制提供依据。定位试验设6个处理：无肥无秸秆处理（对照,CK）、单施猪圈肥（M）、单施化肥（NPK）、单施秸秆（SCK）、化肥配施猪圈肥（MNPK）和化肥配施秸秆（SNPK）。通过超声波分散-离心分离得到3种粒径土壤——砂粒级（2 000~53 μm）、粉粒级（53~2 μm）和黏粒级（<2 μm）,分析全土及各粒级土壤中全氮和3种土壤氨基糖（氨基葡萄糖、胞壁酸和氨基半乳糖）的含量及变化;基于这3种土壤氨基糖的稳定性和异源性,以氨基糖作为微生物残留物标识物,了解真菌和细菌残留物的积累和转化,阐释真菌和细菌在养分转化中的作用。结果表明：添加有机物料（秸秆、猪圈肥）明显提升了土壤全氮和氨基糖含量,粒级间土壤氮素和氨基糖含量顺序均为黏粒级>砂粒级>粉粒级。添加有机物料对砂粒级土壤氮素影响最大,长期化肥配施猪圈肥中氮素主要在砂粒级中富集,长期化肥配施秸秆的氮素主要在黏粒级中富集。添加秸秆主要提高了真菌来源的氨基葡萄糖的含量,而添加猪圈肥主要提高了土壤中细菌来源的胞壁酸含量,表明添加不同有机物料可影响土壤微生物的群落结构。从各粒级中氨基葡萄糖/胞壁酸的比值来看,添加不同类型外源有机物料对砂粒级土壤微生物群落结构影响最为明显。由此可见,在长期秸秆还田措施下实施有机粪肥部分替代化肥不仅可以减少化肥用量,还可提升土壤养分含量和微生物多样性,改善土壤质量。     

黄河三角洲不同盐渍化土壤中氨基糖的积累特征

以黄河三角洲垦殖区的轻度和中度盐渍土为研究对象,研究垦殖过程中两种盐渍土氨基糖(氨基葡萄糖、氨基半乳糖、胞壁酸及氨基糖总量)的积累特征,并利用氨基葡萄糖和胞壁酸的比值探讨了真菌和细菌残留物在不同盐渍土有机质积累过程中的相对贡献。结果表明:盐渍化程度对氨基糖总量和单个氨基糖的积累均有显著影响。轻度盐渍土氨基糖含量显著高于中度盐渍土,而不同种类氨基糖含量对盐渍土的响应因微生物来源不同而有所差异。氨基葡萄糖主要来源于真菌,轻度盐渍土中的含量显著高于中度盐渍土。氨基半乳糖的来源并不明确,但与氨基葡萄糖的累积特征相似。胞壁酸唯一来源于细菌,轻度盐渍土中的含量则显著低于中度盐渍土。氨基葡萄糖和胞壁酸的比值在轻度盐渍土中显著高于中度盐渍土,表明与轻度盐渍土相比,细菌残留物对中度盐渍土有机质积累的相对贡献显著增大,也暗示随着盐渍程度加大,细菌逐渐转为优势群体。     

秸秆还田对长期不同施肥黑土微生物残体碳的影响

  【目的】  研究长期施肥以及秸秆还田对黑土中微生物标识物氨基糖含量的影响,以期为调节黑土碳循环提供理论支撑。  【方法】  吉林省农业科学院黑土长期定位试验始于1990年,2018年选取其中不施肥对照(CK)、单施化肥(NPK)和有机肥配施化肥(MNPK) 三个处理进行秸秆微区田间试验。这三个处理的土壤中分别再设加入1 cm 长玉米秸秆6000 kg/hm2的处理(CKS、NPKS、MNPKS)和不加入玉米秸秆的处理(CK、NPK、MNPK),共6个处理。秸秆与土壤混匀后置于PVC框(长0.9 m、宽0.6 m、高0.6 m)内,PVC框上端高于地面20 cm。在PVC框埋入土壤60天(夏季)、150天(秋季)后,取土样测定理化性状及氨基葡萄糖(GluN)、氨基半乳糖(GalN)和胞壁酸(MurN)含量。微生物真菌残体碳和细菌残体碳含量依据各氨基糖含量计算。  【结果】  与CK相比,NPK和MNPK处理能够促进氨基糖在土壤中的积累,其中第60天氨基葡萄糖分别显著增加18.81%和105.36%;胞壁酸分别显著增加19.62%和129.30%。两种施肥措施均能提升土壤中微生物残体碳的含量,而且MNPK处理微生物残体碳积累量较CK处理高出近1倍。各处理中真菌残体碳含量要远高于细菌残体碳含量,两种施肥措施均会降低真菌残体碳占微生物残体碳的比重,说明施肥会增加细菌在这一过程中对黑土有机碳积累的贡献。NPKS处理氨基葡萄糖占总氨基糖含量百分比明显增加,MNPKS处理真菌来源的氨基葡萄糖所占百分比也在第60天、第150天这两个时期内逐渐上升,表明真菌细胞死亡残体积累量在增加。  【结论】  添加秸秆后的MNPK处理促进了黑土中微生物残体碳的积累,NPK处理与秸秆添加相结合可以提高真菌残体碳在微生物残体碳中所占比重。因此,施肥和秸秆添加会使黑土中微生物群落组成发生变化,从而影响微生物残体的积累特征。     

外源氮添加对土壤微生物残体积累动态的影响－基于Meta分析

微生物残体是土壤有机碳库的重要贡献者。为明确外源氮添加对土壤微生物残体积累动态的影响,本文收集整理了1980—2020年已发表的文献,共选取122组试验观测数据,利用整合分析方法（Meta-analysis）,以微生物残体标识物－氨基糖为目标组分,定量分析了不同种类和数量的外源氮添加对土壤中微生物来源细胞残体积累数量和组成比例的影响,并系统解析其主要影响因素。结果表明:外源氮添加（0 ~ 6000 kg hm?1）对微生物细胞残体的积累有显著的促进作用,并能引起土壤中真菌和细菌来源细胞残体相对比例发生明显变化。与不加氮对照相比,氮添加使土壤氨基糖总量增加27%,其中氨基葡萄糖、氨基半乳糖和胞壁酸含量分别增加22.5%、29.8%和19.0%。同时,不同种类外源氮素添加对氨基糖积累特征的影响也有所不同,表现为有机氮（如动物厩肥）比无机氮添加对氨基糖积累的促进作用更大。此外,氮添加对氨基糖的影响程度还与土壤自身的碳氮比、土地利用类型和自然降雨量等环境因子密切相关。其中是否添加碳源对微生物残体的响应有较大影响,表现为:无碳源添加会降低土壤氨基糖葡萄糖和胞壁酸对氮添加的响应,削弱了微生物残体对土壤有机质的贡献比例;而氮源同时配合碳源添加条件下,土壤氨基糖积累量显著高于单一氮源添加的处理,说明氮添加对微生物残体积累的影响存在着碳氮耦合效应。     

玉米秸秆掺入对土壤氨基糖分布动态的影响

为探讨玉米秸秆分解对土壤微生物残留物积累和稳定化过程的影响,通过室内培养试验研究了玉米秸秆施入后土壤氨基糖的动态变化和粒级分布特征,利用氨基葡萄糖(Glu N)与胞壁酸(Mur A)含量的比值探讨了不同来源微生物残留物在土壤养分循环中的相对贡献。结果表明,秸秆添加有利于氨基糖在土壤中的积累,并且真菌残留物对土壤有机质积累的贡献逐渐增加。氨基糖在高有机质土壤中的积累数量显著高于低有机质土壤,但其相对增加比例低于后者。培养过程中氨基糖首先在砂粒中合成,然后由粗粒级向细粒级迁移,尤其在黑土中粉粒对氨基糖的固持能力显著高于低有机质含量的棕壤。土壤黏粒对氨基糖的保持能力最强,且细菌细胞壁残留物向黏粒中迁移的能力显著高于真菌。     

玉米不同残体添加对棕壤团聚体中氨基糖分配的影响

[目的]秸秆残体还田能引起土壤微生物残留物氨基糖的变化,然而不同部位秸秆残体因含碳氮化学组分差异,还田到不同肥力土壤后对氨基糖在团聚体中分配的影响尚不明析.因此,研究添加玉米不同残体对不同肥力棕壤团聚体中氨基糖分配的影响,并利用微生物标识物氨基葡萄糖与胞壁酸比值变化指示棕壤团聚体真菌和细菌群落组成动态变化,对深入阐明秸...     

葡萄糖和不同数量氮素供给对黑土氨基糖动态的影响

通过室内培养实验探讨了葡萄糖及不同数量的NH4+施入对土壤中三种氨基糖(氨基葡萄糖、氨基半乳糖和胞壁酸)动态的影响,同时利用氨基葡萄糖和胞壁酸的比值探讨了微生物在养分固持过程中的相对贡献。结果表明,土壤氨基糖数量受到外加碳源和养分的显著影响,且其变化各有特征。胞壁酸受养分影响最为显著,可在一定程度上调节并平衡碳氮元素的供给与需求;氨基葡萄糖稳定性高于胞壁酸,但在碳源极度缺乏时也可分解;养分状况对氨基半乳糖的影响并不显著。碳源是促进土壤微生物氮素固持的关键因子,在活性碳源存在下,相对丰富的氮素供给有利于细菌的快速生长,而碳源相对充足时则有利于真菌的快速增殖。     

无机氮素加入量对玉米秸秆分解过程中棕壤氨基糖含量的影响

在室内恒温(25℃)培养条件下,通过气相色谱法研究高C/N比玉米秸秆降解过程中微生物来源的氨基糖含量及其占有机质比例的变化及其对无机氮素添加水平(0, 60.3, 167.2, 701.9 mg•N•kg-1土,依次标记为N0, Nlow, Nmed, Nhigh)的响应情况。结果表明：在玉米秸秆分解过程中,土壤中的氨基糖含量及其对有机质贡献的比例随着无机氮素供应水平的增加而增加,即以微生物代谢物形式截获的有机碳/氮相应增多。Nmed和Nhigh处理中氨基糖积累量显著高于Nlow和N0处理。不同微生物来源的氨基糖受外源氮素的影响情况不同,胞壁酸比氨基葡萄糖更易于受到土壤中碳氮供给的影响,具有相对较快的转化速率;而在数量上氨基葡萄糖对土壤有机质的贡献比例显著高于前者;氨基半乳糖在土壤中的积累过程较为缓慢,受外源无机氮素添加水平的影响并不明显。可见,在高C/N比作物残体分解过程中,无机氮素的供应水平是影响土壤中氨基糖积累转化的重要因素之一。但是,过多的无机氮素施入并不能被微生物完全同化利用,因此秸秆还田的土壤中必须要考虑有效氮素的水平问题。     

玉米不同生育期土壤氨基糖动态变化特征

分析肥料施用及肥料与秸秆配施后土壤氨基糖在玉米不同生长时期的动态变化和研究微生物来源物质的转化迁移特征,这对研究土壤有机质循环和C、N截获有重要意义,这也可为研究微生物对土壤有机质(SOM)转化和积累的动力学过程提供理论基础。本试验依托中科院沈阳应用生态研究所野外生态站进行田间微区试验,选取化肥[(NH_4)_2SO_4]和化肥+秸秆(玉米秸秆)配施两个处理的0～10和10～20 cm层次的土壤作为研究对象,取样时间分别设为播种前、拔节期、吐丝期、灌浆期、成熟期,本文通过分析玉米不同生长期土壤氨基糖氮的动态变化以揭示土壤-微生物的相互作用对土壤肥力的调控。单施化肥处理在0～10和10～20 cm两个层次下土壤总氨基糖氮总体呈下降趋势,从播种期到灌浆期0～10 cm层次3种氨基单糖(氨基葡萄糖、氨基半乳糖、胞壁酸)氮也都表现出下降趋势。秸秆配施处理下0～10 cm层次与单施化肥相比氨基糖氮含量低。两种处理下均表现为在拔节期时10～20 cm层次真菌群落比细菌群落占优势,而0～10 cm层次细菌群落占优势。从吐丝期到灌浆期,单施化肥处理下细菌群落强于真菌群落,而秸秆配施处理下真菌群落明显强于细菌群落。土壤氨基糖在作物不同生长期作为碳氮源可以被植物和微生物有效利用。秸秆降解过程中微生物代谢类型发生变化,秸秆降解可为微生物提供养分,同时微生物对养分的需求出现明显转变,从而使得秸秆配施影响了微生物数量。在玉米整个生长期,土壤微生物群落会发生变化,初期以细菌群落为主,细菌残留物对土壤有机质的积累贡献大,生长中期真菌开始占主导地位,秸秆配施有利于真菌群落积累。     

免耕秸秆还田和传统耕作方式下东北黑土氨基糖态碳的积累特征

以吉林德惠市中层黑土进行7年田间定位试验的小区土壤为研究对象,对免耕(NT)和传统耕作下(CT)耕层(0～20 cm)氨基糖态碳含量的变化特征进行了分析。结果表明,与传统耕作相比,实施免耕7年后整个耕层土壤中氨基糖态碳含量显著增加(p<0.05),以表层(0～5 cm)增加幅度最大,高达94.7%。说明在研究地区,免耕措施有利于微生物代谢物如细胞壁物质等作为潜在的碳源逐渐积累在土壤中。免耕土壤中不同微生物来源氨基糖态碳的含量均较传统耕作有显著增加,但是变化特征有所不同,其中免耕条件下真菌来源的氨基葡萄糖的积累量较传统耕作高出1倍多,而且氨基葡萄糖与细菌来源的胞壁酸的比值(6.9～7.3)显著高于传统耕作(4.7～5.4),暗示实施免耕秸秆还田7年后土壤中真菌已逐渐转为优势群体,而真菌占优势的农田生态系统具有更大的固碳潜力。     

强冻融作用下土壤微生物残体碳的累积特征及其对玉米秸秆输入的响应

【目的】微生物残体碳是土壤稳定碳库的主要组成部分。探究不同冻融强度下东北黑土区土壤真菌和细菌残体碳的变化和积累特征,以及玉米秸秆对这一过程的影响,以加深对东北黑土土壤有机碳循环过程和微生物调控机理的认知,为东北黑土区土壤肥力提升提供理论支撑。【方法】研究采用室内模拟培养试验,供试材料为玉米秸秆和黑土。设置3个冻融强度处理：弱冻融(融冻温度/冻结温度为5℃/-4℃)、强冻融(融冻温度/冻结温度为5℃/-9℃)和5℃常温对照,每个冻融处理分别设置添加和不添加玉米秸秆处理。一个冻融循环为土壤样品在5℃培养24 h,逐渐降低温度至冻结温度,保持48 h,然后升温至5℃,直到总时间96 h (4天),然后进入下一个循环。冻融试验共进行了16次循环,总培养周期为65天。在第0、3、8、12和16次冻融后采集土壤样品,测定土壤氨基葡萄糖(真菌残体标识物)和胞壁酸(细菌残体标识物)含量,分析微生物残体碳的累积特征及其对土壤有机碳的贡献。【结果】不添加玉米秸秆条件下,强冻融处理在前期较恒温对照显著增加了真菌和细菌残体碳含量及其对土壤有机碳的贡献,降低了土壤真菌细菌残体碳比值(F/B),而弱冻融处理相关指...     

无机氮素加入量对玉米秸秆分解过程中棕壤氨基糖含量的影响

作物秸秆还田作为一种调控土壤养分循环、减少氮肥损失、维持和提高土壤有机质水平的有力措施,越来越受到人们的重视[1-2]。还田的秸秆是微生物的碳源和能源,常导致土壤微生物量迅速增加,相应的微生物死亡率和微生物残体积累量也提高[3-4]。根据Appuhn等[5]对微生物细胞壁组分的     

沼液替代化学氮肥对滨海稻田土壤有机氮和细菌群落的影响

【目的】明确沼液替代化肥对稻田土壤有机氮(SON)矿化的影响及其与土壤微生物群落变化的关系。【方法】田间试验于2017年在江苏滨海稻田上进行,在总氮投入量225 kg/hm²的前提下,设置4个沼液替代化肥氮比例：0%、33%、66%、100%(即,BS0、BS33、BS66、BS100处理)。试验连续进行3年后(2019年),取土测定了有机氮的矿化特征,分析有机氮中酸解氮、非酸解氮、酸解铵态氮、氨基酸态氮、氨基糖态氮、酸解未知态氮的含量及细菌组成结构。【结果】与BS0处理相比,BS66处理的土壤氮矿化势(N₀)增幅最大,达39.7%。氨基酸态氮和非酸解氮含量沼液施用处理有显著升高(P<0.05),BS66处理的氨基酸态氮较BS0增加了39.2%,BS100处理的非酸解氮含量增加了73.9%。沼液替代化肥提高了土壤Chloroflexi (绿弯菌门)与Actinobacteria (放线菌门)的相对丰度,显著降低了Nitrospirae (硝化螺旋菌门)的相对丰度(P<0.05)。不同细菌属对沼液替代化肥水平的响应差异较大,随着沼液...     

耕作方式对农田土壤理化性质、微生物学特性及小麦营养品质的影响

【[目的 ]】耕作措施对土壤健康和作物营养品质提升具有关键作用,明确不同耕作方式对土壤理化性质、微生物学特性及小麦营养品质的影响,为集约化农田可持续管理提供理论依据。【[方法 ]】田间试验自2012年起在山东德州进行,供试土壤为潮土,种植制度为小麦–玉米轮作。设置4种耕作模式处理：传统耕作、旋耕、休耕和免耕。2020年,采集0—20 cm土层土样分析土壤物理、化学性质和细菌群落结构,采集小麦籽粒样品分析其营养品质。【[结果 ]】与传统耕作相比,免耕、休耕和旋耕处理显著提高了土壤含水量、铵态氮、硝态氮、有机质、全氮及有效磷含量,休耕还显著提高了土壤容重,降低了土壤孔隙度。免耕、休耕和旋耕处理显著提高土壤微生物量碳、氮含量以及土壤细菌群落多样性指数,休耕及免耕处理提高土壤厚壁菌门(Firmicutes)、疣微菌门(Verrucomicrobia)的相对丰度,降低放线菌门(Actinobacteria)的相对丰度。从营养品质变化来看,休耕显著提高小麦籽粒蛋白质、淀粉、微量元素的含量,旋耕和免耕显著增加小麦籽粒蛋白质含量,除天冬氨酸外,其他16种氨基酸组分变化趋势与氨基酸总量变化基本一致。Pe...     

Plant-N incorporation into microbial amino sugars as affected by inorganic N addition: A microcosm study of N-labeled maize residue decomposition

Carbon (C) and/or nitrogen (N) in plant residues can be assimilated into microbial biomass during the plant residue decomposition before incorporation into SOM in the form of microbial residues. Yet, microbial transformation of plant residue-N into microbial residues and the effects of inorganic N inputs on this process have not been well documented. Here, we undertook a 38-week incubation with a silt loam soil amended with a ¹⁵N-labeled maize (Zea mays L.) residue to determine how the transformation of maize residue-N into soil amino sugars was affected by rates of inorganic N addition. The newly metabolized amino sugars derived from maize residue-N were differentiated and quantified by using an isotope-based gas chromatography-mass spectrometry technique. We found that greater amounts of maize residue-N were transformed into amino sugars with lower inorganic N addition at the early stages of the plant residue degradation. However, the trend was reversed during later stages of decay as greater percentage of maize residue-N (8.6-9.4%) were enriched in amino sugars in the N_med and N_high soils, as compared with N₀ and N_low (7.5-8.2%). This indicated that higher availability of inorganic N could delay the transformation process of plant-N into microbial residues during the mineralization of plant residues. The dynamic transformations of the plant residue-N into individual amino sugars were compound-specific, with very fast incorporation into bacterial MurA_M-new found during the initial weeks, while the dynamics of maize residue-derived GluN exhibited a delayed response to assimilate plant-N into fungal products. The findings indicated differential contributions of maize residue decomposing microorganisms over time. Moreover, we found no preferential utilization of inorganic N over plant residue-N into amino sugars during the incubation course, but inorganic N inputs altered the rate of plant-N accumulation in microbial-derived organic matters. Our results indicated that higher N availability had a positive impact on the accumulation or stabilization of newly-produced microbial residues in the long term.     

双季稻田土壤微生物群落对连续5年施有机肥和石灰的响应差异

  目的  土壤微生物是土壤健康的敏感“指示器”,但不同的土壤微生物类群对连续施用有机肥和石灰的响应规律及不同指标的敏感性仍不明确。  方法  本文选取中亚热带双季稻区的紫泥田作为研究对象,研究连续5年施用有机肥或石灰后,土壤微生物“黑箱指标”（微生物生物量碳氮、微生物熵和土壤呼吸速率）和土壤活体微生物（PLFAs）组成的响应规律与差异。  结果  与对照相比,连续施用有机肥后,土壤微生物生物量碳（MBC）、氮（MBN）含量和土壤呼吸速率分别提高37%、28%和44% ~ 59%,微生物多样性也显著提高,土壤细菌结构发生改变,尤其是革兰氏阴性菌（G?）的PLFAs绝对量提高了100%,但真菌类群的响应不敏感。相反,连续施用石灰5年后,土壤微生物生物量碳、氮含量均呈下降趋势,微生物熵和土壤呼吸速率分别降低11%和26% ~ 52%,微生物多样性显著降低,细菌、放线菌和绝大多数真菌类群PLFAs绝对量下降30% ~ 58%。相关性分析结果表明,土壤有机质含量与土壤微生物总PLFAs和细菌PLFAs含量呈显著正相关关系;而土壤pH仅与Simpson多样性指数呈显著正相关关系。施有机肥显著提高了土壤有机质含量进而导致细菌MBC、MBN、G?和土壤呼吸速率显著增加;而施石灰后土壤微生物群落结构及活性降低与土壤pH有关。  结论  连续5年施用有机肥、石灰后,土壤微生物指标分别表现为正面、负面响应。与“黑箱指标”相比,某些特定微生物类群（如G?）的敏感性指数值更高,在土壤健康评价中极具应用潜力。