长期氮添加对贝加尔针茅草原土壤微生物群落多样性的影响

以贝加尔针茅草原不同土层土壤为研究对象,开展了连续6年的氮添加野外控制试验,8个氮素添加处理分别为N0(0 kg N·hm~(-2))、N15(15 kg N·hm~(-2))、N30(30 kg N·hm~(-2))、N50(50 kg N·hm~(-2))、N100(100 kg N·hm~(-2))、N150(150 kg N·hm~(-2))、N_200(200 kg N·hm~(-2))、N300(300 kg N·hm~(-2)),采用氯仿熏蒸提取法和Biolog生态板法,分析了不同氮添加量下草原土壤微生物生物量碳、氮及微生物群落功能多样性的变化规律。结果表明,长期添加无机氮素,土壤微生物生物量碳降低;高氮添加(N100、N150、N_200、N300)提高了微生物生物量氮,显著降低了微生物熵。培养96 h时,生态板的平均颜色变化率(AWCD)在0~10 cm土层大小顺序依次为N50N30N100N15N0N_200N150N300。相同氮添加量下,不同深度土层土壤微生物生物量碳、氮和AWCD值总体表现为0~10 cm土层高于10~20 cm土层。0~10 cm土层,高氮添加(N100、N150、N_200、N300)下,土壤微生物群落功能多样性指数H低于或显著低于对照(N0),均匀度指数E高于或显著高于对照,各处理间优势度指数D差异不明显。主成分分析结果表明,高氮处理、低氮处理及无氮添加下土壤微生物对碳源利用能力存在较大差异。土壤pH、有机碳、全氮、全磷、微生物生物量氮、微生物熵、微生物量碳氮比、硝态氮与土壤微生物群落功能多样性密切相关,100 kg N·hm~(-2)氮添加量是土壤微生物活性从促进到抑制的一个阈值。     

氮素和水分对贝加尔针茅草原土壤酶活性和微生物量碳氮的影响

在内蒙古贝加尔针茅草原,分别设对照(N0)、1.5 g·m^-2(N15)、3.0 g·m^-2(N30)、5.0 g·m^-2(N50)、10.0 g·m^-2(N100)、15.0 g·m^-2(N150)、20.0 g·m^-2(N200)和30g·m^-2(N300)(不包括大气沉降的氮量)8个氮素(NH₄NO₃)梯度和模拟夏季增加降水100 mm的水分添加交互试验,研究氮素和水分添加对草原土壤养分、酶活性及微生物量碳氮的影响。结果表明:氮素和水分添加对草原土壤理化性质和生物学特性有显著影响。随施氮量的增加土壤总有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮含量呈增加的趋势,相反,土壤pH值呈降低的趋势。土壤脲酶和过氧化氢酶的活性随施氮量的增加而升高,多酚氧化酶则随施氮量的增加呈下降的趋势。氮素和水分添加对草原土壤微生物量碳氮含量有显著影响,高氮处理(N150、N200和N300)显著降低了微生物碳含量,微生物氮含量随施氮量的增加呈上升趋势。水分添加能够减缓氮素添加对微生物的抑制作用,提高微生物量碳、微生物量氮含量。草原土壤养分、土壤酶活性及土壤微生物量碳氮含量间关系密切,过氧化氢酶与全氮、总有机碳、硝态氮呈显著正相关,多酚氧化酶与铵态氮、硝态氮、全氮呈显著负相关。微生物量氮含量与土壤全氮、铵态氮、硝态氮含量以及过氧化氢酶和磷酸酶活性呈显著正相关,与多酚氧化酶呈负相关;微生物量碳与过氧化氢酶呈负相关,与多酚氧化酶活性呈正相关。     

模拟水位下降与刈割对高寒湿地土壤氨氧化与反硝化微生物的影响

湿地土壤是温室气体重要的源和汇,认识湿地生态系统氮循环过程有助于预测氮循环对未来气候变化的响应与反馈机制。为探讨硝化作用和反硝化作用对土壤水位变化和刈割的响应机制,依托于2013年在青藏高原东部若尔盖泥炭地南部湿地设置的野外实验,通过在样地周围挖掘不同深度的排水沟模拟水位下降,结合刈割处理,研究水位下降和刈割对泥炭地土壤氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)、氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)和反硝化细菌(Denitrifying bacteria)丰度的影响。2014年7月取样分析结果表明:水位下降显著降低土壤含水量,水位下降与刈割均显著降低土壤呼吸;氨氧化及反硝化微生物功能基因丰度在各处理间无显著差异,但刈割及其与水位下降的交互作用显著影响AOA-amo A与AOB-amo A基因丰度比。刈割处理显著增加AOB-amo A基因相对丰度,但对AOA-amo A基因丰度无显著影响,揭示AOB可能在湿地土壤硝化过程中占主导地位。土壤nir S基因丰度显著高于nir K基因,表明nir S基因对水位下降及刈割的响应更为敏感。随着土壤水位的下降,刈割促进了由AOB主导的氨氧化过程,而反硝化微生物丰度的增加削减了氨氧化产物硝酸盐的积累,继而降低了土壤硝酸盐含量。     

贝加尔针茅草原土壤微生物功能多样性对养分添加的响应

为揭示养分添加对草原土壤微生物群落功能多样性的影响,采用Biolog-Eco技术,研究了在无养分添加对照(CK)和7种不同氮磷钾养分添加方式(单养分添加:N、P、K,不同组合添加:PK、NK、NP、NPK)下贝加尔针茅草原土壤微生物群落功能多样性变化。结果表明:(1)不同养分添加条件下土壤微生物群落单孔平均颜色变化率(Average Well Color Development)AWCD值从高到低依次为NPPNPKNKNCKKPK。(2)含磷添加处理(PK除外,NP、P、NPK)和含氮添加处理(N、NK)的丰富度指数H均显著高于CK、K、PK,而均匀度指数E和优势度指数D在各处理间差异不显著。(3)主成分分析结果表明,CK、K、PK、NK处理土壤微生物群落碳源利用方式相似,而NP、P和N、NPK分别具有不同的碳源利用方式。据此可知,NP、P、NPK、N养分添加方式可以提高土壤微生物代谢活性、物种丰富度指数和微生物群落碳源利用能力,有利于土壤微生物群落功能多样性的提高。     

长期施氮对酸性紫色土氨氧化微生物群落及其硝化作用的影响

[目的]研究长期施氮对酸性紫色土壤中氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)群落特征的影响,揭示氨氧化微生物群落的驱动因子及其调控硝化作用的微生物学机制.[方法]依托四川雅安玉米体系施氮长期定位试验(始于2010年),试验处理包括5个供氮水平,即0(N0)、90(N90)、180(N180)、270(N270)和36...     

红枫湖沉积物中氮循环相关微生物研究

选择喀斯特地区饮用水源地红枫湖水库为研究对象,研究与氮循环有关的微生物。采用稀释平板法及最适或然数法测定了8个站位表层沉积物中氨化细菌、氨氧化细菌、亚硝酸氧化细菌、反硝化细菌的分布情况。结果表明：8个站位中氨化细菌、氨氧化细菌、亚硝酸氧化细菌、反硝化细菌分别为104～106 CFU/g、105～107 MPN/g、105～108 MPN/g、105～109 MPN/g。其中,氨化细菌数量最多的是大坡上采样点,其余采样点差别不大;氨氧化细菌数量最多的是花渔洞大桥采样点;新庄的亚硝酸氧化细菌高于其他采样点;反硝化细菌数量较大的是大坡上。     

牛场肥水灌溉对土壤氨氧化微生物的影响

以不同牛场肥水灌溉制度下河北省徐水县梁家营长期定位施肥试验田为研究对象,通过构建氨氧化细菌和氨氧化古菌的amoA 基因克隆文库,利用T-RFLP方法研究了5种施肥处理(CK:不施肥;CF:300 kg N·hm^-2,120 kg P₂O·hm^-2,75 kg K₂O·hm^-2;T4:105 kg N·hm^-2,39 kg P₂O₅·hm^-2;T5:210 kg N·hm^-2,78 kg P₂O₅·hm^-2; T11:317 kg N·hm^-2,117 kg P₂O₅·hm^-2)下土壤中氨氧化细菌及氨氧化古菌的多样性及其群落结构演变。氨氧化细菌T-RFLP结果显示,T5 处理土壤中氨氧化细菌的 Shannon-Wiener指数(H')和 Pielou指数(E)均最高, T11处理最低,表明T5处理增加了土壤中氨氧化细菌的多样性和丰富度,T11处理一定程度上降低了氨氧化细菌的多样性和丰富度。基于amoA基因建立的系统进化树显示,土壤中氨氧化细菌主要属于Nitrosospira 和Nitrosomanas。氨氧化古菌T-RFLP结果显示,T11处理氨氧化古菌Shannon-Wiener指数(H')、Simpson 指数(Ds)和Pielou指数(E)均最高,表明T11处理增加了土壤中氨氧化古菌的多样性和丰富度。氨氧化古菌的系统发育树显示大部分氨氧化古菌amoA序列与 Cluster S 聚为一类,且占主导地位,少数序列为Unclassified-Archaea(未分类古菌)。最大优势菌与来自中国荷斯坦奶牛瘤胃样品的氨氧化古菌Clone属于同种,推测牛场肥水灌溉增加了土壤的氨氧化古菌的群落多样性。     

红枫湖沉积物中氮循环相关微生物研究（英文）

选择喀斯特地区饮用水源地红枫湖水库为研究对象,研究与氮循环有关的微生物。采用稀释平板法及最适或然数法测定了8个站位表层沉积物中氨化细菌、氨氧化细菌、亚硝酸氧化细菌、反硝化细菌的分布情况。结果表明：8个站位中氨化细菌、氨氧化细菌、亚硝酸氧化细菌、反硝化细菌分别为104～106CFU/g、105～107MPN/g、105～108MPN/g、105～109MPN/g。其中,氨化细菌数量最多的是大坡上采样点,其余采样点差别不大;氨氧化细菌数量最多的是花渔洞大桥采样点;新庄的亚硝酸氧化细菌高于其他采样点;反硝化细菌数量较大的是大坡上。     

长期施用生物炭对土娄土土壤理化性质及微生物的影响

为了研究生物炭对土壤改良的影响是否具有长期效应,对施用不同量生物炭0 kg/hm(CK),1 000 kg/hm(T1),5 000 kg/hm(T2),10 000 kg/hm(T3) 4 a之后的土娄土进行氮素和碳素质量分数测定和土壤氨氧化菌、反硝化细菌的定量分析。结果表明：与未添加生物炭的土壤（CK）相比,在冬前分蘖期和拔节期T2和T3处理下的氨氧化菌丰度显著高于CK;在冬前分蘖期、拔节期和成熟期生物炭处理下的反硝化细菌丰度显著高于CK。土壤铵态氮质量分数在分蘖前期、拔节期和成熟期的T3处理下显著高于CK;土壤硝态氮质量分数在拔节期和成熟期的T2和T3处理下分别显著高于CK;土壤碱解氮质量分数在越冬期和拔节期分别是CK和T3达到最高水平,且显著高于其他处理;土壤全氮质量分数在分蘖前期和开花期的T3和T1处理下达到最高水平,均显著高于CK;土壤有机碳质量分数在拔节期、开花期和成熟期的T3处理下达到最高水平,且显著高于CK,但CK和T1、T2之间无显著差异。可见,施用生物炭1 000 kg/hm(T1)和5 000 kg/hm(T2)4 a之后,与CK相比土壤氮素和碳素的提高不明显;生物炭处理与CK相比,添加生物炭提高土壤中反硝化细菌丰度;施用生物炭10 000 kg/hm(T3)显著提高土壤中氨氧化菌丰度。     

氮素水平对潮土氨氧化微生物和硝化作用的影响

为了明确不同氮素水平对土壤硝化作用和氨氧化微生物的影响,特别是高氮水平下氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的响应特异性,以潮土为供试土壤,以尿素和硫酸铵作为氮源,设置5个氮素水平(以N计,分别为0、150、300、600、1 200 mg·kg^-1,相应地,记为N0、N150、N300、N600、N1200),进行28 d的微宇宙培养,研究不同氮素水平下尿素和硫酸铵对土壤AOB、AOA丰度和土壤硝化作用的影响。结果表明,添加氮肥显著(P<0.05)降低了土壤pH值,至培养结束时(28 d),土壤pH值随氮素水平增加而降低。培养结束时,各加氮处理的土壤NH⁺₄-N含量都处于较低水平(0.72～2.01 mg·kg^-1)。与N0处理相比,添加尿素或硫酸铵增加了AOB amoA基因拷贝数,且AOB amoA基因拷贝数随氮素水平增加而增加;但施用氮肥对AOA amoA基因拷贝数无显著影响。土壤平均净硝化速率随氮素水平的增加而增加,且同一氮素水平下,尿素处理的土壤平均净硝化速率高于硫酸铵处理。相...     

Abundance and Community Composition of Ammonia-Oxidizers in Paddy Soil at Different Nitrogen Fertilizer Rates

Ammonia oxidation, the first and rate-limiting step of nitrification, is carried out by both ammonia-oxidizing bacteria （AOB） and ammonia-oxidizing archaea （AOA）. However, the relative importance of AOB and AOA to nitrification in terrestrial ecosystems is not well understood. The aim of this study was to investigate the effect of the nitrogen input amount on abundance and community composition of AOB and AOA in red paddy soil. Soil samples of 10-20 cm （root layer soil） and 0-5 cm （surface soil） depths were taken from a red paddy. Rice in the paddy was fertilized with different rates of N as urea of N1 （75 kg N ha＂ yr-1）, N2 （150 kg N ha~ yrl）, N3 （225 kg N ha1 yrl） and CK （without fertilizers） in 2009, 2010 and 2011. Abundance and community composition of ammonia oxidizers was analyzed by real-time PCR and denaturing gradient gel electrophoresis （DGGE） based on amoA （the unit A of ammonia monooxygenase） gene. Archaeal amoA copies in N3 and N2 were significantly （P〈0.05） higher than those in CK and N1 in root layer soil or in surface soil under tillering and heading stages of rice, while the enhancement in bacterial amoA gene copies with increasing of N fertilizer rates only took on in root layer soil. N availability and soil NO3--N content increased but soil NH4＋-N content didn＇t change with increasing of N fertilizer rates. Otherwise, the copy numbers of archaeal amoA gene were higher （P〈0.05） than those of bacterial amoA gene in root lary soil or in surface soil. Redundancy discriminate analysis based on DGGE bands showed that there were no obvious differs in composition of AOA or AOB communities in the field among different N fertilizer rates. Results of this study suggested that the abundance of ammonia-oxidizers had active response to N fertilizer rates and the response of AOA was more obvious than that of AOB. Similarity in the community composition of AOA or AOB among different N fertilizer rates indicate that the community composition of ammonia-oxidizers was relatively stable in the paddy soil at least in short term for three years.     

氮沉降对凋落叶分解前期土壤酶活性的影响

为了解凋落叶分解前期土壤酶活性对氮沉降的响应,通过室内模拟自然氮沉降(30 kg N·hm~(-2)·a~(-1)),设置无凋落叶(bare soil,BS)、马尾松凋落叶(Pinus massoniana litter,PL)、杉木凋落叶(Cunninghamia lanceolata litter,CL)及木荷凋落叶(Schima superba litter,SL)4种处理,恒温恒湿的条件下研究不同树种(马尾松、木荷、杉木)凋落叶分解率、土壤理化性质和土壤天冬酰胺酶及纤维素酶活性动态。结果表明:模拟氮沉降232 d后,杉木凋落叶分解最快,其次是木荷凋落叶,马尾松凋落叶分解最慢。随着外源氮的累积与凋落叶分解,凋落叶全氮含量增加,C∶N减小,土壤pH值下降显著。添加硝酸铵明显提高土壤氮素有效性。外源氮的持续输入能促进土壤纤维素酶活性增加,抑制土壤天冬酰胺酶的活性。凋落叶在分解前期抑制了土壤纤维素酶活性而后期起促进作用,但凋落叶分解对土壤天冬酰胺酶活性的影响无显著规律性。因此,氮循环将改变森林土壤C∶N比,从而影响森林生态系统的物质循环和能量流动。     

降水变化和氮沉降对荒漠草原土壤细菌群落结构及酶活性的影响

为明确降水变化和氮沉降对土壤细菌及酶活性的互作效应,本研究以短花针茅荒漠草原为研究对象,试验设计采用裂区设计,主区为自然降雨(CK)、增雨30%(W)和减雨30%(R)3个水分梯度,副区为0、30、50、100 kg·hm^-2·a^-14个氮素梯度(分别记为N0、N30、N50、N100),共12个处理。结果表明：降水变化和氮沉降改变了土壤细菌群落组成,但未显著改变土壤细菌Alpha多样性;降水变化和氮沉降对土壤酶活性有显著影响。土壤过氧化氢酶活性在R-N100中最低(1.63 mg·g^-1·d^-1),与CK-N0相比显著降低了7.4%;土壤蔗糖酶活性在W-N0中最高(2.20 mg·g^-1·d^-1),与CK-N0相比显著增加了14.6%,在R-N100中最低(1.52 mg·g^-1·d^-1),与CK-N0相比显著降低了20.8%;土壤脲酶活性在W-N0中最高(17.66 mg·g^-1·d     

保护性耕作方式对土壤碳、氮及氮素矿化菌的影响研究

采用稻田红壤免耕稻草覆盖方式种植红薯,研究保护性耕作方式对土壤碳、氮和氮素矿化菌的影响以及它们之间的相关关系。结果表明,保护性耕作能增加0—10cm土层土壤总有机碳、活性有机碳、全氮和碱解氮含量,降低土壤的碳氮比;保护性耕作处理的氨化细菌数量无论是在0～10cm土层还是10～20cm土层均比传统耕作处理高近1倍,而硝化细菌数量则是0-10cm土层高于传统耕作处理,且差异显著,10～20cm土层与传统耕作处理差异不大。说明保护性耕作能增加表层土壤碳、氮含量,降低土壤碳氮比,有利于氮素矿化菌的生长,为作物生长发育提供更多的速效氮素。     

长期咸水滴灌对土壤氨氧化微生物丰度和群落结构的影响

为探讨长期咸水滴灌对棉田土壤氨氧化细菌（AOA）和氨氧化古菌（AOB）的丰度和群落结构的影响,于2018年采集已经过10年咸水滴灌的棉田土壤,通过实时荧光定量PCR和高通量测序技术测定土壤AOA和AOB的丰度和群落结构。试验设3个灌溉水盐度水平：0.35、4.61 dS·m^-1和8.04 dS·m^-1（分别代表淡水、微咸水和咸水）。结果表明：微咸水、咸水灌溉显著降低土壤NO₃^--N含量和潜在硝化势（PNR）,但显著增加土壤盐分和NH₄⁺-N含量。不同处理AOA和AOB的amoA基因拷贝数分别为2.2×10⁶~3.6×10⁶copies·g^-1和1.9×10⁵~3.2×10⁵ copies·g^-1干土;微咸水、咸水处理AOA和AOB amoA基因拷贝数均显著低于淡水处理,且微咸水处理显著降低AOA/AOB。PNR与AOA丰度（P<0.001）和AOB丰度（P<0.001）均呈显著正相关关系。此外,不同灌溉水盐度下AOA群落操作分类单元（OTUs）的数量大于AOB,微咸水、咸水灌溉显著降低AOB群落的OTUs。与淡水处理相比,咸水、微咸水处理显著增加AOA群落的香农指数,咸水处理显著降低AOB群落的香农指数。AOA和AOB群落的优势类群分别为Candidatus Nitrosocaldus和Nitrosospira;咸水、微咸水处理抑制AOA群落的Betaproteobacteria生长,而咸水处理中Candidatus Nitrosocaldus显著高于淡水和微咸水处理。AOB群落中Nitrosomonas的相对丰度随着灌溉水盐度的增加而显著降低。LEf Se分析显示,AOA在咸水灌溉下仅有1个差异物种,而AOB在微咸水灌溉时有5个差异物种。冗余分析结果显示：AOA群落结构的改变与土壤NO₃^--N、pH和盐度的变化密切相关,而AOB群落结构的改变仅与NO₃^--N和pH显著相关。盐分是影响氨氧化微生物生长及群落结构的主导因素,AOA和AOB共同参与土壤硝化作用,淡水、微咸水灌溉条件下AOB可能是硝化作用主导微生物种群,而咸水灌溉条件下AOA可能是主导微生物种群。     

生物炭用量对模拟土柱氮素淋失和田间土壤水分参数的影响

利用土柱模拟试验和田间试验,把由果树废枝干制备的生物炭以0,20,40,60 t·hm^-2和80 t·hm^-2的用量施入土壤,以探明不同用量的生物炭对土壤硝铵态氮素淋失和土壤水分的影响。结果表明,施用生物炭可降低土壤NH₄⁺-N和NO₃^--N累积淋溶量,其中用量为80 t·hm^-2处理较对照分别降低了41%和18.6%（P＜0.05）;NO₃^--N淋溶主要集中在前三次,其淋溶量占总量的97.3%～98.8%,生物炭能增加NO₃^--N在土壤中的滞留时间,延缓淋失;在整个淋洗过程中,氮素主要以NO₃^--N的形式淋失,其累积淋溶量占NO₃^--N、NH₄⁺-N淋溶总量的97.3%～98.14%;施用生物炭种植春玉米后,土壤含水率和总孔隙度增加不显著。     

模拟氮沉降对季风常绿阔叶林凋落物碳氮组分的影响

【目的】探究季风常绿阔叶林凋落物对氮沉降增加的响应规律。【方法】设置4个氮添加水平:对照、低氮、中氮和高氮,其年添加氮量分别为0、35、70和105 kg·hm~(–2),分干、湿季收集凋落物样品,并进行碳、氮组分含量分析。【结果】随氮添加量的上升,凋落物总有机碳(TOC)和水溶性有机碳(WSOC)含量显著增加,且WSOC/TOC质量比具有上升趋势。氮添加未显著改变酸不溶组分碳(AIFC)含量以及AIFC/TOC质量比,但与对照比较均具有下降趋势。不同的氮添加处理均未显著改变凋落物总氮(TN)、水溶性氮(WSN)和酸不溶组分氮(AIFN)含量,以及WSN和AIFN占TN的比例。短期氮添加对凋落物C/N质量比和AIFC/AIFN质量比无显著影响,但显著增加干季的WSOC/WSN质量比。【结论】氮沉降促进了季风常绿阔叶林凋落物中可溶性有机碳的积累,这可能有利于可溶性有机物转入土壤中,从而影响生态系统中的养分循环。     

氮沉降对杉木人工林土壤有机碳和全氮的影响

通过野外模拟试验,研究氮沉降增加对杉木人工林土壤有机碳、全氮及C/N比的影响。试验设计为4种处理,分别为N0(0 kg.hm-2.a-1)、N1(60 kg.hm-2.a-1)、N2(120 kg.hm-2.a-1)、N3(240 kg.hm-2.a-1),每处理重复3次。以尿素[CO(NH2)2]作为氮源,每月以溶液方式对林地进行喷施。通过2 a的处理后发现,随着氮沉降水平的增加,土壤有机碳呈下降趋势,而全氮含量则不断上升,致使土壤C/N比降低。