围垦年限及施氮对滨海湿地CH4好氧氧化过程的影响

本试验选取崇明东滩的光滩湿地和芦苇湿地为对照,比较研究不同围垦年限(19、27、51、86 a)的围垦区稻田耕层土壤CH₄好氧氧化的速率和固碳量以及对氮肥的响应特征。结果表明,围垦稻田土壤有机碳(SOC)含量随围垦年限增长而显著增加,而湿地土壤的酸碱度(pH)、硫酸根离子(SO₄^2–)浓度和电导率(EC值)则均随围垦年限增长而呈逐渐下降趋势。围垦稻田的CH₄好氧氧化速率存在显著差异,其中围垦27 a稻田最高,为32μg/(g·d),但远低于芦苇湿地(82μg/(g·d))。CH₄好氧氧化驱动的固碳净增量(¹³C-SOC)介于10.3～19.6μmol/g,与CH₄氧化速率显著正相关。围垦86 a稻田CH₄好氧氧化的固碳效率(¹³C-SOC净增量/¹³CH₄转化量)为61%,显著高于围垦19 a和27 a稻田。添加3种氮肥(NH₄     

增温条件下施硅对稻田CH4厌氧氧化过程的影响

硅是水稻生长的有益元素,为研究施硅对稻田CH₄厌氧氧化过程的影响以及是否会改变夜间增温对该过程的影响效应,本试验设置夜间常温不施硅(CK)、夜间增温不施硅(NW)、夜间常温施硅(Si)和夜间增温施硅(NW+Si)4个处理。采集上述田间处理4 a后的耕层土壤,采用¹³CH₄同位素标记法研究稻田土壤CH₄厌氧氧化速率和固碳特征及其对氮输入的响应。结果表明：NW处理的CH₄厌氧氧化速率为6.23 nmol·g^-1·d^-1(以¹³CO₂计),显著低于CK处理;与NW处理相比,NW+Si处理的CH₄厌氧氧化速率提高了22%。NW处理土壤中CH₄氧化驱动的¹³C有机碳净增量(¹³C-SOC)为0.31μmol·g^-1,与NW+Si无明显差异,这表明增温条件下施硅对稻田土壤CH₄     

中国土壤微生物组数据平台的构建与实现

近年来,高通量测序等新技术的快速发展,为大规模、快速、准确、全面认识土壤微生物多样性提供了技术保障。国际上已经建成了一些具有影响力的土壤微生物组数据管理及分析平台,但大多数已有平台聚焦于提供数据存储、管理、访问、注释等基础性服务,难以满足土壤微生物研究需求。借助空间数据库技术、网络地理信息系统(WebGIS)技术,设计并构建了包含土壤及微生物数据集成、数据可视化、知识发现和区域空间制图等功能的中国土壤微生物组数据平台,该平台将进一步推动我国土壤微生物组数据的标准化整合,并为整合数据的充分挖掘利用提供支撑。     

崇明东滩湿地CH4与N2O双消减的耦合过程研究

N₂O还原驱动的CH₄厌氧氧化作用(AOM)是湿地系统温室气体双减排的一种新途径,而基于滨海围垦开发的稻田利用方式对该途径的影响效应尚不清楚。本研究选取长江入海口崇明东滩湿地的自然滩涂(光滩湿地和芦苇湿地)和围垦稻田(围垦种稻19 a和86 a)为研究对象,设置3个试验处理(¹³CH₄,¹³CH₄+N₂O,N₂O)进行室内厌氧培养。采用稳定性同位素标记结合定量PCR等手段,分析不同湿地土壤的N₂O型CH₄厌氧氧化速率及其固碳潜力,研究其相关功能基因的数量特征。结果发现,围垦稻田土壤中N₂O驱动的AOM速率为6.10～7.51 ng·g^-1·d^-1,显著高于自然滩涂湿地。供试土壤N₂O驱动CH₄厌氧氧化的¹³C-SOC固碳量为18.1～49....     

夜间增温下施硅对稻田CH4好氧氧化及其氮响应的影响

【目的】研究硅肥对增温稻田甲烷(CH₄)好氧氧化速率的影响效应,为探索未来全球变暖背景下稻田温室气体减排措施提供科学依据。【方法】采用田间开放式增温系统对稻田土壤进行夜间增温,共设4个处理：夜间常温不施硅(CK)、夜间增温不施硅(NW)、夜间常温施硅(Si)和夜间增温施硅(NW+Si)。采集上述处理4年后的耕层根际土和非根际土,在无氮添加和氮添加(NH₄⁺、NO₃^-和尿素)条件下进行室内培养,采用¹³CH₄标记方法,研究稻田CH₄好氧氧化速率和固碳特征及其对氮肥的响应。【结果】Si处理稻田土壤的总有机碳和水溶性有机碳含量分别为23.2 g/kg和216.7 mg/kg,较CK稻田提高10.5%和26.7%;而NW处理的总有机碳和水溶性有机碳则分别较CK稻田降低11.9%和9.9%。施硅处理(Si和NW+Si)根际土的CH₄好氧氧化速率显著高于不施硅处理(CK和NW)(P<0.05),其...     

大于80年自然风干保存土壤中甲烷氧化菌的复苏与富集

本研究通过对长期保存的土壤标本中甲烷氧化菌的复苏和富集培养,明确了活性甲烷氧化菌类群及其氧化甲烷潜力,同时分析了对长期干旱胁迫有较强抗逆性的甲烷氧化菌种类。研究主要针对自然风干保存83～87年的采集自福建龙岩荒地、江西南昌水田、四川华阳旱地、甘肃榆中林地、青海湟源和青海都兰牧场的6个土壤标本进行了高浓度甲烷条件下的微宇宙培养,利用气相色谱法测定了甲烷气体浓度动态变化情况以研究其甲烷氧化能力;在获得富集培养物后提取基因组DNA,利用16S rRNA和pmo A基因高通量测序分析了整体微生物和甲烷氧化菌的群落结构;同时,利用两种基因的长片段克隆测序对优势甲烷氧化菌序列进行了系统发育分析。结果显示：经过短暂的复苏,6例土壤档案样品均表现出强烈的甲烷氧化活性,前两代富集液甲烷氧化速率较慢,甲烷氧化速率仅为1.4～3.8μg/(mL·h),而第三代富集液的甲烷氧化速率达到了4.9～7.7μg/(mL·h)。其中,福建龙岩、江西南昌、青海都兰3个样品的富集物还可以将高浓度甲烷持续氧化到大气甲烷浓度(1.8μL/L)以下。高通量测序结果表明,6种富集物中甲烷氧化菌在细菌总量中的占比为39%～85%;...     

水稻土好氧甲烷氧化菌对大气CO2浓度升高的适应规律

CH4是仅次于CO2的第二大温室气体,而稻田是CH4的主要排放源,但未来大气CO2浓度升高情景下（elevated CO2, eCO2）,水稻土好氧甲烷氧化过程及其功能微生物群落适应规律尚不清楚。本研究依托中国FACE（Free Air CO2 Enrichment）水稻田试验平台,通过13C-CH4示踪的室内微宇宙培养实验,采用稳定性同位素核酸探针（DNA-SIP）和高通量测序技术,研究了未来大气CO2浓度升高对水稻土甲烷氧化活性及其功能微生物的影响规律。研究结果表明：与常规大气CO2浓度（ambient CO2, aCO2）相比,eCO2条件下的甲烷氧化活性显著增加,从243 nmol g-1 d.w.s h-1增加至302 mol g-1 d.w.s h-1,增幅高达24.3%,甲烷氧化菌数量则增加了1.1~1.2倍。通过超高速离心获得活性甲烷氧化菌同化13CH4后合成的13C-DNA,高通量测序发现,未来大气CO2升高情景下水稻土活性好氧甲烷氧化微生物群落极可能发生明显演替,与对照相比,类型I甲烷氧化菌甲基杆菌属Methylobacter的相对丰度增加16.2%~17.0%,而甲基八叠球菌属Methylosarcina的相对丰度下降4.7%-11.1%;同时刺激了食酸菌属Acidovorax和假单胞菌属Pseudomonas等非甲烷氧化菌的活性。这些研究结果表明：未来大气CO2升高情景下,水稻土好氧甲烷氧化微生物群落结构发生分异,促进了甲烷氧化通量,而甲烷氧化的代谢产物可能引发土壤中微生物食物网的级联反应,是土壤碳储存和周转的重要功能微生物群。     

模拟干湿交替对水稻土古菌群落结构的影响

干湿交替是自然界普遍存在的现象,但长期以来由于技术的限制,复杂土壤中微生物对水分变化的响应规律仍不清楚。针对我国江苏常熟湖泊底泥发育的典型水稻土,在室内开展湿润-风干以及风干-湿润各三次循环,每次循环中湿润、风干状态各维持7d,利用微生物核糖体rRNA的通用引物进行PCR扩增,通过高通量测序分析土壤古菌多样性变化,同时结合实时荧光定量PCR技术,在DNA和RNA水平研究古菌数量对干湿交替过程的响应规律。结果表明:水稻土湿润-风干过程中,在DNA水平土壤古菌数量降幅约为149倍~468倍,而在RNA水平降幅最高仅为2.06倍;水稻土风干-湿润过程中,在DNA水平古菌数量增幅在147倍~360倍之间,而在RNA水平增幅最高仅为2.95倍。表明在干湿交替过程中,DNA水平的古菌16S rRNA基因数量变化远高于RNA水平。基于高通量测序多样性的结果表明,在DNA和RNA水平,湿润土壤3次风干、以及风干土壤3次加水湿润7d恢复后,土壤古菌群落结构均发生统计显著性改变。在微生物门、纲、目、科和属的不同分类水平下,水稻土古菌主要包括3、10、13、14、10种不同的类群,在RNA和DNA水平的结果基本一致。干湿交替导致部分古菌类群发生显著变化,其中在微生物分类学目水平发生显著变化的古菌最高达到6种,主要包括产甲烷古菌和氨氧化古菌,如Methanobacteriales、Methanosarcinales、Methanomicrobiales和Nitrososphaerales等。这些研究结果表明,反复的干湿交替并未显著改变水稻土中古菌的主要类群组成,古菌类群的绝对数量和相对丰度发生了一定程度的变化,但这些变化与微生物生理作用的联系仍需进一步研究;风干土壤中古菌RNA序列极可能来自于完整的古菌细胞,暗示了这些古菌细胞能够较好地适应水稻土中水分的剧烈变化,风干状态的土壤在一定程度也可用于土壤古菌群落组成研究。     

不同水分条件下格陵兰岛冻土活性甲烷氧化菌群落分异规律

揭全球气候变化导致丹麦格陵兰岛形成了旱地和间歇淹水的土壤景观,采用稳定性同位素核酸探针技术和高通量测序16S r RNA及pmoA基因的分析方法,开展了格陵兰岛旱地和间歇淹水土壤微宇宙培养试验,探究不同水分条件下冻土的甲烷氧化潜力及活性好氧甲烷氧化菌群落演替规律。结果表明:与旱地土壤相比,淹水土壤氧化高浓度甲烷的速率呈现降低趋势,分别为12.38和12.17μg/(g·d),但后者对甲烷碳同化利用效率显著高于前者,土壤¹³C-有机碳原子百分比从自然丰度1.08%,分别增加至1.64%和1.99%。超高速密度梯度离心分析¹³C-DNA发现甲烷氧化菌群落发生演替,旱地土壤中Crenothrix甲烷氧化菌16S rRNA基因丰度仅为0.04%,而在间歇淹水土壤中为23.78%,增幅高达557倍;类型Ⅱ甲烷氧化菌Methylosinus则从33.76%增至44.38%。然而,类型Ⅰ甲烷氧化菌Methylocaldum的丰度明显降低,从旱地土壤10.15%显著降低为间歇淹水0.14%;进一步通过pmo A基因高通量测序分析,也得到了类似的结果,特别是类...     

茶园土壤细菌丰度及其影响因子研究

采用Griffiths法直接提取土壤微生物基因组DNA,并通过实时荧光定量PCR技术分析土壤微生物16 SrRNA基因数量,对茶园及其附近森林和菜园土壤的细菌丰度及其影响因素进行了研究。结果表明,茶园土壤细菌丰度在0.01×108~20.32×10816 S rRNA基因拷贝数/g之间,平均为3.70×10816 S rRNA基因拷贝数/g,与酸性森林土壤大致相当,但明显低于中性菜园土壤。土壤细菌丰度与pH和微生物量C呈极显著正相关(P<0.001),但与施N量和茶树种植年限呈极显著负相关(P<0.01),与土壤有机C和全N含量的相关性不明显。多元回归分析表明,影响土壤细菌丰度最重要的因子是土壤pH,其他依次为树龄和施氮量。可见,提高茶园土壤细菌数量和微生物多样性的有效办法是适当提高土壤pH值,同时避免过量施用氮肥;对于改植换种的老茶园,改良土壤也是必不可少的。