Community structure of bacteria on different types of mineral particles in a sandy soil

Various types of mineral particles in a soil probably provide different microenvironments for microorganisms. The purpose of this study is to investigate whether different types of mineral in a soil harbor different bacterial populations. DNA was extracted from five types (quartz, feldspar, pyroxene, magnetite, iron-coated reddish brown particles) of sand-size mineral particles separated from a sandy soil, and was amplified for partial 16 S rRNA gene by polymerase chain reaction (PCR). Twenty-nine to 69 amplicons per each type of mineral were cloned and sequenced, followed by phylogenetic affiliation of the sequences. As a result, some types of bacteria were detected on all of the types of mineral including the orders Rhizobiales, Bacillales, and Acidobacteriales. In the case of Acidobacteriales, higher percentages were found on magnetite and quartz. Some taxa were restricted to specific types of mineral; the class Actinobacteria was found on pyroxene but not on quartz, and rarely on magnetite and feldspar. Bacterial diversity at the order level estimated by Chao1 value was higher in feldspar and pyroxene than the other three types of mineral. The UniFrac Significance test indicated that the differences in bacterial communitiy structures among the particles were suggestive except that between feldspar and pyroxene. These results support the idea that different communities of bacteria were associated with each of the mineral types.     

添加尿素和秸秆对三熟制水旱轮作土壤各形态氮素的影响

添加不同外源氮对土壤中不同形态氮素的转化具有十分重要的影响。选取长期耕作土壤,设置对照、添加尿素N 150 kg/hm~2(U150)、添加秸秆(相当于添加N 38 kg/hm~2,Straw)、添加尿素N 150 kg/hm~2+秸秆(相当于添加N188 kg/hm~2,U150+Straw)和添加尿素N 188 kg/hm~2(U188)5个处理进行室内培养试验,研究了添加不同外源氮对土壤铵态氮、硝态氮、可溶性有机氮、微生物生物量氮含量的影响。结果表明,土壤铵态氮随着培养时间的延长表现为先增后减的趋势,添加尿素的两个处理其土壤铵态氮较Straw、U150+Straw处理能够更快地达到峰值;而土壤硝态氮则表现为逐步增加的趋势。添加尿素处理能够显著提高土壤矿质氮的含量,在添加等量氮素的条件下,U188处理矿质氮含量在培养期间始终高于U150+Straw处理;此外,U150+Straw处理矿质氮含量在培养前期均低于U150处理,至培养30天后其含量略高于U150处理。与对照相比,培养结束时添加不同外源氮素处理的土壤矿质氮含量能够提高169.61%~496.75%。对于微生物生物量氮和可溶性有机氮而言,添加不同外源氮素分别在培养10天和30天达到峰值,此后逐渐降低。不同处理而言,添加秸秆+尿素、添加秸秆处理的微生物生物量氮和可溶性有机氮含量在培养前期明显高于仅添加尿素的两个处理,说明添加有机物料氮源主要有益于提高土壤有机态的氮素含量。     

生物有机肥对连作马铃薯及土壤生化性状的影响

生物有机肥是一种集有益微生物和有机肥优点为一体的新型肥料,能更好地让有益微生物在土壤中定植和生长。本研究针对马铃薯连作障碍问题,探索几种生物有机肥对马铃薯连作土壤生物性状、产量及品质的影响。试验以威芋5号原种为材料,在同等化肥用量的基础上,增施等量不同品种的生物有机肥,测定其出苗率、农艺性状、产量及品质、土壤生物性状等。结果表明:施用生物有机肥对马铃薯的农艺性状、出苗率、土壤养分及微生物群落结构、产量以及薯块品质均有改善作用。其中GZ-I处理增产效果最明显,增产率为52.26%,并且GZ-I处理可以明显地提高细菌与真菌的比值(B/F),其B/F较对照提高5.67倍。GZ-III处理提质效果最明显,马铃薯薯块中淀粉、还原性糖以及Vc含量最高,分别较对照提高0.68倍、1.64倍、0.41倍。施用不同生物有机肥均可提高马铃薯土壤的养分含量,改善土壤肥力水平,其中GZ-III处理的改土效果最明显,可以明显增加土壤中的有效养分含量。因此,生物有机肥可以提高连作区马铃薯的产量和品质,并对土壤有明显的改良作用,其中GZ-I处理的增产效果最好,GZ-III处理的提质和改土效果最好。     

杉木凋落物及其生物炭对土壤微生物群落结构的影响

以福建建瓯万木林自然保护区内的杉木人工林土壤为研究对象,设置单独添加生物炭、单独添加凋落物以及混合添加凋落物和生物炭处理,进行一年的室内培养实验,研究不同添加物处理对土壤性质及微生物群落结构的影响。结果表明:与对照(S)相比,单独添加凋落物与混合添加凋落物和生物炭均使土壤磷脂脂肪酸(PLFA)总量、真菌丰度以及真菌/细菌比值显著增加;单独添加生物炭与混合添加凋落物和生物炭均使革兰氏阳性细菌/革兰氏阴性细菌比值显著增加。混合添加凋落物和生物炭处理的放线菌丰度显著高于单独添加凋落物处理的。主成分分析表明,不同添加物处理的土壤微生物群落结构存在显著差异;典范对应分析表明,不同添加物处理通过改变土壤p H、全碳、全氮、C/N、可溶性有机碳(DOC)和可溶性有机氮(DON)等性质,进而影响土壤微生物群落结构。     

不同措施对滨海盐渍土壤呼吸、电导率和有机碳的影响

在苏北滩涂围垦区的轻度和中度盐渍土上,通过田间试验,研究了不同农田管理措施(传统耕作、施用有机肥、氮肥增施、秸秆还田和免耕)对土壤盐分、呼吸和有机碳等的影响。结果表明,0~40cm土层平均电导率在玉米种植季明显升高,小麦种植季出现小幅降低,轻度盐渍土的电导率为4.57~8.20 d S m~(~(-1)) ,中度盐渍土为4.89~10.13 d S m~(~(-1)) ,处理之间秸秆还田最低,免耕最高,秸秆还田和施用有机肥有效减少了土壤盐分含量。与中度盐渍土相比,轻度盐渍土的呼吸强度较高,在夏玉米和冬小麦种植季节分别高约16%和18%。有机肥、氮肥增施、秸秆还田处理的土壤呼吸均高于对照,而免耕较低。两组试验的土壤有机碳和微生物生物量碳均有缓慢增加,其中施用有机肥和秸秆还田可以大幅提高其含量。轻度盐渍土壤代谢熵高于中度盐渍土,总体上对照最高,免耕最低。     

石油烃类污染物降解动力学和微生物群落多样性分析

为了探讨不同初始浓度石油污染土壤堆腐化修复机制,以石油降解菌剂和腐熟鸡粪为调理剂,研究了初始浓度分别为5 000(T1)、10 000(T2)和50 000 mg/kg(T3)的石油污染土壤堆腐化修复过程石油烃类污染物降解动力学特征和微生物群落多样性。结果表明:堆腐化修复过程石油烃类污染物降解符合一级反应动力学,反应常数分别为0.012、0.094和0.050 d-1,半衰期分别为6.79、7.37和13.86 d。整个堆腐过程石油烃类污染物平均降解速率分别为112.08、230.05和887.93 mg/(kg·d)。3个处理的孔平均颜色变化率(average well color development)和碳源利用率(除芳香烃类化合物外)随堆腐进程的推进逐渐升高,在堆腐中、后期达到最大,T3处理显著高于T1、T2处理。多聚物类和糖类代谢群是堆腐体系中的优势菌群。主成分分析表明3个处理的微生物群落差异显著(除第9天外),起分异作用的碳源主要是糖类和羧酸类。微生物群落的丰富度指数和均一度指数随堆腐进程的推进逐渐升高并在堆腐后期达到最大,与T1处理相比,T3处理分别高了0.21%和17.64%,差异达到显著水平(P0.05)。微生物群落优势度指数在中期达到最大,T1处理分别比T2、T3处理高2.12%和9.44%,3个处理间差异不显著(P0.05)。堆肥结束时3个处理的种子发芽指数(seed germination index,SGI)分别比堆腐初期提高了18.26%、20.42%和36.41%。该研究结果为黄土高原不同程度石油污染土壤堆腐化修复的应用提供参考依据和理论基础。     

羟基磷灰石–植物联合修复对Cu/Cd污染植物根际 土壤微生物群落的影响

针对江西贵溪Cu、Cd重金属污染土壤,通过田间试验,比较无机生物材料羟基磷灰石及3种植物(海州香薷、巨菌草、伴矿景天)与羟基磷灰石联合修复对土壤总Cu、Cd的吸收及对活性Cu、Cd的钝化吸收能力差异。采用磷脂脂肪酸(PLFA)分析法,比较不同修复模式对土壤微生物群落结构的影响,以评估土壤微生态环境对不同修复措施的响应。研究结果表明:羟基磷灰石的施加可显著提高土壤pH,并有效钝化土壤活性Cu、Cd含量,但对土壤总Cu、Cd的含量影响较小。植物与羟基磷灰石的联合修复在显著降低土壤活性Cu、Cd(P0.05)的同时,减少了植物根际土壤总Cu、Cd的含量(P0.05)。不同修复措施对土壤微生物群落组成影响差异明显。单独施加羟基磷灰石与土壤真菌群落呈显著正相关,使土壤真菌生物量提高,从而引起真菌/细菌(F/B)的升高。植物与羟基磷灰石的联合修复可有效缓解土壤真菌化的趋势,其中巨菌草与羟基磷灰石的联合修复可有效提高土壤革兰氏阳性、革兰氏阴性细菌生物量及多样性,降低F/B值,从而降低土壤真菌病害的风险。不同植物根系活性代谢引起有机质的积累促进植物与羟基磷灰石处理中根际有机碳含量显著提高。聚类增强树(Aggregated boosted tree,ABT)分析结果表明:不同修复模式是影响土壤微生物群落的重要因素,其次土壤pH和Cu的含量及活性也是改变重金属污染区域微生物群落的因子。该研究从微生物群落结构角度解释了植物与羟基磷灰石联合修复对土壤微生态体系的作用,为开展Cu、Cd等重金属污染地植物与无机生物材料的联合修复方式的筛选及实施提供可靠的理论依据。     

加工番茄连作对土壤理化性状及微生物量的影响

通过在石河子大学农学院试验站开展加工番茄连作定点微区试验,研究了不同连作处理(种植1 a、连作3 a、5 a和7 a)对新疆加工番茄土壤理化性状、微生物生物量和酶活性的影响。结果表明,随着连作年限的延长,土壤p H升高,全磷、速效磷及全钾含量呈先升后降的趋势,土壤容重无明显变化。连作7 a时土壤有机质、全氮及速效钾含量较对照分别下降了8%、21%和29%(p0.05)。土壤微生物量碳(SMBC)、微生物量氮(SMBN)和微生物商(q MB)呈显著下降趋势,与对照相比分别降低了52.3%、78.8%和48.2%(p0.01);微生物量磷(SMBP)呈先升后降趋势,连作3a时,SMBP含量达到最大值,是对照的1.65倍(p0.01)。土壤过氧化氢酶活性呈显著升高趋势,而脲酶、蔗糖酶、多酚氧化酶及磷酸酶活性的变化则相反。连作导致加工番茄产量显著下降,连作7 a时产量下降达34%(p0.01)。相关分析表明,p H、微生物量、q MB、酶活性及养分之间相关性极为密切,说明土壤微生物量和酶活性相结合,可以反映土壤质量的变化。加工番茄连作导致土壤p H和电导率升高,显著抑制了土壤微生物活性,降低了土壤肥力,最终造成产量下降,连作障碍明显。     

有机无机肥配施对晚稻产量和杂草群落的影响

为探究不同施肥措施对晚稻产量和杂草群落的影响,以1982年布置的双季稻红壤稻田长期施肥定位试验为对象,于2011年采用田间调查法研究了在以无机肥(化肥NPK)与有机肥(M)氮磷钾养分等量条件下,长期施用有机肥、无机化肥和有机无机肥配施模式下晚稻生长发育、晚稻产量及稻田杂草群落变化。结果表明,施肥能促进晚稻生长发育,显著提高晚稻产量,配施效果优于单施,以有机无机均衡配施(NPKM)效果最佳,且其晚稻产量平均高出其他配施处理17.6%;在施用有机肥的基础上,要使红壤稻田晚稻增产,需优先考虑施用氮肥,其次依次是磷肥和钾肥。施肥处理中,单施化肥最能促进晚稻杂草生物量增加,且其杂草生物量平均高出其他施肥处理32.5%,其次是配施处理中的缺磷处理(NKM);单施有机肥最能提高晚稻杂草密度,有机无机均衡配施最能降低杂草密度,且其3个取样期杂草总密度平均低于其他施肥处理34.6%,尤其能遏制狗牙根等恶性杂草生长。氮磷钾养分较均衡的处理(M、NPK、NPKM)的晚稻杂草群落多样性、均匀度和优势度随着晚稻生长发育先升后降,其他处理(PKM、NKM、NPM)大致呈增加趋势,NPK的降幅最大,其成熟期杂草群落多样性、均匀度、优势度比始分蘖期分别降低了7.0%、17.8%、8.1%。晚稻产量与晚稻不同生育期杂草生物量均呈非显著负相关。本研究对红壤双季稻田通过施肥提高晚稻产量和调控晚稻季杂草生物量、群落密度、生物多样性具有重要意义。     

Plot-scale manipulations of organic matter inputs to soils correlate with shifts in microbial community composition in a lowland tropical rain forest

Little is known about the organisms responsible for decomposition in terrestrial ecosystems, or how variations in their relative abundance may influence soil carbon (C) cycling. Here, we altered organic matter in situ by manipulating both litter and throughfall inputs to tropical rain forest soils, and then used qPCR and error-corrected bar-coded pyrosequencing to investigate how the resulting changes in soil chemical properties affected microbial community structure. The plot-scale manipulations drove significant changes in microbial community composition: Acidobacteria were present in greater relative abundance in litter removal plots than in double-litter plots, while Alphaproteobacteria were found in higher relative abundance in double-litter and throughfall reduction plots than in control or litter removal plots. In addition, the bacterial:archaeal ratio was higher in double-litter than no-litter plots. The relative abundances of Actinobacteria, Alphaproteobacteria and Gammaproteobacteria were positively correlated with microbial biomass C and nitrogen (N), and soil N and C pools, while acidobacterial relative abundance was negatively correlated with these same factors. Bacterial:archaeal ratios were positively correlated with soil moisture, total soil C and N, extractable ammonium pools, and soil C:N ratios. Additionally, bacterial:archaeal ratios were positively related to the relative abundance of Actinobacteria, Gammaproteobacteria, and Actinobacteria, and negatively correlated to the relative abundance of Nitrospira and Acidobacteria. Together, our results support the copiotrophic/oligotrophic model of soil heterotrophic microbes suggested by Fierer et al. (2007).