长期施用有机肥潮土细菌的多样性及功能预测

  【目的】  细菌作为土壤中最多的微生物物种,其多样性是土壤质量和土壤健康的标志。施肥不仅为土壤细菌提供了矿质养分,也为细菌提供了不同的碳源。探究长期不同施肥下潮土细菌的多样性及其功能,对于深入理解土壤养分转化的微生物驱动过程及优化施肥管理措施具有重要意义。  【方法】  选取潮土上连续37年不施肥(CK)、单施化学氮肥(N)、单施有机肥(M)、有机肥和化学氮肥配施(MN) 的4个处理,采用高通量测序方法分析土壤细菌丰度(16S rRNA基因拷贝数)、α多样性和β多样性,采用FAPROTAX功能预测的方法分析主要功能种群的丰度在处理间的差异,采用Mantel 检验分析细菌多样性等与产量、土壤养分含量间的相关关系。  【结果】  长期施用有机肥显著提高了土壤细菌丰度,MN和M处理下土壤中的16S rRNA基因拷贝数分别是CK和N处理平均值的11.8和10.7倍(P< 0.05)。土壤细菌多样性指数(Shannon index)和丰富度指数(Chao1 index)均在M处理下最高。潮土中变形菌门、酸杆菌门和放线菌门为优势菌门。与CK相比,施肥处理均提高了潮土拟杆菌门、厚壁菌门和疣微菌门的相对丰度。与N处理相比,MN处理显著提高了潮土变形菌门、厚壁菌门和拟杆菌门的丰度,降低了酸杆菌门的丰度。潮土细菌生态功能以化能异养、有氧化能异养、发酵作用、硝化作用和硝酸盐还原为主,相应种群丰度均在1%以上。MN处理下化能异养功能细菌的丰度较其他处理显著提高2.2%～4.2%。MN和M处理中起发酵作用的种群相对丰度是其他处理的3倍以上。与CK 相比,3个施肥处理均显著增加了光异作用和光异养作用功能种群的相对丰度。土壤细菌β多样性和功能结构均与土壤有机质(SOM)、全氮(TN)、硝态氮(NO₃?-N)含量及作物产量呈显著(P < 0.05)或极显著(P < 0.01)相关。  【结论】  长期施用有机肥提高了潮土中细菌的数量和多样性,提高了土壤中变形菌门、厚壁菌门和拟杆菌门的丰度,降低了酸杆菌门的丰度。有机肥和化肥配施处理中化能异养型细菌丰度较高,可能是施用有机肥后优化土壤养分循环和响应作物产量提高的主要菌群,今后可进一步深入研究其菌群组成和功能调控。     

长期不同施肥土壤对可溶性有机碳的吸附特征

  【目的】  分析长期不同施肥农田土壤对可溶性有机碳(DOC)浓度与结构的吸附差异特征,以及吸附能力与土壤性质、DOC结构的相关关系,为农田土壤固碳潜力及合理施肥提供理论依据。  【方法】  供试土壤选自长期定位试验中棕壤和红壤两种土壤的不施肥(CK)、单施有机肥(M)、单施化学氮磷钾肥(NPK)和有机肥配施化学氮磷钾肥(NPKM) 4个施肥处理。供试DOC标准溶液由新鲜猪粪提取,提取液DOC浓度为2400 mg/L。以该提取液配置系列DOC浓度溶液,运用Langmuir等温吸附方程拟合土壤对新鲜猪粪来源DOC的吸附浓度变化,采用三维荧光光谱技术分析吸附前后DOC结构及各区域成分相对体积荧光强度变化,分析影响DOC吸附的主要因素。  【结果】  红壤与棕壤对DOC的最大吸附量分别为12.81和10.82 g/kg,两种土壤均表现为NPKM处理的吸附能力高于NPK、CK。新鲜猪粪提取的DOC主要为类酪氨酸蛋白(区域Ⅰ)、类色氨酸蛋白(区域Ⅱ)和溶解性微生物代谢产物(区域Ⅳ)。土壤对这类DOC吸附较多的成分是类酪氨酸和类色氨酸。通过平行因子分析法得出,土壤对新鲜猪粪中的DOC吸附存在2个荧光组分,分子量较高的类蛋白物质(类酪氨酸和类色氨酸)与可溶性微生物代谢产物(C1组分),分子量较小聚合程度较低的类酪氨酸蛋白物质与可溶性微生物代谢产物(C2组分)。不同施肥处理对C1和C2组分的吸附能力差异显著,对C1组分的吸附能力为M≈NPKM>NPK>CK,对C2组分的吸附能力为NPK>M≈NPKM>CK。土壤对DOC的最大吸附量Q_max与土壤中游离态铁(Fe_d)、络合态铁(Fe_p)、土壤有机质(SOM)呈极显著正相关性,与DOC腐殖化指数HIX和C1组分含量呈极显著正相关性 (P<0.01),与荧光指数FI呈极显著负相关性 (P<0.01)。  【结论】  从新鲜猪粪提取的DOC结构简单,类酪氨酸蛋白、类色氨酸蛋白和溶解性微生物代谢产物含量较多,腐殖化程度较低。土壤对DOC的吸附过程会受到DOC结构特征和土壤理化性质的影响。土壤有机质(SOM)、Fe_d和Fe_p含量越高,吸附DOC的能力越强。长期施有机肥土壤对DOC中的类腐殖酸等高聚合度的芳香性大分子物质的吸附比例相对较高,而长期单施化肥土壤对分子量较小、聚合程度较低的类酪氨酸蛋白物质吸附量较高。     

浸提条件对土壤溶解性有机碳测定结果的影响

为探明不同浸提条件下土壤溶解性有机碳（DOC）测定含量和浸提率的变化规律,增强各研究结果之间DOC测定含量的可比性。基于已公开发表的31篇文献,建立了包含不同浸提条件下DOC测定含量（547组）和浸提率（390组）的数据库。采用数据整合分析方法（Meta-analysis）,量化不同浸提条件（浸提剂种类、浸提温度、水土质量比等）对DOC测定含量和浸提率的影响程度并分析了DOC测定含量与土壤性质之间的关系。结果表明,浸提剂种类对DOC测定含量和浸提率具有显著影响,与去离子水相比,KCl和K2SO4试剂均显著提高了浸提液中DOC测定含量（124.1%和118.8%）和浸提率（65.3%和17.2%）,CaCl2显著降低了DOC测定含量（57.9%）和浸提率（45.2%）。与室温条件（25℃）相比,提高温度可以显著提升DOC测定含量（72.5%）和浸提率（65.2%）,且DOC增加量随温度的升高呈现出先减小后增大的趋势。DOC测定含量和浸提率均随浸提时间、土壤研磨粒径、水土质量比的增大而增加,且DOC增加量与水土质量比呈极显著的线性相关。DOC测定含量和浸提率与土壤pH、有机碳、全氮等显著相...