不同施肥制度土壤微生物量碳氮变化及细菌群落16S rDNA V3 片段PCR产物的DGGE分析

应用化学分析和变性梯度凝胶电泳（DGGE）技术分离PCR扩增的16S rDNA的方法,研究了不同施肥制度对土壤微生物量碳、氮变化及微生物多样性的影响。结果表明,连续15a长期试验下,土壤微生物量碳（SMB-C）和微生物量氮（SMB-N）的含量大小均为长期撂荒（CK0）土壤高于农田土壤,而在农田土壤中,长期施肥的处理（NPK、NPKM、NPKSt和NPKF）高于长期不施肥处理（CK）,不同的种植制度中,长期复种轮作（NPKF）高于长期复种连作（NPK）;各处理的SMB-C/SOC（土壤有机碳）和SMB-N/TN（全氮）的比值的变化趋势与SMB-C和SMB-N变化一致;从PCR-DGGE分析,长期氮磷钾化肥配施有机肥（NPKM）处理的微生物量碳、氮的含量最高,微生物丰度最高,细菌物种最多,其次为长期撂荒（CK0）,CK处理细菌物种最少。UPGMC聚类分析表明NPK和NPKF处理细菌的群落结构相似,CK和CK0处理细菌的群落结构相似,而NPKM和NPKSt处理细菌的群落结构相似。     

免耕不同秸秆覆盖量对黑土微生物群落及其残留物的影响

为探究免耕和不同秸秆覆盖量下土壤微生物群落组成及残留物的变化规律,依托中国东北黑土区的玉米保护性耕作长期平台(始建于2007年),以传统耕作(翻耕+无秸秆还田)为对照(CT),对免耕结合不同秸秆覆盖量[免耕+无秸秆还田(NT0)、免耕+1/3秸秆覆盖还田(NT1/3)、免耕+2/3秸秆覆盖还田(NT2/3)和免耕+全量秸秆覆盖还田(NT3/3)]下不同土层(0～5、5～10、10～20 cm)土壤理化性质、磷脂脂肪酸和氨基糖的变化特征进行分析。结果表明：与CT相比,免耕无秸秆还田处理(NT0)对土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)、含水量、微生物群落及其残留物等均无显著影响;免耕结合秸秆覆盖还田主要影响了土壤表层各指标,与CT相比,0～5 cm土层中NT1/3、NT2/3、NT3/3处理SOC含量分别显著提高了27.2%、34.1%、35.6%,NT2/3和NT3/3处理磷脂脂肪酸含量分别显著提高了39.2%和65.0%,NT3/3处理氨基糖含量(微生物残留物)显著提高了47.2%;免耕不同秸秆覆盖量的土壤理化性质和微生物群落差异随土壤深度...     

不同秸秆还田和耕作方式对夏玉米农田土壤呼吸及微生物活性的影响

采用基质诱导呼吸法和CO2释放量法,研究了冬小麦季长期不同耕作方式(常规翻耕、免耕和深松)和秸秆处理(秸秆还田和无秸秆还田)对夏玉米田土壤呼吸及微生物活性的影响.结果表明:秸秆还田和保护性耕作主要在O～ 10 cm土层起作用.秸秆还田能明显提高土壤微生物生物量碳和微生物活性,降低呼吸熵,在苗期和开花期提高土壤呼吸,而在灌浆期、腊熟期和收获期降低土壤呼吸;在相同秸秆处理条件下,深松和免耕比常规翻耕能显著降低土壤呼吸和呼吸熵,提高微生物生物量碳和微生物活性.整个生育期,秸秆还田结合保护性耕作能显著提高微生物生物量碳和微生物活性,降低呼吸熵,与常规翻耕无秸秆还田相比,深松秸秆还田和免耕秸秆还田0～10 cm土层微生物生物量碳平均提高了95.8％和74.3％,微生物活性提高了97.1％和74.2％.     

不同土壤耕作措施与秸秆还田对稻麦两熟制农田土壤活性有机碳组分的短期影响

通过2年（2009-2011年）大田试验,研究不同耕作措施和秸秆还田及其交互效应对稻麦两熟制农田0～7、7～14和14～21 cm 3个土层土壤总有机碳和活性有机碳组分（易氧化有机碳、水溶性有机碳和微生物生物量碳）的影响.结果表明： 秸秆还田处理各土层土壤总有机碳和活性有机碳含量均显著高于无秸秆还田处理;0～7 cm土层,翻耕处理土壤微生物生物量碳含量显著高于旋耕处理,旋耕处理易氧化有机碳含量高于翻耕处理;7～14 cm土层,旋耕处理土壤总有机碳含量显著高于翻耕处理;14～21 cm土层,翻耕处理土壤总有机碳、水溶性有机碳和微生物生物量碳含量均显著高于旋耕处理;翻耕加稻麦两季秸秆均还田处理的总有机碳含量均高于其他各处理.     

耕作措施对土壤水热特性和微生物生物量碳的影响

通过山西寿阳设置的8a田间定位试验,比较了全量秸秆还田、免耕覆盖和常规耕作3种耕作措施下土壤含水量、温度及土壤微生物生物量碳变化.结果表明:免耕覆盖与全量还田处理显著提高土壤含水量,与常规耕作相比表层土壤体积含水量在玉米苗期、拔节期、灌浆期和成熟期分别高出18％、22％、29％、21％和3％、10％、12％、13％,具有保水保墒的作用.在苗期不同耕作措施对土壤温度的影响达到显著水平,5 cm处免耕覆盖、全量还田与常规耕作处理土壤温度依次为:18.12、18.76和19.44℃,免耕覆盖和全量还田处理平均温度比常规耕作分别低1.32℃和0.69℃.土壤微生物量碳在整个生育期动态变化是首先迅速上升在玉米生育高峰期(拔节期)达到最高峰,然后开始下降,成熟期趋于平缓.免耕覆盖与全量还田处理下玉米各生育期土壤表层微生物量碳显著高于常规耕作,在苗期、拔节期、灌浆期和成熟期分别比常规耕作高出70％、40％、85％和30％和10％、20％、15％和15％.土壤微生物量碳与土壤温度和土壤含水量相关和极相关.     

玉米秸秆覆盖还田量对免耕土壤有机碳中红外光谱特征的影响

依托位于中国东北黑土地区长期免耕玉米秸秆还田试验平台,分析了不同秸秆还田量(0、33%、67%和100%)连续归还8年后表层(0～5 cm)、中层(20～40 cm)和深层(60～100 cm)土壤有机碳中红外光谱特征,评价了玉米秸秆还田量对免耕土壤碳化学组成和稳定性的影响。结果表明: 与免耕无秸秆覆盖还田相比,33%与100%秸秆还田均有利于表层和中层多糖组分的积累,但前者降低了表层土壤碳组成多样性,而后者有利于各层次土壤碳化学稳定性的维持;67%秸秆还田提高了深层土壤碳化学稳定性。综上,当秸秆资源充足时,免耕结合100%全量秸秆还田可在提高0～40 cm土层微生物可利用碳底物的基础上,维持土壤碳的化学稳定性。秸秆还田量与土壤中红外光谱特征间无线性关联,表明亟需挖掘不同秸秆还田量处理下土壤碳周转的微生物参与机制。     

保护性耕作对土壤微生物量及活性的影响

研究保护性耕作对土壤微生物特性的影响对于土壤管理具有重要意义。试验研究了保护性耕作对麦田土壤微生物量碳、活跃微生物量、土壤呼吸、呼吸商的影响。前3项采用的方法分别是:基质诱导呼吸法、呼吸曲线数学分析法和CO2释放量法。结果表明,保护性耕作土壤微生物量碳0～10cm土层大于10～20cm土层,而常规耕作两土层间无明显差异。秸秆还田在播种前、越冬期和起身期能显著提高土壤微生物量碳,而开花期和收获期则降低土壤微生物量碳。少耕还田10～20cm土层微生物具有较强的养分调控作用。保护性耕作利于0～10cm土层活跃微生物量的提高。秸秆还田和保护性耕作在耕作作业初期(越冬期和起身期)能增强土壤呼吸速率;在耕作作业后期(开花期和收获期)能显著降低土壤呼吸速率。免耕秸秆覆盖在10～20cm土层呼吸商较高,而常规耕作无秸秆还田在0～10cm土层呼吸商较高。土壤微生物量碳和呼吸商是衡量土壤微生物特性的重要指标。     

不同玉米秸秆还田方式对冬小麦田土壤呼吸的影响

在连续耕作10年的保护性耕作农田进行定位试验,采用静态箱-TGC气体分析仪法田间原位观测玉米秸秆还田对冬小麦田土壤呼吸的影响.结果表明:麦田土壤呼吸与玉米秸秆留茬高度呈显著正相关关系,且在小麦整个生育期具有两个峰值;免耕不还田处理的土壤呼吸为免耕全量还田处理的72.5％,常规耕作不还田处理的土壤呼吸为常规耕作全量还田处理的76.5％.土壤呼吸与20 cm土层土壤温度和有机碳含量呈显著正相关,但与40 cm土层土壤有机碳含量相关性不显著;土壤水分与土壤呼吸的相关性显著.麦田秸秆全量还田处理的土壤日呼吸值呈单峰曲线,于18:00达到最高.20 cm土层土壤温度与土壤呼吸值的变化趋势一致.不同秸秆还田量处理中,留茬1 m的秸秆还田处理能显著减少土壤呼吸,是较合理的秸秆还田方式.     

麦秸秆全量还田对稻田土壤溶解有机碳含量和水稻产量的影响

以南粳44为供试材料,在粘土和砂土土壤中,设置麦秸秆不还田和全量还田(6000kg·hm-2)及3种施氮量(0、225、300 kg·hm-2)试验,研究了麦秸秆全量还田的腐解率和有机碳释放量动态变化,及其对稻田0~45 cm土壤溶解有机碳(DOC)含量和水稻产量的影响.结果表明:麦秸秆还田的前期(0~30 d)其腐解率和有机碳释放量最高,腐解率为35.0%(粘土)和31.7%(砂土),有机碳释放率为34.1%(粘土)和33.1%(砂土);30 d后两者均减小.施用氮肥可显著促进秸秆腐解和有机碳释放量,粘土中麦秸秆腐解率和有机碳释放量明显大于砂土.麦秸秆还田后土壤DOC含量逐渐增加,至25 d达最大值,粘土和砂土分别为60.18和56.62 mg·L-1,此后逐渐减小并趋于稳定.麦秸秆还田处理15 cm处土壤DOC含量显著高于未还田处理,但两者在30和45 cm处土壤DOC含量差异不显著,说明秸秆还田主要增加了稻田0~15 cm土层DOC含量.与不施氮处理相比,施氮处理土壤DOC含量降低,2种施氮处理间差异不显著.秸秆还田减少了水稻前期分蘖发生量,显著降低了有效穗数,增加了穗粒数、结实率和千粒重,显著提高了水稻产量.     

长期模拟升温对崇明东滩湿地土壤微生物生物量的影响

以崇明东滩芦苇湿地为对象,采用开顶室生长箱(Open top chambers OTCs)原位模拟大气升温试验,研究了连续升温8a对崇明东滩湿地0—40cm土层土壤微生物生物量碳氮含量的影响。结果表明:连续升温显著提高了崇明东滩湿地土壤微生物生物量碳氮含量,从土壤表层到深层(0—10,10—20,20—30,30—40cm),微生物生物量碳分别增加了39.32%、70.79%、65.20%、74.09%,微生物生物量氮分别增加了66.46%、178.27%、47.24%、64.11%。但升温对土壤微生物生物量的影响因不同土层和不同季节并未表现出统一的规律,长期模拟升温显著提高4月0—20cm土层和7月0—40cm土层微生物生物量碳氮含量,对10月0—40cm土层微生物生物量碳含量没有影响,但是显著提高了10月0—40cm土层微生物生物量氮含量,同时,微生物生物量碳氮比在7月也显著提高。相关分析表明:无论在升温条件还是在对照条件下,土壤温度、含水量、总氮与土壤微生物生物量碳氮及微生物生物量碳氮比均无相关关系,升温条件下,有机碳与微生物生物量碳氮含量以及微生物生物量碳氮比呈显著正相关,但是在对照条件下有机碳与微生物生物量碳氮含量以及微生物生物量碳氮比呈显著负相关。因此,土壤有机碳是影响土壤微生物生物量碳氮含量对长期模拟升温响应的重要生态因子。     

Effects of Different Organic Manures on the Biochemical and Microbial Characteristics of Albic Paddy Soil in a Short-Term Experiment

This study aimed to evaluate the effects of chemical fertilizer (NPK), NPK with livestock manure (NPK+M), NPK with straw (NPK+S), and NPK with green manure (NPK+G) on soil enzyme activities and microbial characteristics of albic paddy soil, which is a typical soil with low productivity in China. The responses of extracellular enzyme activities and the microbial community diversity (determined by phospholipid fatty acid analysis [PLFA] and denaturing gradient gel electrophoresis [DGGE]) were measured. The results showed that NPK+M and NPK+S significantly increased rice yield, with NPK+M being approximately 24% greater than NPK. The NPK+M significantly increased soil organic carbon (SOC) and available phosphate (P) and enhanced phosphatase, β-cellobiosidase, L-leucine aminopeptidase and urease activities. The NPK+S significantly increased SOC and available potassium (K) and significantly enhanced N-acetyl-glucosamidase, β-xylosidase, urease, and phenol oxidase activities. The NPK+G significantly improved total nitrogen (N), ammonium N, available P, and N-acetyl-glucosamidase activity. The PLFA biomass was highest under NPK+S, followed by NPK+M and NPK+G treatments. Principal component analysis (PCA) of the PLFA indicated that soils with NPK+M and NPK+S contained higher proportions of unsaturated and cyclopropane fatty acids (biomarkers of fungi and gram-negative bacteria) and soil under NPK+G contained more straight chain saturated fatty acids (representing gram-positive bacteria). PCA of the DGGE patterns showed that organic amendments had a greater influence on fungal community. Cluster analysis of fungal DGGE patterns revealed that NPK+G was clearly separated. Meanwhile, the bacterial community of NPK+M treatment was the most distinct. RDA analysis revealed changes of microbial community composition mostly depended on β-xylosidase, β-cellobiosidase activities, total N and available K contents. The abundances of gram-negative bacterial and fungal PLFAs probably effective in improving fertility of low-yield albic paddy soil because of their significant influence on DGGE profile.     

用PCR-DGGE研究长期施用无机肥对种稻红壤微生物群落多样性的影响

以中国科学院红壤生态试验站的发育于第四纪红粘土的种稻红壤为研究对象,采用PCR-DGGE方法研究了长期施用无机肥对土壤微生物群落多样性的影响。在种植双季稻、连续13a施用不同无机肥后,土壤中细菌、古菌、放线菌和真菌的群落结构发生了较大的变化。未种植水稻的土壤与种稻土壤间四类微生物SSUrDNADGGE带谱相似性只有33%~66%。施磷肥的处理NP、PK、NPK之间微生物群落结构相似性较高,4类微生物的SSUrDNADGGE带谱相似性高达75%~81%。施氮钾肥(NK)、不施肥(CK)处理与施磷肥处理间土壤微生物群落结构的差异较大,其四类微生物的SSUrDNADGGE带谱相似性分别为69%~77%、55%~77%。研究的目的是深入地了解土壤中微生物群落的多样性,为科学施肥、合理利用土壤、保护微生物多样性和实现农业生态系统的可持续发展提供科学依据。     

Effects of Manure Compost Application on Soil Microbial Community Diversity and Soil Microenvironments in a Temperate Cropland in China

The long-term application of excessive chemical fertilizers has resulted in the degeneration of soil quality parameters such as soil microbial biomass, communities, and nutrient content, which in turn affects crop health, productivity, and soil sustainable productivity. The objective of this study was to develop a rapid and efficient solution for rehabilitating degraded cropland soils by precisely quantifying soil quality parameters through the application of manure compost and bacteria fertilizers or its combination during maize growth. We investigated dynamic impacts on soil microbial count, biomass, basal respiration, community structure diversity, and enzyme activity using six different treatments [no fertilizer (CK), N fertilizer (N), N fertilizer + bacterial fertilizer (NB), manure compost (M), manure compost + bacterial fertilizer (MB), and bacterial fertilizer (B)] in the plowed layer (0–20 cm) of potted soil during various maize growth stages in a temperate cropland of eastern China. Denaturing gradient electrophoresis (DGGE) fingerprinting analysis showed that the structure and composition of bacterial and fungi communities in the six fertilizer treatments varied at different levels. The Shannon index of bacterial and fungi communities displayed the highest value in the MB treatments and the lowest in the N treatment at the maize mature stage. Changes in soil microorganism community structure and diversity after different fertilizer treatments resulted in different microbial properties. Adding manure compost significantly increased the amount of cultivable microorganisms and microbial biomass, thus enhancing soil respiration and enzyme activities (p<0.01), whereas N treatment showed the opposite results (p<0.01). However, B and NB treatments minimally increased the amount of cultivable microorganisms and microbial biomass, with no obvious influence on community structure and soil enzymes. Our findings indicate that the application of manure compost plus bacterial fertilizers can immediately improve the microbial community structure and diversity of degraded cropland soils.     

不同施肥处理对玉米-小麦轮作土壤微生物群落功能多样性的影响

土壤微生物多样性能反应土壤的肥力,不同的施肥措施对土壤微生物的种群和功能多样性也会产生重要的影响。以山东德州连续两年小麦季和玉米季收获后土壤为研究对象,利用Biolog技术研究了6种不同施肥处理对土壤微生物群落功能多样性的影响。结果表明:其中各个施肥处理的平均颜色变化率(average well color development,AWCD)差异显著,常规氮磷钾肥+全量秸秆还田+秸秆腐熟剂(FS)处理代谢活性最高;物种丰富度指数(H)和均匀度指数(E)也表明各施肥方式均能够维持微生物种群的多样性,其中FS和30%猪粪+70%常规氮磷钾肥(OF)处理物种丰富度指数(H)和均匀度指数(E)最高;PCA及RDA分析显示,OF和FS处理微生物功能多样性相似,且其微生物功能多样性与有机质(Soil organic matter,SOM)、全氮(Total N,TN)、速效磷(Available P,AP)和速效钾(Available K,AK)密切相关。猪粪堆肥有机无机复合肥3 600 kg/hm2(OI2)处理与猪粪堆肥有机无机复合肥1 800 kg/hm2(OI1)处理相似,其功能多样性比常规施肥(CF)处理稍高。综上所述,OF处理和FS处理的土壤微生物群落功能多样性程度高于其他处理,说明秸秆还田+秸秆腐熟剂和有机肥部分替代氮磷钾肥能够显著提高土壤微生物功能多样性,有利于保护土壤微生态。     

长期施肥对土壤微生物量及土壤酶活性的影响

 该文以北京国家褐潮土土壤肥力与肥料效益长期监测基地的长期肥料定位试验为平台,研究了长期不同施肥制度对土壤的生物学特性及其土壤酶的影响。主要研究结果：长期撂荒土壤(15年)的有机质和全氮(TN)的含量、微生物量碳(SMB-C)和氮(SMB-N)、土壤的蔗糖酶、磷酸酶和脲酶活性以及SMB-C/SOC(土壤有机碳)和SMB-N/TN比值都高于种植作物的农田土壤;而其代谢商和容重值低于农田土壤。长期施肥的农田(NPK、NPKM 、NPKS和NPKF),其土壤养分含量、微生物量碳和氮以及土壤蔗糖酶、磷酸酶和脲酶活性均高于不施肥的农田(CK);而小麦(Triticum aestivum)-玉米(Zea mays)→小麦-大豆(Glycine max)复种轮作(NPKF)的农田又高于长期复种连作(NPK)的农田;在施肥处理中(NPK、NPKM、NPKS和NPKF),长期化肥与有机肥配合施用的处理(NPKM )的土壤上述指标高于其它施肥处理(NPK、NPKS和NPKF),但其土壤的代谢商、pH值和容重值较低。     

施肥和土壤管理对土壤微生物生物量碳、氮和群落结构的影响

以中国科学院沈阳生态试验站的长期定位试验为平台,研究了不同施肥和土壤管理对潮棕壤微生物生物量碳、氮和群落结构的影响。结果表明,裸地和农田处理的微生物生物量碳、氮较低,但是农田处理下施肥增加了微生物生物量,其中NPK+M效果最明显。DGGE图谱显示,处理间细菌条带分布较相似,其中裸地的细菌多样性最高;长期施肥和土壤管理改变了土壤真菌群落结构,施肥增加了真菌多样性,且有机肥的影响大于化肥;不同处理间氨氧化细菌群落结构差异显著,NPK+M显著增加了氨氧化细菌多样性,且无机肥和有机肥对氨氧化细菌群落影响不同。施肥和土壤管理对细菌影响较小,但显著改变了真菌和氨氧化细菌的群落结构。聚类分析结果显示,土壤管理措施较施肥对细菌、真菌和氨氧化细菌群落的影响更为显著。     

长期施肥对稻田土壤有机氮、微生物生物量及功能多样性的影响

以位于湖南省新化和宁乡县两个稻田肥力长期定位试验点的土样为材料,研究了不同施肥处理对稻田土壤有机氮组分、微生物生物量及功能多样性的影响.结果表明：与不施肥处理（CK）相比,化肥配施有机肥处理提高了稻田土壤酸解总氮（TAHN）及其组分中氨基糖氮（ASN）、氨基酸氮（AAN）和酸解氨态氮（AN）的含量,不同施肥处理对组分中酸解未知氮（HUN）的影响不尽相同.与CK相比,单施化肥处理对土壤微生物生物量碳、氮（MBC、MBN）含量的影响较小,化肥配施有机肥处理则显著提高了土壤MBC和MBN的含量.采用BIOLOG法对土壤微生物群落功能多样性进行测定,结果表明：中、高量有机肥处理提高了稻田土壤微生物的碳源利用率和微生物群落功能多样性;土壤微生物碳源利用的类型因长期不同施肥处理而产生差异.     

长期施肥对农田黑土微生物群落功能多样性的影响

为了研究长期不同施肥对农田黑土微生物群落功能多样性的影响,采用Biolog ECO微平板培养法,对已经连续施肥35年的农业部哈尔滨黑土生态环境重点野外科学观测试验站4种处理(CK、NPK、M、MNPK)的两个土层(0～20、20～40 cm)微生物群落功能多样性进行研究.结果表明: 在0～20 cm土层,有机无机肥(MNPK)配施能够显著提高土壤微生物对碳源的利用能力以及群落代谢功能的丰富度、多样性和优势度,而在20～40 cm土层则低于单施化肥(NPK)处理,两个土层单施化肥均降低土壤微生物群落代谢均匀度.不同施肥处理土壤微生物对6种碳源的利用率在0～20和20～40 cm两个土层间存在差异,而在每个土层的处理间差异显著(P<0.05),但各处理间的变化规律在两个土层中不一致.典范对应分析(CCA)结果表明,各处理土壤微生物群落代谢功能在0～20和20～40 cm土层间存在差异,且在两个土层的处理间也存在差异,而土壤养分含量对各处理土壤微生物群落代谢功能的影响规律在两个土层中较为相似.长期不同施肥会对耕层及以下土壤微生物群落功能多样性产生影响,在20～40 cm土层中单施化肥对微生物群落功能多样性的影响较大.     

长期不同施肥方式对日光温室番茄土壤养分和微生物群落结构的影响

为了阐明长期不同施肥方式对日光温室番茄土壤养分和微生物群落结构的影响,以山东寿光12年番茄定位施肥试验土壤为对象,采用磷脂脂肪酸(PLFA)分析方法,研究了传统施氮(CN)、传统施氮+秸秆(CNS)、优化施氮(SN)、优化施氮+秸秆(SNS)、有机肥+秸秆(MNS)5种施肥方式对土壤主要理化性质和微生物群落结构的影响,...