酸性旱地红壤无机氮同化菌株筛选及其全基因组分析

微生物执行的无机氮同化作用可固定施入土壤后未被作物直接吸收的化学氮肥,有效减少化学氮肥损失、降低环境氮素污染风险。土壤无机氮同化作用不是由大量冗余微生物共同执行的,而是由一小部分功能微生物优先执行。【目的】对酸性旱地红壤中的优势无机氮同化细菌进行富集、菌株分离鉴定及全基因组测序,并明确菌株在土壤中的氮同化能力,为酸性土壤化学氮肥应用及其转化过程研究提供菌株资源和理论依据。【方法】在酸性旱地红壤中添加KNO3或(NH4)2SO4作为无机氮源,以葡萄糖作为碳源,在好氧条件下进行富集预培养,采用稀释分离法筛选出优势无机氮同化细菌菌株;将菌株回接至土壤中从而验证其无机氮同化能力,并通过全基因组测序分析菌株的氮素代谢途径及相关功能基因。【结果】酸性旱地红壤经富集预培养一周后,优势无机氮同化微生物的16S rRNA基因相对丰度从0.20%–0.94%增长至20.2%–30.2%;分离筛选后得到的3株优势无机氮同化细菌菌株,鉴定为伯克霍尔德氏菌(Burkholderia sp.)M6-3、索状芽孢杆菌(Bacillus funiculus)M2-4和节杆菌(Arthrobacter sp.)M7-15。灭菌土壤中菌株M6-3、M2-4和M7-15的无机氮同化速率分别为(1.28±0.61)、(0.17±0.07)和(0.16±0.02)mg/(kg·d)。氮素代谢通路分析显示,菌株M6-3具备更高效的氮同化代谢通路,其氮同化相关功能基因数量显著高于其他2株细菌。氮素代谢通路与功能活性结果均显示菌株Burkholderia sp.M6-3在酸性旱地红壤无机氮同化过程中占据优势。【结论】本研究证实在酸性旱地红壤无机氮同化过程中低丰度微生物类群发挥重要功能,并从菌株基因组水平上揭示了其无机氮同化代谢过程。上述结果可为酸性旱地红壤农业利用过程中化学氮肥应用及其转化过程研究提供菌株资源和理论依据。     

一株异养脱硫反硝化菌株的筛选及其生物脱硫脱氮特性研究

【目的】从生物脱硫脱氮EGSB-DSR反应器的污泥中分离筛选出具有生物脱硫脱氮特性的细菌,并对其生物脱硫脱氮的性能进行研究。【方法】采用Hungate厌氧滚管技术筛选功能微生物,从稳定运行的生物脱硫脱氮EGSB-DSR反应器的污泥中分离筛选出一株高效的生物脱硫脱氮细菌A2。【结果】经过16S rRNA基因序列鉴定,菌株A2为固氮弧菌属(Azoarcus sp.)。其典型特征为能够以有机碳作为电子供体,将亚硝酸盐或者硝酸盐转化为氮气的同时还能将硫化物氧化为硫单质。因此具备了高效同步代谢有机碳、NO3–和S2–的特征。这是首次关于固氮弧菌属能够进行反硝化脱硫的相关报道。对菌株A2的生物脱硫脱氮能力的分析表明,在硫化物S2–浓度200 mg/L,NO3?浓度87.5 mg/L,乙酸根离子浓度200 mg/L的条件下,菌株A2在20 h内完成对碳、氮、硫的脱除。菌株对于碳、氮去除率均达到99%,对于硫的去除率达到95%。【结论】结果表明固氮弧菌属A2具有高效的生物脱硫脱氮功能,将有望成为强化生物脱硫脱氮工艺的潜在微生物资源。     

连作花生田根际土壤优势微生物的分离和鉴定

【目的】从不同连作年限的花生田根际土壤中分离优势微生物并进行鉴定,为研究花生连作后优势微生物的变化奠定基础。【方法】采用土壤稀释分离法从不同连作年限花生根际土壤中分离优势细菌、真菌和放线菌,结合菌株形态特征、培养性状、生理生化特征及16S rDNA序列分析对细菌、放线菌进行鉴定,通过形态特征、培养特征和分子鉴定方法对优势真菌进行鉴定。【结果】从连作花生田根际土壤中分离鉴定出7种优势细菌、7种优势真菌和7种优势放线菌。7种优势细菌分别为Leifsonia xyli、氯酚节杆菌(Arthrobacterchlorophenolicus)、黄色微杆菌(Microbacterium flavescens)、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas sp.)、巴斯德菌属(Pasteurella sp.)、简单芽孢杆菌(Bacillus simplex)和巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)。7种优势真菌分别为枝状枝孢菌(Cladosporium cladosporioides)、产紫青霉(Penicillium purpurogenum)、哈茨木霉有性型(Hypocrea lixii)、Exophiala pisciphila、微紫青霉(Penicillium janthinellum)、曲霉(Aspergillus sp.)和大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)。7种优势放线菌分别为紫红链霉菌(Streptomyces violaceoruber)、华丽黄链霉菌(Streptomyces flaveus)、Streptomyces panaciterrae、不产色链霉菌(Streptomyces achromogenes)、假浅灰链霉菌(Streptomyces pseudogriseolus)、纤维素链霉菌(Streptomyces cellulosae)和金色链霉菌(Streptomyces aureus)。【结论】本研究是第一次系统的从连作花生根际土中分离鉴定优势微生物,种植花生后根际土壤中优势微生物的种类发生了明显变化,但变化没有规律。     

绿肥配施氮肥对岩溶区稻田土壤微生物群落的影响

绿肥参与耕作改制是土壤培肥及作物增产的有效措施,对土壤微生物群落结构及多样性的影响至关重要。【目的】研究绿肥配施氮肥对岩溶区稻田土壤微生物群落结构的影响,阐明微生物、土壤生态环境因子及作物产量的相互关系,为岩溶稻区绿肥替代氮肥提供理论依据和数据支撑。【方法】以典型岩溶稻田土壤为研究对象,设置冬闲+不施氮肥(CK)、冬闲+氮肥(N)、绿肥+不施氮肥(M)、绿肥+氮肥(MN) 4个处理,通过3年田间定位试验,对土壤微生物进行高通量测序,解析不同施肥处理对细菌和真菌群落的影响。【结果】与CK相比,MN处理显著提高了早稻产量,提升了土壤有机质、全氮、碱解氮和速效钾含量,降低了速效磷含量。MN处理显著提高细菌群落丰富度及多样性,而真菌群落丰富度和多样性在MN处理有降低趋势。岩溶稻田土壤优势细菌类群主要为Chloroflexi、Proteobacteria和Acidobacteria等,优势真菌类群主要为Ascomycota、Basidiomycota和Zygomycota等。冗余分析(RDA)结果表明,土壤速效钾是影响土壤细菌群落组成的关键环境因子。共现网络分析结果表明,细菌-真菌群落交互关系主...     

固氮红细菌(Rhodobacter azotoformans) YLK20去除无机氮的影响因素

【背景】不产氧光合细菌(Anoxygenicphototrophicbacteria,APB)作为一类重要的微生物资源,在水产养殖水体氮污染的修复方面已有广泛研究与应用。养殖水体环境复杂,含多种有机物,尤其是有机氮显著影响菌体除氮功效。【目的】在高浓度无机三态氮(氨氮、硝氮和亚硝氮)共存体系中,阐明小分子有机碳、有机氮和盐度对固氮红细菌(Rhodobacter azotoformans) YLK20去除无机三态氮的影响规律及机制,挖掘针对性强和适应性广的高效除氮菌株。【方法】采用RAST和KEGG方法分析YLK20基因组碳氮代谢途径及耐盐机制;采用次溴酸钠氧化法、紫外和N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法分别测定氨氮、硝氮和亚硝氮含量。【结果】基因组显示,YLK20拥有EMP、HMP、TCA、固氮、氨化、氨同化和反硝化碳氮代谢途径,含有soh B、nha C、bet B和gbs A等多种耐盐基因。丙酮酸钠、乙酸钠、柠檬酸钠、乙醇和甘露醇是YLK20生长和去除无机三态氮的良好有机碳,葡萄糖和果糖的存在降低了无机三态氮去除能力,蔗糖体系中硝氮和亚硝氮能被良好去除,但氨氮去除能力较低。在高浓度蛋白胨(3.21 g/L)和尿素(1.43 g/L)体系中,YLK20仍能高效去除无机三态氮。YLK20能在3%盐度内生长良好,低盐度时该菌株能良好去除无机三态氮,高盐度时亚硝氮去除能力受到严重抑制。YLK20对海水和淡水实际养殖水体中的无机三态氮有良好去除效果。【结论】YLK20主要通过氨同化和反硝化途径去除无机三态氮,尤其在高浓度有机氮环境中也能高效去除;该菌株适应盐度范围广,兼可适用于淡水和海水养殖水体;该菌株生长和无机三态氮去除影响因素、规律及除氮机制的阐明,可为APB微生物制剂的合理应用提供指导。     

腐熟紫茎泽兰对土壤细菌、养分和辣椒产量品质的影响

【目的】紫茎泽兰(Ageratina adenophora)内含对微生物、植物和动物有毒的化学物质,列为我国危害最严重的外侵植物,评价腐熟紫茎泽兰对土壤微生物和作物的毒性,有益于无害化处理生产有机肥。【方法】利用微生物菌剂腐熟紫茎泽兰,田间设置不施肥(CK)、单施化肥(CF)、单施紫茎泽兰有机肥(OF)、化肥配施紫茎泽兰有机肥(50%化肥+50%紫茎泽兰有机肥,CF+OF)等4种施肥处理,研究了紫茎泽兰有机肥对土壤细菌、养分和辣椒产量品质等的影响。【结果】在施用OF的土壤中,微生物碳氮高于CF、OF和CF+OF提高细菌群落的多样性指数,CF增加优势度指数。在4种施肥处理的土壤中,酸杆菌门和变形菌门均为优势门类,丰富度合计超过50%;在20种优势菌株中,有7株细菌普遍存在,6–8株细菌单独存在于不同处理土壤中。此外,在辣椒初果期,CF土壤中的有效养分含量较高;但至末果期,CF+OF处理的有效磷钾显著高于CF,碱解氮CF+OF与CF相似。施用CF+OF使辣椒吸收了较多的氮、磷、钾,辣椒产量比CF增加14.42%,并使果实游离氨基酸和维生素C含量提高,硝酸盐含量降低。【结论】紫茎泽兰有机肥兼具供肥改土作用,能提高土壤微生物生物量,丰富土壤细菌种群,增加辣椒产量,改善果实品质。     

二氯喹啉酸降解菌MC-10的筛选、鉴定及其降解特性

【目的】为治理稻-烟轮作田块上茬土壤中二氯喹啉酸残留问题,筛选高效降解细菌菌株。【方法】通过富集培养和选择培养,从常年施用二氯喹啉酸的水稻田中筛选可以降解二氯喹啉酸的细菌;对其进行形态学观察、生理生化特征测定和16S r DNA序列系统发育鉴定。【结果】分离的降解菌株MC-10被鉴定为节杆属菌株(Arthrobacter sp.)。菌株MC-10在5%接种量p H 7、28℃时,对初始浓度为20 mg/L二氯喹啉酸7 d可降解90%以上。该降解菌的最佳降解条件为p H 7、30℃,二氯喹啉酸初始浓度在1-100mg/L间均有良好的降解效果;菌株MC-10在土壤中对二氯喹啉酸同样有良好的降解效果,温室内7 d对二氯喹啉酸污染土壤的修复率可达70%。【结论】菌株MC-10在二氯喹啉酸污染土壤和水质治理中具有潜在的应用前景。     

尼古丁降解菌SCUEC1菌株的分离及其降解基因

【目的】分离并鉴定1株具有尼古丁降解能力的细菌,研究其尼古丁降解特性并对其降解基因进行分析,为尼古丁微生物降解提供基础。【方法】从烟草种植地土壤中分离1株具有尼古丁降解能力的细菌,通过16S r RNA基因和生理生化特性对该菌株进行鉴定,检测该菌株尼古丁降解率与生长量的关系,并进一步对该菌株进行尼古丁浓度耐受性测定,采用高通量测序技术对菌株进行全基因组测序,BLAST比对分析尼古丁降解相关基因。【结果】筛选到1株具有尼古丁降解能力的细菌,经鉴定命名为根癌土壤杆菌(Agrobacterium tumerficience)SCUEC1菌株,根癌土壤杆菌SCUEC1菌株尼古丁降解率可达到94.81%,该菌株在尼古丁浓度为0.50–5.00 g/L范围内生长良好且有较高的尼古丁降解能力。对根癌土壤杆菌SCUEC1菌株全基因组序列进行BLAST比对分析,推测该菌株的尼古丁降解代谢途径与中间苍白杆菌SYJ1菌株的尼古丁降解途径相似。【结论】本研究揭示了Agrobacterium tumerficienceSCUEC1菌株具备尼古丁降解特性,初步推测出尼古丁降解相关基因和降解代谢途径,为尼古丁微生物降解提供基础。     

李渡酒窖土遗址中微生物种群的鉴定与分析

【目的】对李渡酒窖土遗址的微生物病害进行防护和治理,对土遗址的微生物种群进行鉴定与分析。【方法】从土遗址现场采集具代表性的微生物病害样品3份,构建其16S r RNA基因和18S r RNA-ITS基因间隔区的克隆文库,测序后利用MEGA 3.0和Glustal W 1.8软件对测序结果进行分析,并构建系统发育树。【结果】共获得72个有效的细菌16S r RNA基因序列,归属于3个门11个属;80个有效的真菌18S r RNA-ITS基因间隔序列归属于1个门7个属。细菌的优势菌为盐单胞菌属(Halomonas sp.)、甲基盐单胞菌属(Methylohalomonas sp.)和乳杆菌属(Lactobacillus sp.)。真菌的优势菌为:Cyphellophora sp.、毕赤酵母属(Pichia sp.)、外瓶霉属(Exophiala sp.)和瓶霉属(Phialophora sp.)。【结论】实验分析获得的优势细菌多具有耐盐碱的特性,这与酒窖土遗址的现场环境相一致;真菌中的优势真菌主要为丝状真菌和酵母。通过对土遗址内主要微生物种群的鉴定与分析,确定出了可能对土遗址造成严重破坏作用的微生物,为后期加固材料的耐微生物降解性研究提供了依据,该研究结果对李渡酒窖土遗址的保护具有重要意义。     

阿特拉津降解菌Acinetobacter sp. DNS32对无机氮源的响应

【目的】研究Acinetobacter sp.DNS32的生长、阿特拉津降解能力和降解基因转录水平的表达对无机氮素的响应关系,为菌株的工程应用提供指导与理论基础。【方法】以Acinetobactersp.DNS32为对象,采用摇瓶法研究菌株在阿特拉津培养基中菌株生长情况及降解能力对外加硝态氮与铵态氮的响应关系,利用荧光定量PCR技术检测DNS32降解基因表达量对外加无机氮源的响应关系。【结果】外加无机氮源可以促进DNS32菌株的生长,提高阿特拉津降解能力,无机氮源对DNS32菌株的trzN、atzB和atzC 3种降解基因表达均有促进作用,加入无机氮源的试验处理中DNS32菌株trzN基因的表达量最高可达对照的11.252±2.408倍,推断DNS32菌株的这3种降解基因所编码的酶是稳定表达的组成酶。【结论】DNS32降解阿特拉津不受"氮饥饿"诱导机制调控,且无机氮源的存在对菌株的生长与降解有促进作用,因此菌株在土壤修复实践中具有广阔的应用前景。     

Preincubation of B. japonicum cells with genistein reduces the inhibitory effects of mineral nitrogen on soybean nodulation and nitrogen fixation under field conditions

Genistein is the major root produced isoflavonoid inducer of nod genes in the symbiosis between B. japonicum and soybean plants. Reduction in the isoflavonoid content of the host plants has recently been suggested as a possible explanation for the inhibition of mineral nitrogen (N) on the establishment of the symbiosis. In order to determine whether genistein addition could overcome this inhibition, we incubated B. japonicum cells (strain 532C) with genistein. Mineral N (in the form of NH₄NO₃) was applied at 0, 20 and 100 kg ha^-1. The experiments were conducted on both a sandy-loam soil and a clay-loam soil. Preincubation of B. japonicum cells with genistein increased soybean nodule number and nodule weight, especially in the low-N-containing sandy-loam soil and the low N fertilizer treatment. Plant growth and yield were less affected by genistein preincubation treatments than nitrogen assimilation. Total plant nitrogen content was increased by the two genistein preincubation treatments at the early flowering stage. At maturity, shoot and total plant nitrogen contents were increased by the 40 μM genistein preincubation treatment at the sandy-loam soil site. Total nitrogen contents were increased by the 20 μM genistein preincubation treatment only at the 0 and 20 kg ha^-1 nitrate levels in clay-loam soil. Forty μM genistein preincubation treatment increased soybean yield on the sandy-loam soil. There was no difference among treatments for 100-seed weight. The results suggest that preincubation of B. japonicum cells with genistein could improve soybean nodulation and nitrogen fixation, and at least partially overcome the inhibition of mineral nitrogen on soybean nodulation and nitrogen fixation. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

不同演替阶段岩溶石灰土可培养细菌的群落特征

岩溶土壤是岩溶生态系统的重要组成部分,其母质碳酸盐岩在气候、地形、时间及生物等因素的综合作用下可依次演替出黑色石灰土、棕色石灰土、黄色石灰土和红色石灰土。[目的] 了解可培养细菌群落对岩溶石灰土演替过程的响应,可为岩溶石漠化治理、生态恢复和重建等提供理论依据。[方法] 以黑色石灰土、棕色石灰土、黄色石灰土和红色石灰土为研究对象,对土壤SOC、TN和TP含量以及可培养细菌群落进行测定。[结果] 土壤SOC和TN含量表现为：黑色石灰土 > 棕色石灰土 > 黄色石灰土 > 红色石灰土,TP含量在黑色石灰土中最高,在红色石灰土中最低。本研究共分离纯化得到144株细菌,其中R2A培养基分离纯化出的细菌最多。细菌主要来自Actinobacteria、Bacteroidetes、Firmicutes和Proteobacteria门,Pseudomonas、Cupriavidus和Bacillus等是可培养菌中的优势属。在属水平上,黑色石灰土中分离得到的菌株最多并以Arenimonas、Thermomonas、Achromobacter、Brevibacillus等作为优势特有属。具有固碳、固氮和解磷功能的细菌主要分布在岩溶石灰土演替的早期。[结论] 基于母质碳酸盐岩特性,富含有机质的黑色石灰土在参与碳氮磷循环细菌的作用下形成。随着石灰土淋溶程度的增加,岩溶石灰土理化性质和可培养细菌多样性呈现降低的趋势。     

大兴安岭北部天然针叶林土壤氮矿化特征

采用顶盖埋管法对大兴安岭地区天然针叶林(樟子松林、樟子松-兴安落叶松混交林和兴安落叶松林)土壤铵态氮(NH~+_4-N)、硝态氮(NO~-_3-N)、净氮矿化速率进行研究,并探索土壤理化性质与氮矿化之间的相关性,为大兴安岭地区森林生态系统土壤养分管理及森林经营提供帮助。结果表明:观测期内(5—10月)3种林型土壤无机氮变化范围为31.51—70.42 mg/kg,以NH~+_4-N形式存在为主,占比达90%以上,且与纯林相比混交林土壤无机氮含量较高。3种林型土壤净氮矿化、净氨化、净硝化速率月变化趋势呈V型,7、8月表现为负值,其他月份为正值。净氮矿化速率变化范围樟子松林为-0.54—1.28 mg kg~(-1) d~(-1)、樟子松-兴安落叶松混交林为-0.13—0.55 mg kg~(-1) d~(-1)、兴安落叶松林为-0.80—1.05 mg kg~(-1) d~(-1)。土壤净氨化过程在土壤氮矿化中占主要地位,占比达60%以上。3种林型土壤净氮矿化、净氨化及净硝化速率垂直差异显著,0—10 cm土层矿化作用明显高于10—20 cm土层(P0.05)。土壤氮矿化速率与土壤含水量、土壤有机碳含量、土壤C/N、枯落物全氮含量和枯落物C/N均存在显著相关性。不同类型的森林土壤及枯落物的质量也存在差异,进而影响土壤氮矿化特征。     

云杉碳氮化学计量比对土壤水分和氮有效性的响应

以西南亚高山针叶林优势种——粗枝云杉(Picea asperata)为研究对象,探究不同土壤水分状况和氮添加下云杉碳氮化学计量比的变化及其响应过程。采用两因素(水分×氮素)随机区组实验,设置5个土壤水分梯度和3个氮添加浓度,其中土壤水分梯度分别是土壤田间持水量的40%(W1)、50%(W2)、60%(W3)、80%(W4)和100%(W5),氮添加浓度分别为0(N0)、20(N1)、40(N2)gNm~(-2) a~(-1)。结果表明:(1)土壤水分和氮添加显著影响了云杉碳氮化学计量比(P0.05),具体为:云杉植株和器官碳氮比在N0W4处理下最大值,随土壤水分有效性的降低而减小,随氮添加浓度的增加而降低。(2)随土壤水分有效性的降低,根和叶的碳含量显著升高(P0.05),茎和叶的碳含量随着氮添加浓度的增加而降低。此外,土壤水分有效性的降低显著提高了根和茎的氮含量(P0.05),各器官的氮含量随着氮添加浓度的增加而增加。在相同水分和氮添加浓度处理下表现为碳含量:叶茎根,氮含量:叶根茎。(3)云杉净光合速率随土壤水分有效性的降低先升高后降低,随氮添加浓度增加而增加,在N2W4达到最大。(4)根对NH~+_4和NO~-_3的净吸收速率随土壤水分有效性的降低而减小,随氮添加浓度的增加而显著增加(P0.05)。此外,根对NH~+_4的净吸收速率与土壤有效氮含量呈显著负相关关系(P0.05)。本研究表明,土壤水分和氮添加影响了云杉的碳同化和氮吸收过程,改变植物的碳、氮分配策略和养分利用效率,从而导致碳氮比的变化。     

川西亚高山森林土壤呼吸和微生物生物量碳氮对施氮的响应

随着全球大气氮沉降的明显增加,将有可能显著影响我国西部地区受氮限制的亚高山森林生态系统。土壤微生物是生态系统的重要组成部分,是土壤物质循环和能量流动的重要参与者。由于生态系统类型、土壤养分、氮沉降背景值等的差异,土壤呼吸和土壤生物量碳氮对施氮的响应存在许多不确定性。而施氮会不会促进亚高山森林生态系统中土壤呼吸和微生物对土壤碳氮的固定?基于此假设,选择了川西60年生的四川红杉(Larix mastersiana)亚高山针叶林为研究对象,通过4个水平的土壤施氮控制试验(CK:0 g m~(-2) a~(-1)、N1:2 g m~(-2)a~(-1)、N2:5 g m~(-2) a~(-1)、N3:10 g m~(-2)a~(-1)),监测了土壤呼吸及土壤微生物生物量碳氮在一个生长季的动态情况。结果表明:施氮对土壤呼吸各指标和土壤微生物碳氮都有极显著的影响,施氮能促进土壤全呼吸、自养呼吸、异养呼吸通量和土壤微生物生物量碳氮的增长,施氮使土壤呼吸通量提高了11%—15%,土壤微生物量碳提高了5%—9%,土壤微生物量氮提高了23%—34%。在中氮水平下(5 g m~(-2) a~(-1))对土壤呼吸的促进最显著。相关分析发现,土壤呼吸与微生物生物量碳氮和微生物代谢商极呈显著正相关,微生物量碳氮与土壤温度呈极显著的正相关,与土壤湿度呈极显著负相关。通过一般线性回归拟合土壤呼吸速率与土壤10 cm温湿度的关系,发现土壤呼吸速率与土壤温度呈极显著的正相关,与土壤湿度极显著负相关(P0.001),中氮水平下土壤温度敏感性系数Q_(10)值(7.10)明显高于对照(4.26)。     

Spatially explicit patterns in a dryland's soil respiration and relationships with climate,whole plant photosynthesis and soil fertility

Arid and semiarid ecosystems play a significant role in regulating global carbon cycling, yet our understanding of the controls over the dominant pathways of dryland CO₂ exchange remains poor. Substantial amounts of dryland soil are not covered by vascular plants and this patchiness in cover has important implications for spatial patterns and controls of carbon cycling. Spatial variation in soil respiration has been attributed to variation in soil moisture, temperature, nutrients and rhizodeposition, while seasonal patterns have been attributed to changes in moisture, temperature and photosynthetic inputs belowground. To characterize how controls over respiration vary spatially and temporally in a dryland ecosystem and to concurrently explore multiple potential controls, we estimated whole plant net photosynthesis (A_net) and soil respiration at four distances from the plant base, as well as corresponding fine root biomass and soil carbon and nitrogen pools, four times during a growing season. To determine if the controls vary between different plant functional types for Colorado Plateau species, measurements were made on the C₄ shrub, Atriplex confertifolia, and C₃ grass, Achnatherum hymenoides. Soil respiration declined throughout the growing season and diminished with distance from the plant base, though variations in both were much smaller than expected. The strongest relationship was between soil respiration and soil moisture. Soil respiration was correlated with whole plant A_net, although the relationship varied between species and distance from plant base. In the especially dry year of this study we did not observe any consistent correlations between soil respiration and soil carbon or nitrogen pools. Our findings suggest that abiotic factors, especially soil moisture, strongly regulate the response of soil respiration to biotic factors and soil carbon and nitrogen pools in dryland communities and, at least in dry years, may override expected spatial and seasonal patterns.     

基于Illumina MiSeq测序平台分析长期不同施肥处理对黑土真菌群落的影响

【目的】不合理施肥所引发的土壤环境问题逐渐成为制约我国农业可持续发展的重要因素之一,土壤真菌作为一类重要的土壤微生物,研究长期施肥对土壤真菌多样性及群落分布格局,探讨其理化因子对真菌群落结构的影响具有一定意义。【方法】本研究以东北黑土玉米田长期定位施肥试验(1984–2017)为基础,通过常规分析和Illumina Mi Seq高通量测序技术,分析长期施肥对黑土玉米田土壤养分含量和真菌群落结构变化的影响。【结果】长期施用氮肥明显降低土壤p H,却增加了玉米产量,秸秆与化肥配施可以增加土壤有机质和全氮的含量。稀释曲线结果表明长期施肥降低了土壤真菌序列的丰度和均匀度,并且在秸秆与化肥配施中序列数最低;在优势菌群中,共检测出5个已知真菌门,分别是子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、接合菌门(Zygomycota)、球囊菌门(Glomeromycota)和壶菌门(Chytridiomycota),子囊菌门占总序列平均值的57.0%,并且在氮磷钾配施高量秸秆有机肥(NPK+S0.5)的土壤中,子囊菌门丰度高达70.35%。在土壤真菌属水平的物种丰度分析中,共检测出109个已知真菌属,Humicola、Fusarium、Verticillium、Mortierella这4个菌属为优势菌属;Chaetomium、Trichocladium、Podospora、Preussia 4个菌属在秸秆与化肥配施处理中丰度较高,并同属一个分支聚类。从多样性指数分析得出,秸秆与化肥配施可以增加物种丰度和群落多样性;从热图分析可知,施用氮肥和不施用氮肥处理间真菌群落组成存在明显差异。RDA分析中,土壤理化性质影响着土壤真菌群落结构,尤其是土壤的p H、全量氮磷钾(T-N、T-P、T-K)、有效磷钾(A-P、A-K)和铵态氮(NH4+-N)浓度是重要环境因素。【结论】因此,施用氮肥虽然增加了产量,但也造成土壤酸化,真菌数量增加,其丰富度和多样性明显降低。而秸秆与化肥配施可以维持土壤健康生态环境和真菌群落多样性。     

华西雨屏区常绿阔叶林不同深度土壤氮矿化及酶活性对模拟氮沉降的响应

在森林土壤中，无机氮的垂直移动速率较快，因此大气氮沉降极有可能对下层森林土壤造成较大影响，且表层土壤往往与下层土壤的物理化学特性和所处环境差异较大，因此土壤剖面中不同深度的土壤对大气氮沉降的响应可能存在较大差异。以往研究表明，"华西雨屏"区的年均氮湿沉降量高达95 kg N hm^-2 a^-1，处于中国最高水平，该森林生态系统出现一定氮饱和特征。基于以上背景，研究华西雨屏区常绿阔叶林不同深度土壤氮矿化及相关酶活性对模拟氮沉降的响应，从2014年1月起进行野外定位模拟氮沉降试验，分别设置对照（CK，+0 g N hm^-2 a^-1）、低氮（LN，+5 g N hm^-2 a^-1）和高氮（HN，+15 g N hm^-2 a^-1）3个氮添加水平。在氮沉降进行5年后进行土壤采样，测定不同深度土壤（上层0-15 cm、中层15-30 cm、下层30-45 cm）全氮（TN）、硝态氮（NO₃^--N）、铵态氮（NH₄⁺-N）含量及氮矿化相关酶活性。结果表明：（1）该常绿阔叶次生林不同深度土壤TN有显著差异；（2）模拟氮沉降对该系统土壤氮矿化总体表现出极显著抑制作用，其中中层土壤抑制作用最为强烈，净氮矿化速率主要受硝化过程的影响；（3）氮矿化相关酶活性均随土壤深度的加深而降低，模拟氮沉降对土壤脲酶活性有极显著促进作用，对土壤硝酸还原酶活性有显著抑制作用。由于无机氮在土壤剖面中的高度可移动性，深层土壤氮循环和特征对氮沉降的响应需要更加密切的关注。     

秸秆和地膜覆盖对渭北旱作玉米农田土壤氮组分与产量的影响

基于田间定位试验,研究了秸秆和地膜覆盖措施对旱作春玉米田土壤氮组分和作物产量的影响。试验包括无覆盖对照,秸秆覆盖和地膜覆盖3个处理,观测指标包括土壤全氮(STN)、颗粒有机氮(PON)、潜在可矿化氮(PNM)、微生物量氮(MBN)、硝态氮(NO_3~--N)、铵态氮(NH_4~+-N)含量及作物产量。结果表明:试验进行5到7年后,与对照相比,秸秆覆盖处理0—10 cm土层STN、PON、PNM、MBN和NO_3~--N含量3年平均分别提高了13.11%、64.29%、17.51%、16.94%和55.37%,10—20 cm土层STN、PON、MBN和NO_3~--N含量3年平均分别提高了5.93%、33.33%、15.78%和27.57%(P0.05)。而地膜覆盖处理0—10 cm和10—20 cm土层NO_3~--N的含量较对照分别提高了189.14%和135.75%(P0.05),其他氮组分与对照处理差异不显著。秸秆和地膜覆盖处理玉米产量较对照处理3年平均分别提高了6.90%和36.74%(P0.05)。玉米产量与0—20 cm土层NO_3~--N含量和NO_3~--N/STN值呈显著正相关关系。总的来看,秸秆覆盖能显著增加旱地土壤全氮和活性有机氮含量,促进氮素固定,但需注意作物生长后期补充氮肥以满足作物生长需要。而地膜覆盖能显著提高土壤氮素有效性和作物产量,但不利于土壤有机氮的固定,且表层土壤存在潜在氮淋失风险。