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.     

不同耕作方式和秸秆还田对麦田土壤有机碳含量的影响

通过两个生长季试验,研究了不同耕作方式和秸秆还田及其交互效应对小麦全生育期0～20 cm土壤有机碳含量的影响.结果表明：小麦不同生育时期0～20 cm土层有机碳含量呈明显的动态变化;秸秆还田各处理的有机碳含量都高于无秸秆还田处理;保护性耕作措施土壤有机碳增加量显著高于传统翻耕.除传统翻耕处理外,各处理0～10 cm土层的有机碳含量都高于10～20 cm土层,秸秆还田各处理0～10 cm土层有机碳含量表现为深松(PS)＞旋耕(PR)＞免耕(PZ)＞耙耕(PH)＞传统翻耕(PC),而10～20 cm土层表现为传统翻耕(PC)＞深松(PS)＞旋耕(PR)＞耙耕(PH)＞免耕(PZ),说明保护性耕作措施能提高0～10 cm土层的有机碳含量.多因素方差分析表明：耕作因素、秸秆因素和两者交互效应在不同生育期对0～20 cm土层的有机碳含量都有显著影响.     

不同耕作方式下草甸栗钙土燕麦田土壤微生物特征

河北坝上地区高寒半干旱的独特生态环境,土地沙化风蚀严重,作物产量低,土壤微生物的活动尚未有深入研究,尤其是人为干扰下的土壤微生物在作物生长季的动态变化。为了明确耕作方式对草甸栗钙土土壤微生物性状的影响特征,依托定位12a的免耕、深松、常规耕作田间试验基础,通过辅助设置12a免耕、深松后的翻耕处理,监测了燕麦田土壤微生物量碳、活跃微生物量和土壤呼吸速率等性状。结果表明,土壤微生物量碳与活跃微生物量围绕燕麦抽穗期为"W型"时序变化,长期免耕与深松下呈现0—10 cm表层土壤富集微生物量碳的空间分布特征。免耕与深松有利于提高0—10 cm土层土壤微生物量,多年免耕和深松后翻耕能使土层间土壤活跃微生物量差异减小。燕麦田土壤呼吸速率呈现"U型"时序变化,免耕0—10 cm土层呼吸速率具有较其他耕作方式更高的趋势。在燕麦生育期内,土壤呼吸商一直处于较低而平稳的水平,燕麦收获后进入土壤微生物的高活性期;0—10 cm土层翻耕与多年免耕与深松后的翻耕处理土壤呼吸商有高于免耕处理的趋势。翻耕对于促进冷凉区土壤库存养分的活化与适时供应具有重要作用。     

耕作方式与秸秆还田对土壤微生物数量、酶活性及作物产量的影响

通过两年田间裂区设计试验,研究了不同土壤耕作方式(常规耕作、深耕、深松)与秸秆还田(秸秆还田、秸秆不还田)对冬小麦一夏玉米一年两熟农田土壤微生物数量、酶活性和作物产量的影响.结果表明:深松(耕)和秸秆还田不仅降低了土壤容重,提高了土壤有机碳含量,而且增加了土壤微生物数量、土壤酶活性和作物产量,且二者对夏玉米季的影响大于冬小麦季.与常规耕作+无秸秆还田相比,深耕+秸秆还田、深松+秸秆还田处理的20～30 cm土壤容重分别降低8.5％和6.6％,土壤有机碳含量分别提高14.8％和12.4％,土壤微生物数量、土壤酶活性分别提高45.9％、33.9％和34.1％、25.2％,作物产量分别提高18.0％和19.3％,且两处理间无显著差异.说明土壤深松(耕)结合秸秆还田有利于作物产量、土壤微生物数量和酶活性的提高.     

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.     

稻田免耕和稻草还田对土壤腐殖质和微生物活性的影响

为了阐明免耕和稻草还田土壤固碳机制,研究了无稻草还田免耕（NT）、无稻草还田常耕（CT）、稻草还田免耕（NTS）和稻草还田常耕（CTS）对水稻不同生育期不同土层（0—5,5—12,12—20cm）土壤腐殖质形态、含量及微生物活性的影响。结果表明,免耕（NT和NTS）处理显著增加0—5 cm土层土壤游离松结态、联结态和稳紧结态腐殖质含量和游离松结态腐殖质占总腐殖质的比例,且免耕对土壤各结合态腐殖质含量的影响程度有随生育期的推后而增加的趋势;5—12cm和12—20cm土层土壤各结合态腐殖质含量和0—20cm各土层微生物活性有减少趋势;在水稻分蘖期免耕对微生物活性影响很弱,在水稻拔节—灌浆期免耕处理显著降低5—12 cm土层土壤微生物活性,相反,免耕却增加水稻成熟期0—5 cm土层的微生物活性;另一方面,稻草还田（CTS和NTS）显著提高土壤各结合态腐殖质含量,尤其是0—5 cm土层、游离松结态腐殖质及水稻生育后期;CTS处理显著增加分蘖期—孕穗期0—20 cm土层的呼吸强度,而稻草还田显著增加孕穗期—成熟期0—5cm土层的纤维素分解强度。可见,通过增加土壤腐殖质含量和各结合态腐殖质含量并改变微生物活性免耕有利于表土层碳的固定作用,而免耕与稻草还田相结合更有利于土壤碳的积累。     

不同耕作措施对冬小麦-夏玉米复种连作系统土壤有机碳和水分利用效率的影响

在连续8年田间定位试验的基础上,分析了关中平原冬小麦 夏玉米复种连作系统2008—2009年连续两个生长季期间不同耕作措施(结合秸秆还田和不还田)对土壤有机碳和水分利用率的影响.结果表明: 相对于传统耕作,保护性耕作有利于土壤有机碳、水分利用效率和作物产量的提高,其中在“深松+秸秆还田”耕作模式下的增幅最高,土壤有机碳含量在0～30 cm土层增幅达到19.5%,水分利用效率和作物产量提高了16.9%和20.5%,而免耕模式则有效提高了0～10 cm土层有机碳含量.在该地区土壤和气候条件下,深松结合秸秆粉碎还田是最理想的耕作模式,最有利于土壤有机碳累积,并提高水分利用效率和作物产量.     

土壤有机碳和微生物群落结构对多年不同耕作方式与秸秆还田的响应

土壤有机碳对维持陆地生态系统功能和缓解土壤退化问题至关重要,土壤微生物参与土壤有机碳的循环过程,而耕作方式与秸秆还田影响土壤有机碳和微生物群落.本试验采用裂区试验设计,耕作方式为主区,分别设深松(ST)和旋耕(RT)处理,副区为秸秆还田量,分别设秸秆全还田(F)和秸秆不还田(0)处理,采用Illumina测序技术测定土壤微生物群落结构和固碳功能基因,并测定了2012—2017试验年间土壤有机碳含量.结果表明: 1)深松耕作和秸秆还田均显著提高了pH、微生物生物量碳、总氮、粉粒含量、黏粒含量,而显著降低了砂粒含量; 2)试验年间各处理的土壤有机碳(SOC)含量均呈增加趋势,但与旋耕耕作和秸秆不还田处理相比,深松耕作和秸秆还田处理的平均有机碳增量分别显著提高30.6%和33.2%; 3)土壤中最丰富的细菌类型为变形菌门,其次为酸杆菌门和芽单胞菌门; 4)深松秸秆还田处理(STF)具有较高的微生物多样性; 5)除砂粒含量外,土壤pH、微生物生物量碳、总氮、粉粒和黏粒含量均促使深松秸秆全还田处理下的微生物群落结构向着有利于有机碳积累的方向发生变异; 6)除二糖和寡糖代谢途径外,CO₂固定、发酵、主要碳水化合物代谢、一碳代谢、糖醇、有机酸、糖苷水解酶类的代谢功能基因丰度均表现为深松耕作显著高于旋耕,且均与土壤有机碳呈正相关关系.因此,深松结合秸秆还田能够改善土壤基本性质与土壤微生物群落结构,有利于增加土壤固碳能力和解决土壤退化问题.     

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.     

土壤微生物资源管理、应用技术与学科展望

土壤中蕴藏着高度的微生物多样性,在陆地生态系统中发挥着非常重要的功能,加强对土壤微生物资源的综合管理与开发应用是提升生态系统稳定性与生产力及农产品质量的重要途径。首先,土壤微生物多样性具有全球性的重大意义,有待完善对土壤微生物的检测与监测技术研究,进而实现土壤微生物多样性与土壤功能的耦合以及对土壤质量的评定;其次,土壤微生物作为一种宝贵的生产资料和可持续资源,要加强其在土壤肥力强化与保育、土壤障碍消减与调节、土壤污染控制与修复等3个领域的应用研究。最后,未来土壤微生物学发展将会形成土壤微生物系统学、土壤微生物过程学与土壤微生物功能学3个子学科,要建立土壤微生物种质资源库与遗传信息库,推进土壤微生物生理代谢过程、生物化学过程及生态行为过程的研究,联结土壤微生物与土壤功能的关系,并从土壤中的功能微生物出发对环境变化作出积极响应和主动调控。此外,原创性方法的建立与应用是限制土壤微生物学发展的技术瓶颈,联合生物地理学与生物信息学破译重要基因的特定生态功能,并将其应用到生态模型以及生态系统未知领域的研究中去,是土壤微生物学面临的挑战。     

微生物物种多样性的保护与其资源保藏

从微生物物种多样性的保护以及微生物物种资源的保藏等方面较全面地阐述了微生物物种资源保护与保藏的重要性及其相互关系 ,阐明了微生物菌种保藏的原理及方法 ,同时介绍了保藏技术领域的研究动向和保藏机构或组织在微生物资源的保藏、开发和交流等方面所起的重要作用     

菌肥的作用研究及其资源开发

论述了菌肥对作物及土壤的作用 ,分别归纳了菌肥中自生性肥料、共生性肥料、抗生性肥料各自的作用 ,以及菌肥资源的开发现状及前景     

Risk Assessment,Microbial Communities,and Pollution-Induced Community Tolerance

Until recently, parameters from microorganisms were generally not included in risk assessment at a comparable level to animals and plants. However, the major part of global biomass, biodiversity, and ecosystem processes is present in the microbial world and microbiological techniques applicable to risk assessment are becoming available. Two microbial indicators are described based on the usage of multiwell plates with different substrates and a redox indicator for monitoring mineralisation. With both techniques autochthonous microbial communities are analysed. Producing functional fingerprints of the microbial community gives insights into the composition of different functions. This is equivalent to observations of ecological abundance and species composition. When lack of reference sites or reference data renders risk assessment difficult, measurement of the pollution-induced community tolerance (PICT) can provide useful information.     

土壤微生物群落构建理论与时空演变特征

土壤微生物作为陆地生态系统的重要组成部分,直接或间接地参与几乎所有的土壤生态过程,在物质循环、能量转换以及污染物降解等过程中都发挥着重要作用。对土壤微生物时空演变规律及其形成机制的研究,不仅是微生物演变和进化的基础科学问题,也是预测微生物及其所介导的生态功能对环境条件变化响应、适应和反馈的理论依据。讨论了土壤微生物群落的定义、测度方法和指标,认为群落是联系动植物宏观生态学与微生物生态学的基础,群落构建机制是宏观和微观生态学都需要研究的核心科学问题;从生态学的群落构建理论出发,阐述了包括生态位理论/中性理论、过程理论和多样性-稳定性理论在土壤微生物时空演变研究中的应用,以及微生物群落在时间和空间上的分布特征及其尺度效应;确立了以微生物群落构建理论为基础、不同时空尺度下土壤微生物群落演变特征为主要内容的微生物演变研究的基本框架。     

Colonisation and succession of marine biofilm-dwelling ciliate assemblages on biocidal antifouling and fouling-release coatings in temperate Australia

Ciliate assemblages are often overlooked, but ubiquitous components of microbial biofilms which require a better understanding. Ciliate, diatom and bacterial colonisation were evaluated on two fouling-release (FR) coatings, viz. Intersleek 970 and Hempasil X3, and two biocidal antifouling (AF) coatings, viz. Intersmooth 360 and Interspeed 5640, in Port Phillip Bay, Australia. A total of 15 genera were identified during the 10 week deployment. Intersleek 970 displayed the most rapid fouling by ciliates, reaching 63.3(± 5.9) cells cm^?2. After 10 weeks, all four coatings were extensively fouled. However, the toxicity of the AF coatings still significantly inhibited microbial fouling compared to the FR coatings. On all treatments, colonies of sessile peritrichs dominated the ciliate assemblage in the early stage of succession, but as the biofilm matured, vagile ciliates exerted more influence on the assemblage structure. The AF coatings showed selective toxic effects, causing significant differences in the ciliate species assemblages among the treatments.     

秦岭太白山北坡土壤拮抗性放线菌分布及特性

以太白山北坡12个不同海拔高度的代表性土样为研究对象,采用皿内琼脂块法筛选拮抗性放线茵.结果表明:在太白山北坡不同海拔高度土壤中生存着大量拮抗性放线菌,在分离出的141株放线菌中,有82.3％的放线菌对21种靶标菌有拮抗作用.其中,海拔800～1845、3488、3655和3670 m土壤中的拮抗性放线菌分别占其总数73.7％～86.8％、81.3％、78.9％及82.3％,在海拔1200～2300及3400 m以上土壤中分离到的广谱强拮抗性放线菌占其总数的42.1％.在拮抗性放线菌中,对金黄色葡萄球菌有强拮抗性的放线菌占拮抗菌总数的24.1％,对棉花黄萎病、草莓疫霉及人参根腐病原菌等多种植物病原菌有强拮抗性的放线菌分别占拮抗菌总数的2.4％、6.9％和11.2％.土壤放线菌拮抗潜势SAAP可作为评价土壤中拮抗性放线菌资源蕴藏量的定量指标.     

Increased microbial growth,biomass, and turnover drive soil organic carbon accumulation at higher plant diversity

Species‐rich plant communities have been shown to be more productive and to exhibit increased long‐term soil organic carbon (SOC) storage. Soil microorganisms are central to the conversion of plant organic matter into SOC, yet the relationship between plant diversity, soil microbial growth, turnover as well as carbon use efficiency (CUE) and SOC accumulation is unknown. As heterotrophic soil microbes are primarily carbon limited, it is important to understand how they respond to increased plant‐derived carbon inputs at higher plant species richness (PSR). We used the long‐term grassland biodiversity experiment in Jena, Germany, to examine how microbial physiology responds to changes in plant diversity and how this affects SOC content. The Jena Experiment considers different numbers of species (1–60), functional groups (1–4) as well as functional identity (small herbs, tall herbs, grasses, and legumes). We found that PSR accelerated microbial growth and turnover and increased microbial biomass and necromass. PSR also accelerated microbial respiration, but this effect was less strong than for microbial growth. In contrast, PSR did not affect microbial CUE or biomass‐specific respiration. Structural equation models revealed that PSR had direct positive effects on root biomass, and thereby on microbial growth and microbial biomass carbon. Finally, PSR increased SOC content via its positive influence on microbial biomass carbon. We suggest that PSR favors faster rates of microbial growth and turnover, likely due to greater plant productivity, resulting in higher amounts of microbial biomass and necromass that translate into the observed increase in SOC. We thus identify the microbial mechanism linking species‐rich plant communities to a carbon cycle process of importance to Earth's climate system.     

DOM对米槠次生林不同土层土壤微生物呼吸及其熵值的影响

可溶性有机质(Dissolved organic matter,DOM)作为土壤可溶性有机碳的重要来源,进入土壤之后通过改变土壤微生物数量和活性影响土壤矿化。DOM输入对土壤微生物呼吸和熵值的研究多集中在表层土壤,但对深层土壤微生物呼吸和熵值的影响关注较少。通过室内培养实验(120 d)研究米槠(Castanopsis carlesii)鲜叶DOM添加对表层土壤(0—10 cm)和深层土壤(40—60 cm)微生物呼吸及其土壤代谢熵和微生物熵的影响,为揭示DOM输入对亚热带森林土壤碳过程的影响提供理论依据。结果表明,在培养第1天,添加DOM的表层和深层土壤CO_2瞬时排放速率均显著高于对照(P0.001),分别是对照(不添加DOM)的3.58倍和6.93倍,之后显著下降。就累积排放量而言,无论是DOM添加处理还是对照,表层土壤显著大于深层土壤;在米槠鲜叶DOM添加后,表层土壤累积排放量显著大于对照的表层土壤(P0.001),但DOM添加处理深层土壤累积排放量与对照的深层土壤无明显差异。就微生物生物量碳而言,表层土壤微生物生物量碳含量在培养期间显著大于深层土壤。在整个添加DOM培养期间,表层土壤微生物生物量碳含量显著大于表层对照土壤,深层土壤微生物生物量碳含量显著大于深层对照土壤(第3天除外)。培养结束时(120 d),米槠鲜叶DOM添加处理下,表层土壤和深层土壤有机碳含量与第3天相比分别减少26%和19%。米槠鲜叶DOM添加处理后的深层土壤代谢熵(qCO_2)显著低于对照的深层土壤和DOM添加处理的表层土壤qCO_2(P0.001),说明外源DOM进入深层土壤后提高了土壤微生物对碳的利用效率。米槠鲜叶DOM添加处理后的深层土壤微生物熵是培养第3天的1.58倍,显著大于培养初期(P0.05),而DOM添加处理的表层土壤、对照的表层土壤与深层土壤的微生物熵分别是培养第3天的68%、79%和21%,说明DOM添加提高了深层土壤质量。     

油松-辽东栎混交林地表凋落物与氮添加对土壤微生物生物量碳、氮及其活性的影响

2010年9月-2011年10月,在山西省灵空山油松和辽东栎混交林样地采取随机区组设计,研究了地表凋落物和氮添加处理对土壤微生物生物量碳、氮和微生物活性的影响.凋落物处理包括:剔除凋落物(N)、叶凋落物加倍(L)、枝果凋落物加倍(B)和混合凋落物加倍(LB);氮添加量分别为0(N0)、5 g· m-2·a-1(N1)和10 g·m-2·a-1(N2).结果表明:剔除地表凋落物且无氮添加时,油松和辽东栎混交林地的土壤有机碳(SOC)含量显著降低,其他试验处理间对SOC的影响无显著差异.土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)及其活性(MR)的变化范围依次为:262.42 ～ 873.16 mg·kg-1、73.55 ～ 173.85 mg·kg-1和2.38～3.68mg·kg-1·d-1.MBC、MBN和MR两两间呈极显著正相关.氮添加对MBC、MBN和MR均无显著影响;凋落物处理对MR影响显著,表现为混合凋落物加倍处理的MR最高,叶凋落物加倍处理次之,剔除凋落物处理最低,而对MBC和MBN无显著影响.凋落物和氮添加处理在整个试验过程中未表现出交互作用.短期的氮添加处理和森林地表凋落物变化对土壤微生物过程的影响有限.