不同季节艾比湖湿地盐角草根际nirS-型与nirK-型反硝化细菌群落组成分析

旨在了解艾比湖湿地盐生植物盐角草根际与非根际中不同类型反硝化细菌的分布及其随季节变化情况,为温带干旱地区荒漠盐化生态系统的代表-艾比湖湿地在生态植被恢复过程中,由微生物推动的土壤氮素循环过程提供数据支撑。采集了艾比湖湿地夏、秋、春三个季节的盐角草根际和非根际土壤样本,通过高通量测序技术,比较分析了nirS-型和nirK-型两种类型的反硝化细菌的多样性和群落结构特点;利用RDA (redundancy analysis)探究了土壤理化因素对反硝化细菌多样性及群落结构的影响。艾比湖湿地盐角草根际与非根际中,nirS-型和nirK-型反硝化细菌多样性最高的为秋季根际土壤样本;各土壤样本中的反硝化细菌多样性均呈现根际>非根际。盐角草各土壤样本中的nirS-型反硝化细菌在门分类水平上隶属于变形菌门(Proteobacteria),厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria),而nirK-型反硝化细菌在门水平上分类仅包括了Proteobacteria和Firmicutes。Proteobacteria在各土壤样本中的占比均较高;其中Gamma-Proteobacteria的盐单胞菌属(Halomonas)和假单胞菌属(Pseudomonas)是各土壤样本所共有的nirS-型反硝化菌的优势菌属,但它们在每个土壤样本中的相对丰度各有差异。Alpha-Proteobacteria的根瘤菌属(Rhizobium)是盐角草各土壤样本中较为广泛存在的nirK-型反硝化细菌。艾比湖湿地盐角草各土壤样本中的反硝化细菌群落结构存在着一定的差异。RDA结果显示含水量、有机质、全氮和铵态氮等对各土壤样本中的nirS-型反硝化细菌的多样性影响较大,含水量、有机质、全氮、碱解氮等是nirK-型反硝化细菌多样性的主要影响因素。土壤电导率、全磷、全钾、全氮和碱解氮协同影响nirS-型反硝化细菌的群落结构,有机质、速效钾、速效磷、pH和硝态氮是nirK-型反硝化细菌群落结构组成的主要影响因素。艾比湖湿地反硝化细菌呈现季节性变化,nirS-型和nirK-型反硝化细菌以不同的主要菌属,共同推进湿地反硝化作用。而对于湿地生态系统的保护,则需要进行长期而广泛的土壤状态评估和土壤反硝化微生物菌群的动态监测。     

氮素添加对贝加尔针茅草原土壤团聚体微生物群落的影响

大气氮沉降增加作为全球气候变化的重要因素,其对土壤生态系统影响的研究受到了生态学家的广泛关注。土壤微生物是有机物分解和养分循环的主要参与者,在维持土壤的功能多样性和可持续发展方面发挥着重要的作用。氮沉降的激增会引起土壤微生物群落结构和功能的改变。土壤中营养物质在不同团聚体组分中分布的不均匀,为微生物提供了空间异质微生境。为揭示草原土壤不同粒径团聚体中微生物群落分布及其对氮素添加响应特征。自2010年起,在内蒙古贝加尔针茅草原典型地段设置N₀（0 kg hm^-2 a^-1）、N₁₅（15 kg hm^-2 a^-1）、N₃₀（30 kg hm^-2 a^-1）、N₅₀（50 kg hm^-2 a^-1）、N₁₀₀（100 kg hm^-2 a^-1）、N₁₅₀（150 kg hm^-2 a^-1）6个氮素添加处理模拟氮沉降野外控制试验。采用磷脂脂肪酸（phospholipid fatty acid,PLFA）法测定>2 mm、0.25-2 mm和<0.25 mm 3个粒径土壤团聚体中微生物PLFA含量,探讨氮素添加对土壤团聚体微生物群落结构的影响。结果表明：氮素添加提高了土壤碳、氮含量,降低了土壤pH。氮素添加显著提高了0.25-2 mm土壤团聚体微生物群落磷脂脂肪酸总量、真菌磷脂脂肪酸含量和真菌/细菌（Fungi/bacteria,F/B）、革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌（Gram-positive bacteria/gram-negative bacteria,G⁺/G^-）的比值（P<0.05）,降低了土壤团聚体微生物Margalef丰富度指数（P<0.05）。相关性分析表明,土壤团聚体微生物总PLFAs、真菌PLFAs含量、G⁺/G^-、F/B与土壤有机碳、全氮含量呈显著正相关关系,与C/N值负相关。综合研究表明,连续8年氮素添加显著提高了土壤有机碳和全氮含量、降低了土壤pH;提高了0.25-2 mm土壤团聚体真菌群落,土壤有机碳、全氮的固持与真菌群落的增加有关。     

生物炭对褐土旱地玉米季氮转化功能基因、丛枝菌根真菌及N2O释放的影响

以豫西旱地玉米农田为研究对象,设置不同生物炭施用量处理（T0：不施用生物炭;T1：施用生物炭20 t/hm²;T2：施用生物炭40 t/hm²）,采用密闭式静态箱法测定N₂O排放通量和荧光定量PCR法分析丛枝菌根（arbuscular mycorrhizal,AM）真菌、氨单加氧酶（amoA）、亚硝酸盐还原酶（nirS、nirK）以及氧化亚氮还原酶（nosZ）的基因丰度,同时测定土壤理化性状的变化。研究结果表明,随着生物炭施用量的增加,土壤pH和含水量呈增加趋势,土壤有机碳、全氮和铵态氮含量显著提高,土壤容重和硝态氮含量显著降低。T1和T2处理土壤有机碳含量分别较T0显著提高38.44%和71.01%;T1和T2处理土壤铵态氮含量分别较T0显著增加15.89%和30.46%;T2处理土壤全氮含量较T0处理显著提高14.87%;T1和T2处理土壤硝态氮含量分别较T0减少10.57%和21.40%。随着生物炭施用量的增加,AM真菌侵染率显著增加,T1和T2处理分别较T0处理提高71.88%和115.88%;AOA、AOB、nirK和nirS基因丰度显著降低;nosZ基因丰度增加。施加生物炭处理的N₂O排放通量和累积排放量均低于不施生物炭处理,具体表现为：T0 > T1 > T2。相关分析表明,生物炭施用量与AM真菌基因丰度呈显著正相关;与nosZ基因丰度呈正相关;与AOA、AOB、nirK、nirS基因丰度呈极显著负相关。N₂O排放通量与AOA、nirK、nirS基因丰度呈极显著正相关;与土壤含水量和土壤硝态氮含量呈显著正相关;与AM真菌、nosZ基因丰度、易提取球囊霉素含量、铵态氮含量呈极显著负相关。集成推进树（ABT）分析表明,AOA对N₂O排放的影响最大,其次是AM真菌和nirS。总之,生物炭处理改善土壤理化性质、提高土壤AM真菌侵染率、调节硝化、反硝化相关功能基因的丰度,减少N₂O气体排放,为旱地农田合理施用生物炭减少N₂O气体排放提供理论依据。     

氮添加对樟子松人工林氮转化及相关功能基因丰度的影响

土壤氮(N)的有效性是影响土壤微生物群落结构以及土壤氮循环的重要因子。为探索N添加对樟子松人工林氮素转化及N功能基因(NFGs)表达的影响及其作用机制,该文以塞罕坝千层板林场的樟子松人工林为研究对象,进行了2年的氮添加处理,设置4个不同氮添加水平0、1、5、10 g N·m^-2·a^-1,分别记作N0、N1、N5、N10,采用功能基因微阵GeoChip 5.0系统及室内土壤培养法,探讨了土壤NFGs对氮添加的反应及其对氮转化过程的影响。结果表明:(1)与N0相比,中低N添加处理(N1、N5)促进了氨化(ureC、nirA、nrfA)、硝化(amoA)和反硝化(norB)相关基因的相对丰度,高N处理(N10)则抑制了所有NFGs的表达。(2)相关分析表明,N1、N5的促进作用与土壤有机碳(SOC)、硝态氮(NO₃^--N)和微生物生物量碳(MBC)显著相关,N10处理显著降低了所有氮转化过程NFGs的相对丰度,这种负面影响与溶解性有机碳(DOC)、MBC含量的减少有关。(3)与氮转化基因丰度规律趋势相似,N1和N5处理显著增加了净N硝化、净N矿化以及N₂O的排放速率,但N10促进作用不明显,表明氮添加对氮转化的促进作用存在阈值。(4)多元回归分析进一步表明,amoA-AOB和MBC是影响净N硝化的关键因素,ureC、nirK和MBC是影响净氮矿化的关键因素,narG、nirS是影响N₂O排放的关键因素。综上,N添加可提高促进樟子松人工林的氮转化及提高部分特定酶功能基因的相对丰度,但氮添加水平存在阈值,当施用10 g N·m^-2·a^-1时,氮转化受到抑制,添加5 g N·m^-2·a^-1是促进樟子松人工林土壤N转化的较佳水平。     

秸秆覆盖配施氮肥根际土真菌群落及其与小麦产量的关系

为研究秸秆覆盖与施氮条件下土壤真菌群落变化及其驱动因素与冬小麦产量的关系,试验采用二因素裂区设计,主区为秸秆覆盖（SM）和不覆盖（NSM）;副区为两种施氮量0（N0）和180（N1） kg/hm²。于小麦开花期采集土壤样品测定土壤养分及采用Illumina Miseq高通量测序技术分析根际真菌群落结构和多样性。结果表明,SM较NSM处理小麦产量提高40.3%,差异显著。NSMN1较NSMN0处理小麦产量显著提高75%;SMN1处理比SMN0处理小麦产量显著提高92%。SM处理较NSM处理土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、碱解氮（AN）、氨态氮（NH₄⁺-N）、速效磷（AP）和速效钾（AK）的含量显著增加,土壤硝态氮（NO₃^--N）含量降低。无论秸秆覆盖与否,施氮显著提高了土壤TN、AN、NH₄⁺-N、NO₃^--N、AP和AK的含量。秸秆覆盖根际真菌群落多样性（Chao1与Shannon指数）增加;施氮则降低其多样性。SM处理较NSM处理显著增加担子菌门（Basidiomycota）和降低被孢霉门（Mortierellomycota）的相对丰度,子囊菌门（Ascomycota）的相对丰度无显著差异。在NSM条件下,施氮显著增加子囊菌门的相对丰度,担子菌门与被孢霉门相对丰度显著降低;在SM条件下,施氮处理显著降低子囊菌门和增加担子菌门的相对丰度,被孢霉门的相对丰度降低,但无显著差异。在属水平上,SM处理较NSM处理显著增加光盖伞属（Psilocybe）、弯孢菌属（Curvularia）和黑孢霉属（Nigrospora）的相对丰度,被孢霉属（Mortierella）、球腔菌属（Mycosphaerella）、帚枝霉属（Sarocladium）、镰刀菌属（Fusarium）和柱霉属（Scytalidium）的相对丰度显著降低,蛋白单胞属（Pyrenochaetopsis）的相对丰度无显著差异。NSMN1较NSMN0处理显著增加球腔菌属、弯孢菌属和帚枝霉属的相对丰度,显著降低被孢霉属和柱霉属的相对丰度;SMN1比SMN0处理显著增加光盖伞属、弯孢菌属、帚枝霉属和柱霉属的相对丰度,被孢霉属相对丰度显著降低。组间群落差异（LEfSe）分析,球腔菌属、弯孢菌属和光盖伞属是秸秆覆盖配施氮肥的关键真菌菌属。基于冗余分析,土壤SOC、AK、AP、AN、TN与NH₄⁺-N含量对真菌群落结构有显著或者极显著的影响。进一步分析表明,在秸秆覆盖配施氮肥条件下光盖伞属、柱霉属和弯孢菌属与小麦产量相关。综上,秸秆覆盖配施氮肥有助于提高土壤养分有效性和小麦产量,利于优化土壤真菌群落结构,对四川丘陵旱地提升土壤肥力和作物生产力具有重要意义。     

四年O3熏气对小麦根际土壤氮素微生物转化的影响

采用开顶箱（open top chambers,OTC） 法设置3个臭氧浓度梯度,连续4a对小麦生长季土壤进行臭氧增加试验。测定小麦拔节、孕穗、抽穗、灌浆和成熟期的根际土壤微生物量氮、氨氧化细菌、反硝化细菌数量以及硝化和反硝化强度。结果显示微生物量氮、氨氧化细菌数量和硝化强度随小麦生育进程的推进,呈先升高后降低的趋势,4a变化趋势相同。O₃胁迫下,小麦根际微生物量氮、氨氧化细菌数量、硝化强度亦降低,与对照比较,均达显著水平（P < 0.05）;随O₃作用年限增加,抑制效应越强,第4年 O₃对其的抑制率显著高于第1年的抑制率。反硝化细菌数量在前期没有显著变化,成熟期则增加两个数量级,O₃显著促进成熟期反硝化细菌数量增加。4a试验有相同的变化趋势。在较短时间里O₃对土壤反硝化强度没有显著影响,而作用3个生长季后,反硝化强度显著升高。结果说明,O₃浓度升高降低了麦田土壤微生物量氮、氨氧化细菌数量和硝化强度,并有一定的积累效应。O₃剂量和作用时间的累积量达到一定阈值,显著增加土壤反硝化细菌数量和反硝化强度,增加麦田土壤N₂O排放的风险。土壤氮素微生物转化受小麦生长发育状况和O₃剂量、作用时间的共同影响,不同形态的氮素对O₃的敏感阈值不同,响应的时间和变化的范围有差异。     

温度和水分变化对冻土区泥炭地土壤氮循环功能基因丰度的影响

以大兴安岭多年冻土区泥炭地为研究对象,通过室内模拟增温实验,研究温度升高对不同深度（0-150 cm）土壤氮循环功能基因丰度的影响。同时针对0-20 cm和20-40 cm土壤设置两个水分处理,分别为土壤原始含水量和淹水状态,研究水分变化对表层土壤氮循环功能基因丰度的影响。结果表明温度升高显著提高了活动层（0-60 cm）、过渡层（60-80 cm）、永冻层（80-100 cm）中nifH、nirK基因丰度,温度升高显著提高了活动层（0-40 cm）和过渡层（60-80 cm）中nirS基因丰度。温度升高显著提高了过渡层（60-80 cm）NH₄⁺-N和较深永冻层（140-150 cm）NO₃^--N的含量,但降低了过渡层（60-80 cm）NO₃^--N和较深永冻层（120-150 cm）NH₄⁺-N的含量,相关性分析表明,NH₄⁺-N含量与nifH和nirS基因丰度呈显著正相关,NO₃^--N含量与nirK基因丰度呈显著正相关,说明温度升高能够通过改变微生物丰度促进过渡层固氮作用和反硝化作用。在增温条件下,淹水处理使表层土壤nirS和nirK基因丰度及NH₄⁺-N含量降低,但提高了NO₃^--N含量,说明淹水造成了过度还原的条件使反硝化底物浓度降低,降低反硝化微生物活性进而抑制了土壤反硝化作用。该结果对于明确未来气候变化影响下冻土区泥炭地土壤氮循环过程具有重要意义。     

不同母岩发育马尾松土壤固氮菌群落结构和丰度特征

生物固氮是马尾松林地土壤氮素的重要来源,固氮微生物群落组成和数量的变化对土壤氮素供应和地力维持起重要作用。采用池栽试验,应用荧光定量PCR（聚合酶链式反应,Polymerase Chain Reaction）技术,借助Illumina Miseq高通量测序平台,以nifH基因为标靶,研究四类母岩（变余砂岩、长石石英砂岩、石英砂岩和玄武岩）发育马尾松土壤固氮菌群落结构和丰度的差异及其与土壤化学性质之间的关系。结果表明：（1）玄武岩土壤的有机碳、全氮、碱解氮、微生物量氮、马尾松株高和地径均显著高于其他母岩（P < 0.05）。（2）四类母岩土壤nifH基因丰度差异显著,玄武岩土壤nifH基因丰度分别是变余砂岩、石英砂岩和长石石英砂岩的3.75倍、7.89倍和4.41倍。（3）四类母岩土壤固氮菌群落α多样性指数（丰富度和多样性）差异显著,且玄武岩显著高于其他母岩。四类母岩发育土壤共获得有效序列159231条,分属于6个门、14个纲、41个目、69个科和122个属。门水平上,变形菌门和蓝藻门为主要优势类群。属水平上,慢生根瘤菌属、眉藻属、根瘤菌属和固氮螺菌属为主要优势属。玄武岩土壤变形菌门、慢生根瘤菌属、根瘤菌属和固氮螺菌属相对丰度显著高于其他母岩。层次聚类和非度量多维尺度（NMDS）分析结果表明,石英砂岩和长石石英砂岩土壤固氮菌群落结构相似,玄武岩与其他母岩固氮菌群落结构差异较大。（4）土壤有机碳、全氮、碱解氮和微生物量氮是固氮菌丰度、α多样性及群落结构的主要影响因子。综上,玄武岩土壤肥力高,提高了土壤固氮菌数量和群落多样性,有利于马尾松生长。研究从微生物学角度为马尾松适地造林和氮素调控提供了科学依据。     

一株耐碱变形假单胞菌ZY-3的鉴定及其脱氮特性

【背景】目前缺少具有高效脱氮能力、较高生物安全性、能处理高碱含氮污水的好氧反硝化菌株,难以使用生物方法处理高碱性的工业、养殖废水。【目的】对前期于佛山市一水产养殖池塘底泥中分离得到的耐碱高效好氧反硝化细菌ZY-3进行研究,期望获得一株能用于不同酸碱环境脱氮的高效、安全的好氧反硝化细菌。【方法】通过形态学、生理生化试验及16S rRNA基因序列分析方法对菌株种属进行鉴定,采用抗生素试验及斑马鱼攻毒试验进行菌株的环境生物安全性评估,利用3种含不同氮素的含氮模拟废水进行脱氮能力的测定。【结果】确定ZY-3为假单胞菌属变形假单胞菌（Pseudomonas plecoglossicida）,其对多种临床常用抗生素敏感,对水生生物的毒性低,该菌株在高浓度含氮模拟废水中以28℃、180 r/min振荡培养时,其对数期出现在4—12 h,在12 h时NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N的去除率分别达到94.87%、81.44%和98.02%,其pH耐受范围为6.0—10.0。【结论】得到一株安全、高效、具有广泛pH适应范围的耐碱好氧反硝化细菌P. plecoglossicida ZY-3,其在有氧条件下对3种氮素（NH₄⁺-N、NO₃^–-N、NO₂^–-N）具有快速去除能力。     

氮沉降对热带亚热带森林土壤氮循环微生物过程的影响研究进展

近年来,高速的城市化和工业化建设导致全球大气氮沉降量逐年递增,其中热带亚热带地区氮沉降量显著高于全球平均水平,而大部分热带亚热带森林土壤趋近氮饱和状态,氮沉降增加将持续向土壤输入外源活性氮,极易导致土壤氮过剩,进而破环整个森林生态系统氮循环的平衡。我国热带亚热带地区经济发展快速,氮沉降增加导致的土壤养分失衡和林地退化等生态问题日益凸显,森林土壤氮循环对大气氮沉降的响应及适应机制已引起了学术界的广泛关注。研究表明氮循环各环节均由特定的功能微生物驱动完成,明确氮沉降增加对热带亚热带森林土壤氮循环功能微生物及其介导的关键过程的影响,对评价未来氮沉降增加背景下全球森林土壤氮循环的响应及驱动机制有重要作用,可为促进我国热带亚热带地区森林修复、生态环境的改善与提升提供科学支撑。鉴于此,本文综述了热带亚热带森林土壤氮循环主要过程（如固氮、硝化、反硝化、厌氧氨氧化等）及其功能微生物群落丰度、活性、组成等对氮沉降增加的响应,同时分析了这些功能微生物的群落特征与主要环境因子（如NH₄⁺、NO₃^-、有机碳、pH、含水量等）的关联性。在此基础上探讨了氮沉降增加下功能微生物对热带亚热带森林土壤氮循环的调控作用,重点探讨了功能微生物如何通过改变丰度与群落组成而影响氮循环过程,并对目前研究中存在的主要问题与未来研究重点进行了简要剖析。     

土壤细菌呼吸对西双版纳热带森林恢复的响应

揭示不同恢复阶段热带森林土壤细菌呼吸季节变化及其主控因素,对于探明土壤细菌呼吸对热带森林恢复的响应机制具有重要的科学意义。以西双版纳不同恢复阶段热带森林(白背桐群落、崖豆藤群落和高檐蒲桃群落)为研究对象,运用真菌呼吸抑制法及高通量宏基因组测序技术分别测定土壤细菌呼吸速率和细菌多样性,并采用回归分析及结构方程模型揭示热带森林恢复过程中土壤细菌多样性、pH、土壤碳氮组分变化对土壤细菌呼吸速率的影响特征。结果表明：1)不同恢复阶段热带森林土壤细菌呼吸速率表现为：高檐蒲桃群落((1.51±0.62)CO₂ mg g^-1 h^-1)显著高于崖豆藤群落((1.16±0.56)CO₂ mg g^-1 h^-1)和白背桐群落((0.82±0.60)CO₂ mg g^-1 h^-1)(P<0.05)。2)不同恢复阶段土壤细菌呼吸速率呈显著的单峰型季节变化(P<0.05),最大值均出现在9月：高檐蒲桃群落((...     

土壤易氧化有机碳对西双版纳热带森林群落演替的响应

土壤易氧化有机碳（Readily oxidizable carbon,ROC）作为土壤中易被氧化且活性较高的有机碳,能够敏感反映群落植被环境与土壤环境的早期变化。为探明土壤ROC时空变化对热带森林次生演替的响应,以西双版纳热带森林不同次生演替阶段（白背桐群落、野芭蕉群落与崖豆藤群落）为研究对象,采用高锰酸钾氧化法测定并分析土壤ROC时空动态特征,探究这些变化与土壤微生物量碳及理化性质之间的相互关系。结果表明：（1）不同次生演替阶段热带森林土壤ROC含量存在显著差异,其大小顺序为：野芭蕉群落（11.38 mg/g） > 崖豆藤群落（10.5 mg/g） > 白背桐群落（9.72 mg/g）;（2）不同次生演替阶段热带森林土壤ROC含量的月份变化趋势基本一致,均表现为6月显著高于12月,且各月份间差异显著;（3）不同次生演替阶段热带森林土壤ROC含量随着土层深度增加而递减,且不同土层间差异显著;（4）土壤有机碳、微生物量碳、全氮、水解氮和铵态氮显著影响土壤ROC含量的时空变化,而pH值与土壤ROC显著负相关。因此,土壤ROC对西双版纳热带森林群落演替具有敏感的响应,土壤总有机碳、微生物量碳、全氮、水解氮、铵态氮及pH是土壤ROC时空变化的主控因素。     

不同主伐方式对兴安落叶松(Larix gmelinii)根际土壤理化性质及微生物群落的影响

对内蒙古根河大兴安岭林区1987年（恢复后期）、2013年（恢复前期）的皆伐与渐伐样地以及未采伐对照样地兴安落叶松的根际土壤理化性质、微生物群落结构和多样性进行了分析,旨在揭示不同主伐方式对兴安落叶松根际土壤理化性质以及微生物群落的影响。结果表明,主伐后兴安落叶松根际土壤的理化性质以及微生物群落的变化特征与非根际土壤存在区别,且不同主伐方式在不同恢复时期会对兴安落叶松根际土壤理化性质以及微生物群落产生不同的影响：（1）根际与非根际土壤微生物群落中真菌均比细菌更容易受到土壤理化性质的影响,但是单一种理化性质的改变对根际与非根际土壤微生物群落均不能造成显著影响。（2）相较于未采伐对照样地,皆伐样地恢复前期兴安落叶松根际土壤理化性质、微生物群落结构和多样性没有显著变化。皆伐样地恢复后期,兴安落叶松根际土壤理化性质（总碳、总氮、速效氮、pH）发生了显著变化,导致了微生物量碳氮、真菌磷脂脂肪酸（PLFA）含量显著降低、细菌/真菌显著升高,辛普森多样性指数显著降低。（3）渐伐样地恢复前期兴安落叶松根际土壤总碳、总氮、速效氮含量以及含水量均显著降低,总钾、速效磷含量显著上升,根际土壤微生物量碳含量显著降低。恢复后期,兴安落叶松根际土壤总磷含量显著升高,根际土壤微生物量碳的含量已恢复到渐伐前水平。渐伐干扰对根际土壤各微生物类群PLFA含量、微生物群落结构以及多样性没有显著影响。     

干湿交替对生物滞留系统中氮素功能微生物群落的影响

【目的】为探究生物滞留系统干湿交替下环境因子对氮素功能微生物群落的影响。【方法】应用高通量测序技术(Illumina MiSeq PE300),并以amoA和nirS功能基因为分子标记,对无植物型和植物型生物滞留系统在干湿交替下不同土壤空间位置(种植层、淹没层)的硝化和反硝化细菌的多样性和群落结构进行研究,并对微生物群落与环境因子的相互关系进行相关性分析。【结果】微生物种群的功能基因存在显著的空间差异,相比淹没层,种植层的功能细菌更丰富。种植层的OTUs高于淹没层,而进水再湿润促使两种功能基因在种植层和淹没层的OTUs占比差异性增大。群落组成分析表明,amoA型硝化细菌和nirS型反硝化细菌的优势细菌门均为变形菌门(Proteobacteria)。虽然植物根系对氮素功能微生物的多样性指数影响不显著,但在属水平上,植物系统种植层的反硝化菌群种类高于淹没层,而无植物系统则刚好相反。CCA/RDA分析表明,土壤空间位置是影响硝化和反硝化菌群结构的最重要环境因子。【结论】本研究证实干湿交替运行下生物滞留系统中的氮素功能微生物群落受土壤空间位置、水分含量和植物根系的共同调控,其机制有待进一步研究。     

东北丘陵区林地转型耕地对土壤编码碱性磷酸酶基因的细菌群落的影响

【目的】通过研究林地转型耕地对土壤编码碱性磷酸酶基因的细菌群落丰度、多样性和结构的影响,为丘陵区耕地长期施肥下农田土壤微生物多样性丧失的影响机制以及未来的退耕还林过程中土壤微生物多样性的提升和土地可持续利用研究提供一些基础数据和技术支撑。【方法】采用实时荧光定量PCR (real-time quantitative PCR,qPCR)和高通量测序技术解析土壤编码碱性磷酸酶基因的细菌群落的丰度、多样性和结构变化,并耦合土壤化学性质分析,明确土壤编码碱性磷酸酶基因的细菌群落丰度和多样性与土壤化学性质的关系以及关键的驱动因子。【结果】林地垦殖为农田后,长期施肥导致土壤酸化,pH从5.58降至4.72,而土壤速效磷则从2.49 mg/kg增至49.3 mg/kg。相应地,耕地土壤编码碱性磷酸酶基因的细菌群落的丰度和Shannon指数均显著低于林地。基于编码碱性磷酸酶的phoD基因(alkaline phosphatase-encoding gene)序列的物种分类表明,丘陵区土壤编码碱性磷酸酶基因的细菌群落的优势门为变形菌门(Proteobacteria)、蓝藻门(Cyanobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和疣微菌门(Verrucomicrobia),其中林地土壤的蓝藻门的相对丰度显著高于耕地。耕地土壤的慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)和芽孢杆菌属(Bacillus)的相对丰度显著高于林地,而中慢生根瘤菌属(Mesorhizobium)、假单胞菌属(Pseudomonas)、Chlorogloea属、Gemmata属、Phormidesmis属和Pseudolabrys属的相对丰度显著低于林地。土壤编码碱性磷酸酶基因的细菌群落结构因林地转型耕地而发生显著改变。phoD基因丰度和Shannon指数与pH显著正相关,而与总磷、速效磷、硝态氮和铵态氮均显著负相关,其中土壤速效磷是这些影响因素中影响最强烈的,长期施用无机磷肥导致含碱性磷酸酶的土壤细菌群落对有机磷分解的能力退化。【结论】林地转型耕地加之长期施肥改变了土壤pH和速效磷,并在其他理化因子的协同驱动下,导致土壤编码碱性磷酸酶基因的细菌群落丰度、多样性和结构的显著变化。     

桂北喀斯特峰丛洼地植物群落特征及其与土壤的耦合关系

基于喀斯特峰丛洼地草丛、灌丛、次生林、原生林4个生态系统24个样地(20 m × 20 m)的系统取样调查, 研究了喀斯特峰丛洼地不同生态系统群落的结构组成与生物多样性特征, 选取代表植物群落和土壤性质的35个指标, 对不同生态系统及整个喀斯特脆弱生态系统植物群落与土壤主要养分、土壤矿质养分和土壤微生物间的相互关系进行了主成分分析与典范相关分析。结果表明: 沿草丛、灌丛、次生林、原生林的顺向演替发展, 重要值(importance value, IV)>10.00的科、属、种及物种多样性最大值出现在次生林, 群落结构最佳值出现在顶级群落原生林; 喀斯特峰丛洼地景观异质性高, 各生态系统影响因子不同, 土壤微生物在喀斯特脆弱生态系统处于主导地位, 其次为灌丛; 不同集团因子的典范相关分析表明, 植物多样性指标与土壤氮素、Al₂O₃、Fe₂O₃、土壤微生物生物量碳(C_mic)、真菌和细菌关系密切。因此, 在喀斯特脆弱生态系统恢复与重建过程中, 应针对不同生态系统制定相应的培育管理措施。     

施磷对干旱胁迫下箭竹根际土壤养分及微生物群落的影响

以箭竹及其根际土壤作为研究对象,采用两因素随机区组实验,设置2种水分处理（正常浇水和干旱胁迫）和2种施磷量处理（施磷和不施磷）,探究施磷对干旱胁迫下箭竹根际土壤养分及微生物群落结构和多样性的影响。结果表明：（1）干旱胁迫显著降低了箭竹根际土壤中微生物量碳、可溶性有机氮和有效磷的含量,虽对箭竹根际土壤微生物群落的多样性无显著影响,但显著降低了箭竹根际土壤中总PLFA（phospholipid fatty acid contents）的含量和真菌、细菌、革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌的PLFA含量以及革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌的PLFA比值,显著改变了箭竹根际土壤微生物群落结构,结果显著降低了箭竹的生物量。（2）施磷显著增加了受旱箭竹根际土壤中微生物量碳和有效磷的含量,虽大体上对受旱箭竹根际土壤微生物群落的多样性无显著影响,但显著增加了受旱箭竹根际土壤中总PLFA和真菌PLFA的含量,并在一定程度上增加了细菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和放线菌的PLFA含量以及革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌和真菌/细菌的PLFA比值,也在一定程度上改善了受旱箭竹根际土壤微生物群落结构,从而改善受旱箭竹的生长。（3）主成分分析表明,干旱对箭竹根际土壤微生物群落结构的影响显著,而施磷的影响不明显。（4）相关分析发现,箭竹根际土壤微生物群落结构与箭竹根际土壤微生物量碳、可溶性有机氮及箭竹生物量呈显著正相关。综上,干旱降低了箭竹根际土壤养分含量和微生物生物量,改变了箭竹根际土壤微生物群落结构,抑制了箭竹的生长;施磷能增加受旱箭竹根际土壤养分含量和微生物生物量,改善受旱箭竹根际土壤微生物群落结构,进而改善受旱箭竹的生长。     

模拟酸雨对我国亚热带毛竹林土壤呼吸及微生物多样性的影响

酸沉降造成的土壤持续酸化对毛竹林生态系统碳循环具有重要的影响,为量化酸沉降我国亚热带毛竹林土壤的影响,于2016年在浙江省杭州临安天目山国家级自然保护区毛竹林持续开展了2年野外模拟酸雨淋溶土壤实验,设置pH 4.0(T1)和pH 2.0(T2)两个模拟酸雨处理,以pH 5.8天然湖水为对照(CK),分析酸雨作用下土壤CO_2排放及土壤微生物多样性的变化趋势,并明确毛竹林土壤呼吸、土壤微生物及土壤理化性质三者之间的关系。结果表明:土壤呼吸速率在酸雨作用下经过缓冲期后呈现先促进后抑制的变化,作用强度表现为:T2T1。不同处理的土壤呼吸对温度的敏感性由高到低依次是:T2、CK、T1。PCR-DGGE分析表明,模拟酸雨改变了土壤微生物菌群结构,T2处理抑制了土壤细菌的多样性和丰富度,而T1处理对土壤真菌多样性和丰富度具有促进作用。土壤pH值、有效钾、可溶有机碳、微生物量碳、碱解氮和有效磷对土壤微生物群落结构及土壤呼吸具有显著的影响(P0.05)。综上所述,模拟酸雨能够显著抑制毛竹林的土壤呼吸,并改变土壤微生物群落结构及多样性,这些结果为进一步研究毛竹林土壤生态系统对环境问题响应机制提供理论基础。     

文峪河上游河岸带不同植被类型土壤nirS反硝化菌群结构及功能

以文峪河上游河岸带不同演替阶段的8种植被类型五花草甸(WH)、沙棘林(HR)、柳树林(SS)、山杨林(PC)、山杨白桦林(PQ)、山杨白桦落叶松林(PQL)、落叶松云杉林(LP)和云杉林(PM)土壤为研究对象,采用高通量测序技术测定nirS反硝化细菌群落组成及相对丰度,乙炔抑制法测定反硝化酶活性(DEA)。对其土壤理化性质及反硝化细菌群落组成及相对丰度进行方差分析,采用冗余分析(RDA)和Spearman相关性分析不同植被类型及土层反硝化细菌群落结构及功能及土壤理化因子的关联性。结果表明:1)不同植被类型及土层土壤理化因子存在显著差异,柳树林(SS)0—15 cm土层硝态氮(NO~+_3-N)含量显著高于其他植被类型各土层;2)土壤反硝化菌群多样性指数在五花草甸(WH)、山杨白桦林(PQ)和云杉林(PM)中较其他植被类型高;3)沙棘林(HR)及柳树林(SS)反硝化酶活性(DEA)显著高于其他植被类型;4)不同植被类型反硝化优势菌群分布存在显著差异及特异性,如浮霉菌门(Planctomycetes)仅在落叶松云杉混交林(LP)和云杉林(PM)植被类型15—30 cm土层中分布;5)土壤pH、土壤有机碳(SOC)、土壤铵态氮(NH~+_4-N)和硝态氮(NO~+_3-N)等是影响土壤反硝化细菌群落结构及组成的重要因子,其中土壤铵态氮和硝态氮含量变化是导致土壤反硝化菌群多样性和反硝化酶活性差异的关键因子。本研究揭示了文峪河上游河岸带不同植被类型土壤反硝化细菌群落结构及功能的变化和分布特征,为进一步研究该区域河岸带氮素循环及水体污染防治提供重要参考依据。