长期施肥处理对红壤水稻土微生物群落结构和功能多样性的影响

利用磷脂脂肪酸分析法和微平板测定法研究红壤荒地开垦为水田耕种20年后,不同施肥处理条件下土壤微生物群落结构和功能多样性变化,并分析土壤微生物学指标与土壤养分含量变化的关系。结果表明,与不施磷处理相比,施磷处理的水稻年产量、土壤有机碳、全氮、碱解氮、全磷和速效磷含量平均提高了196.6%、11.4%、19.4%、14.0%、100.6%和300.1%;而与未施有机肥处理相比,施有机肥处理上述各指标平均提高了85.4%、23.8%、25.0%、15.0%、38.6%和86.8%。与对照相比,施用磷肥和施用有机肥处理的微生物总磷脂脂肪酸(PLFA)含量提高了13.6%~68.9%。磷肥和有机肥的施用也提高了各菌群微生物的PLFA含量。不同施肥处理土壤微生物群落平均吸光度(AWCD)值、Shannon指数、Simpson指数和Mc Intosh指数分别为0.17~0.30、2.79~3.03、0.93~0.94和1.46~2.27。磷肥和有机肥的施用提高了微生物群落的AWCD值和功能多样性指数。主成分分析表明,施用磷肥和施用有机肥的处理微生物群落结构和碳源利用方式明显区别于对照、单施氮肥和施用氮钾肥的处理。逐步回归分析显示,有机碳、全磷、全氮和速效磷是影响土壤微生物群落结构和功能多样性的关键因素。磷肥和有机肥的施用有利于促进土壤微生物活性和多样性,提高土壤生物功能和生产力。     

平衡施肥对缺磷红壤性水稻土的生态效应

为了研究平衡施肥对缺磷水稻土的生态效应,对长期缺施磷肥水稻土进行了3.5年平衡施肥试验。试验采取盆栽水稻的方式,在长期缺施磷肥的红壤性水稻土上比较不施磷肥（NK）、平衡施用氮磷钾无机肥（NPK）、无机氮磷钾肥配施硅肥（NPKSi）、无机氮磷钾肥配施有机肥（无机肥占3/5）、NPK基础上增施磷肥（NKhP）、NPKM基础上增施磷肥（NKhPM）处理的土壤肥力、土壤微生物特性、土壤磷的渗漏量以及地上部水稻产量、养分利用率、磷肥利用率的变化。试验表明,平衡施肥处理NPK、NPKSi、NPKM、NKhPM显著提高水稻产量,比不施磷肥（NK）平均增产147%,其中NPKM提高152%;能提高土壤肥力,比不施磷肥土壤有机质含量平均提高18.5%,其中NPKM提高30.1%;显著提高土壤微生物生物量,比不施磷肥土壤微生物生物量碳（MBC）平均提高57.2%,其中NPKM提高87.1%;提高氮素、钾素养分利用率,比不施磷肥平均分别提高120.3%、33.6%,其中NPKM分别提高152%、43%。而长期重施无机磷肥处理（NKhP）虽然水稻产量比不施磷肥处理提高125.1%,但因土壤中磷酸根离子含量过高影响土壤微生物正常生长,土壤微生物活度比不施磷处理降低9.4%,土壤微生物量碳（MBC）降低2.4%,稻田土壤微生物生态系统质量劣化。此外,重施磷肥处理（包括NKhP、NKhPM）易导致稻田水体的磷污染。各处理比较,NPKM综合生态效应最佳,以下依次是NKhPM、NPKSi、NPK,NKhP,NKhP对稻田土壤微生物生态系统产生负效应。根据试验结果,平衡施肥是恢复缺磷水稻土的有效措施,其中在平衡施用氮磷钾化肥的基础上增施有机肥或硅肥效果较好。     

不同施肥制度甘蔗地土壤养分对微生物群落结构的影响

以广西红壤长期定位施肥甘蔗地为研究对象,探讨了不同施肥措施甘蔗地土壤微生物群落特征以及土壤养分对微生物群落结构的影响。结果表明,长期优化施肥可以提高土壤微生物多样性,不施肥土壤微生物生长得到显著抑制。土壤全氮、全钾、速效钾含量与微生物群落结构密切相关,可采取适当增加钾肥用量以增加微生物多样性,提高土壤肥力。土壤中磷素含量与微生物群落结构无显著相关,红壤甘蔗地中磷肥用量应适当,不宜过量施用。     

长期施肥对早稻产量和杂草群落的影响

利用1982年布置的双季稻红壤稻田长期施肥定位试验,于2011年研究了在无机肥(化肥NPK)与有机肥(M)氮磷钾养分等量条件下,长期施用有机肥、无机化肥和有机无机肥配施模式下早稻生长发育、早稻产量及稻田杂草群落变化。结果表明:施肥能促进早稻生长发育,显著提高早稻产量,增加施肥用量和均衡肥料及养分种类在一定程度上能促进早稻生长发育和稻谷增产;在施用有机肥的基础上,优先考虑施用氮肥,其次是磷肥,才能使红壤稻田早稻增产。施肥处理中,单施有机肥最能提高早稻杂草密度和促进早稻杂草生长,配施处理中,有机无机均衡配施最能促进早稻杂草生长,还能遏制恶性杂草繁殖;与单施有机肥或化肥相比较,有机无机肥配施能普遍降低早稻杂草群落多样性、优势度和均匀度,在施用有机肥的基础上,化肥尤其是化肥氮的施用对早稻杂草群落的多样性、优势杂草和均匀度起着决定性作用;早稻分蘖盛期杂草生物量一定程度上还能表征早稻稻谷产量。     

长期施肥对红壤水稻土磷脂脂肪酸特性和酶活性的影响

对中国科学院红壤生态实验站长期定位试验中不同施肥处理红壤水稻土磷脂脂肪酸(PLFA)特性及酶活性进行了分析.结果表明:不同施肥处理的土壤酶活性、养分、微生物生物量及微生物群落多样性差异较大;施肥处理增加了PLFA的种类和微生物量;施肥土壤的真菌PLFA量大于不施肥土壤,细菌PLFA量小于不施肥土壤,说明真菌较细菌更能适应养分贫瘠的条件.NPK平衡施肥和施有机肥处理的PLFA总量均高于施无机氮肥和未施肥处理,两者分别比未施肥处理高222%和79%,表明NPK平衡施肥和施有机肥更有利于作物生长.施肥还可增加土壤酶活性,其中,土壤脲酶和磷酸酶活性可以作为衡量土壤肥力水平的指标.     

长期不同施肥对番茄根际土壤微生物功能多样性的影响

研究长期定位施肥对番茄根际土壤微生物群落功能多样性的影响,旨在为番茄根际生态过程中的调控提供科学依据和理论指导。以沈阳农业大学长期定位施肥基地的番茄根际土壤为研究对象,采用Biolog-ECO微平板法,分析了11个处理:N(单施氮肥)、K(单施钾肥)、P(单施磷肥)、NP(氮磷肥配施)、NPK(氮磷钾肥配施)、MN(有机肥配施氮肥)、MK(有机肥配施钾肥)、MP(有机肥配施磷肥)、MNP(有机肥配施氮磷肥)、MNPK(有机肥配施氮磷钾肥)、对照CK(不施肥)的土壤微生物群落功能多样性。结果表明:(1)配施有机肥能够显著提高土壤有机质、速效磷、速效钾和碱解氮的含量,氮肥的施入会降低根际土壤的pH,各处理间土壤理化性质的差异显著;(2)配施有机肥可以增强番茄根际土壤微生物对碳源的利用能力,提高微生物群落功能多样性,其中,MNP处理微生物对碳源利用能力最强,微生物活性最高。具体表现为:(1)长期施肥改变了土壤微生物对碳源的利用能力。配施有机肥处理的土壤微生物对6类碳源的总利用能力高于单施化肥处理,以MNP优势最明显;(2)在6类碳源中,氨基酸类碳源利用能力最强,酚酸类碳源利用能力最弱;(3)主成分分析表明,31种碳源对PC1贡献较大的有12种,对PC2贡献较大的有8种;(4)施加肥料的处理的Shannon指数、丰富度指数和优势度指数均高于不施肥的处理,但其均匀度下降。有机肥配施氮磷肥处理的Shannon指数、丰富度指数均显著高于其他处理。综合所有结果,以MNP的施肥较果最佳,能够呈现较高的根际土壤微生物功能多样性。     

内蒙古典型草原连续5年施用氮磷肥土壤生物多样性的变化

以中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站典型草原施肥小区为对象,研究了连续5a施氮肥(不施肥对照-CK,N52.5、N105、N175和N280kghm-2)和磷肥(P9、P37和P75kghm-2)对土壤生物多样性的影响。结果表明,连续5a施氮磷肥,随施肥量增加,土壤微生物量碳氮、微生物活性和代谢熵显著降低,而土壤微生物量磷则显著增加。高氮(N280)和高磷(P75)处理,不仅显著降低了微生物利用碳源的能力和微生物功能多样性,而且改变了微生物利用碳功能群结构,施氮肥处理更为明显。大量施用氮肥显著降低了土壤线虫总数和不同营养类群的数量,而施磷肥对线虫总数影响并不显著,相反,施磷肥和少量氮肥却提高了食细菌线虫的数量和比例。施用氮肥土壤原生动物总数呈下降趋势,而施磷肥则显著增加,但适度施用氮肥和磷肥时,土壤原生动物群落最为旺盛,尤其是施磷肥后肉足虫数量大幅度提高。氮磷肥对土壤理化性质和植被组成影响的差异,可能是土壤生物对不同肥料及其用量的响应存在较大差异的原因所在,其中施氮肥多以负效应为主,而施磷肥则多以正效应为主。     

长期施肥条件下菜田土壤微生物特征变化

对蔬菜地长期施肥土壤的8个主要处理进行了分析,探求不同培肥方式对土壤微生物生态特征的影响。结果表明：有机无机肥配施较单施无机肥可显著增加土壤细菌和放线菌的数量,提高土壤真菌的多样性;有机肥和低浓度氮肥配施处理的土壤细菌数量、真菌群落的多样性和均匀性显著高于其他处理;单施高浓度的氮肥显著降低土壤细菌的数量,真菌群落的多样性和均匀性也明显低于对照。     

长期施肥对茶园土壤微生物群落功能多样性的影响

利用BIOLOG研究长期施肥后茶园土壤微生物群落功能多样性变化,结果表明:与清耕(CK)相比,各长期施肥处理AWCD值的变化速度(斜率)和最终能达到的AWCD值均有不同程度提高,其大小顺序为:DWY>DY>W>CK,可见施肥能不同程度提高微生物整体活性和丰富度,以有机无机肥配施效果最好。分析多样性指数表明:各处理对土壤常见微生物种类影响并不大,施有机肥使微生物群落均匀度有所降低。对碳源利用主成分起分异作用的主要是糖类和羧酸类物质。对AWCD值、多样性指数与土壤养分因子的相关性分析表明,在红壤茶园中土壤肥力提高有利于土壤微生物活性的提高。     

长期施用不同无机肥对旱地红壤线虫群落的影响

红壤生态系统中土壤生物群落对于维持土壤功能的正常发挥具有重要作用.本研究基于持续25年的红壤旱地化肥定位试验,研究不同无机肥组合,包括氮磷钾(NPK)、氮磷钾补充石膏(NPKCaS)、氮磷(NP)、氮钾(NK)和磷钾(PK)对花生生长季土壤线虫群落的影响.结果表明： 土壤线虫总数、营养类群以及各生态指数在处理间差异显著(P<0.01).线虫总数由高到低的顺序为PK>NPKCaS>NPK>NP>NK.除5月外,NPK、NP、NK处理的线虫总数均显著低于NPKCaS和PK处理.NPKCaS处理的优势类群为食细菌线虫,平均丰度为42.1%,其他处理均以植食性线虫为优势营养类群,其平均丰度为38%~65%.NPKCaS处理线虫群落较高的成熟度指数、瓦斯乐斯卡指数和结构指数说明土壤食物网结构较为成熟和稳定,同时表明氮磷钾补充石膏通过缓解土壤酸化创建了良好的土壤健康状况.仅施氮钾的处理则相反.本研究证实了施用石膏和磷肥是改善红壤质量的有效措施,土壤线虫群落分析能较好地反映不同无机肥对红壤旱地生态系统的影响.
     

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。     

Biolog和PCR-DGGE技术解析施肥对德惠黑土细菌群落结构和功能的影响

试验采用Biolog和PCR-DGGE技术研究了不同施肥处理对吉林省德惠市黑土细菌群落结构和功能的影响.Biolog试验结果表明,单施有机肥处理的土壤细菌群落对底物碳源利用种类最多,代谢功能多样性最高;而施用化肥处理降低了土壤细菌群落代谢功能.DGGE图谱表明,不同施肥处理的土壤细菌16S rDNA多数条带分布相同,说明这些细菌类群在黑土中较稳定,在本试验中未受到施肥的影响,但也有一些特殊条带出现或缺失,施用化肥处理降低了土壤细菌群落结构组成多样性.对Biolog和DGGE试验结果的主成分分析显示,未施肥和单施有机肥处理的土壤细菌群落结构和功能相似,表明单施有机肥处理主要是增加了土壤微生物的总量,而对黑土细菌群落结构组成影响是次要的;单施化肥和半量有机肥 化肥处理的土壤细菌群落代谢功能多样性相似,但其结构组成产生了分离.研究表明化肥处理主要是影响到土壤中快速生长和富营养的细菌类群,施用化肥降低了这些细菌类群的代谢活性.     

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.     

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。     

长期不同施肥制度对潮棕壤微生物生物量碳、氮及细菌群落结构的影响

以沈阳生态站长期定位试验为研究平台,采用传统氯仿熏蒸方法和现代PCR-DGGE技术探讨了长期不同施肥制度对土壤微生物生物量碳和氮及细菌群落结构的影响.结果表明:在整个试验期,土壤微生物生物量碳和氮的动态变化趋势基本相同;长期施用有机肥可显著提高土壤有机碳和土壤微生物生物量碳和氮含量,而长期施用化肥明显降低土壤pH,土壤微生物生物量碳和氮含量也显著降低.DGGE图谱表明:不同施肥处理的细菌16S rDNA多数条带分布相同,28条带中有18条为共有条带,说明潮棕壤中细菌类群较稳定,但其数量受到施肥的影响;长期施用有机肥促进潮棕壤细菌群落结构的多样性,而施用化肥处理则降低了其多样性.     

PCR-DGGE技术在农田土壤微生物多样性研究中的应用

变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)在微生物生态学领域有着广泛的应用。研究采用化学裂解法直接提取出不同农田土壤微生物基因组DNA,并以此基因组DNA为模板,选择特异性引物F357GC和R515对16S rRNA基因的V3区进行扩增,长约230bp的PCR产物经变性梯度凝胶电泳(DGGE)进行分离后,得到不同数目且分离效果较好的电泳条带。结果说明,DGGE能够对土壤样品中的不同微生物的16S rRNA基因的V3区的DNA扩增片断进行分离,为这些DNA片断的定性和鉴定提供了条件。与传统的平板培养方法相比,变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术能够更精确的反映出土壤微生物多样性,它是一种有效的微生物多样性研究技术。     

秸秆还田与施肥对稻田土壤微生物生物量及固氮菌群落结构的影响

利用氯仿熏蒸法和变性梯度凝胶电泳法(PCR-DGGE)研究了秸秆覆盖还田与施肥对灰棕冲积水稻土0—10cm和10—20cm土层土壤微生物生物量碳、氮和固氮菌群落结构的影响。结果表明:土壤微生物量碳、氮和固氮菌多样性从0—10cm土层到10—20cm土层均呈现降低趋势。无秸秆覆盖处理(对照组)的土壤微生物生物量碳(SMB-C)和微生物生物量氮(SMB-N)量最小。在秸秆覆盖还田处理中,低氮和无钾处理的SMB-C和SMB-N都显著低于全量氮磷钾肥处理。虽然无磷处理的SMB-N低于全量氮磷钾处理,但差异不显著。说明秸秆覆盖还田配施充足氮磷钾肥能显著提高土壤微生物生物量碳、氮。由DGGE图谱多样性指数分析得知,配施充足氮磷钾肥的处理土壤的固氮菌多样性最丰富。UPGMA聚类分析显示,10种不同处理的聚类图也不同,对照(无秸秆)处理0—10cm和10—20cm的微生物不同于其它处理单独聚在了一个群里。DGGE条带测序得知,14个条带的近缘种大部分为非培养细菌nifH基因片段,主要优势菌群其归属于变形菌门(Proteobacteria)的β-变形菌纲(Betaproteobacteria)。应用PCR-DGGE技术可以解释灰棕冲积水稻土秸秆覆盖不同肥料用量固氮菌分子群落结构特点。     

长期施肥对灰漠土生物群落和酶活性的影响

长期定位试验表明:施肥对灰漠土生物类群、酶活性有一定影响,同时生物类群和酶活性也改变了土壤生态环境.(1) 施肥对灰漠土动物个体及类群数的影响显著,长期单施化肥对土壤动物优势度作用较大,化肥配施有机肥丰富了土壤动物组成,化肥配施秸秆有利于增加土壤动物的丰度,尤其是疣跳科和等节跳科动物个体数量增加近10倍,长期不施肥土壤动物均匀性较高,但优势类群数较低;(2)灰漠土微生物组成以细菌为主,特殊微生物生理类群是以固氮菌和氨化细菌数量居多.长期单施化肥不利于土壤微生物生长,几种菌类数量均较低,化肥配施有机物料增加了土壤微生物类群数量,比对照增加15%～44%,长期不施肥土壤微生物数量高于单施化肥处理.(3) 灰漠土自身过氧化氢酶含量较高,蔗糖酶次之.土壤4种酶活性中除过氧化氢酶与土壤养分之间呈负相关以外,其余3种酶活性与土壤速效养分均呈正相关或显著正相关.长期单施化肥土壤脲酶、磷酸酶活性降低,长期不施肥土壤脲酶、磷酸酶活性高于单施化肥处理,化肥配施有机肥或秸秆的土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶活性比长期不施肥增加了24%～31%.因此,化肥配施有机物料增加了土壤酶活性,加速了土壤熟化,改变了土壤生态环境.     

黄土丘陵区不同施肥处理对土壤微生物特性的影响

研究旨在探讨在土壤贫瘠的黄土丘陵区,施肥对土壤微生物产生的影响及其机理。试验以安塞站内长期定位施肥小区为研究对象,试验处理包括CK(对照)、N(氮肥)、P(磷肥)、M(有机肥)、NP(氮肥+磷肥)、MN(有机肥+氮肥)、MP(有机肥+磷肥)和MNP(有机肥+氮肥+磷肥),研究长期施肥对土壤微生物群落结构和呼吸的影响。0—20cm耕作层的土壤微生物活性和PLFA含量均高于20—40cm土层的微生物活性和PLFA含量,耕作层较20—40cm基础呼吸提高63.61%—116.78%,诱导呼吸提高53.45%—137.64%,总PLFA含量提高16.16%—43.67%。单施N和P增强了土壤呼吸强度,0—20cm基础呼吸强度分别升高34.11%和48.89%,诱导呼吸强度分别升高40.83%和63.59%,20—40cm基础呼吸分别升高40.83%和63.59%,诱导呼吸分别升高14.70%和20.49%。单施N显著改变G-微生物群落,0—20cm和20—40cm土层的PLFA含量分别显著升高63.19%和53.07%,单施P对土壤微生物群落结构同样产生显著影响,但是NP对微生物群落结构的影响不显著。有机无机肥配施显著提高土壤呼吸及微生物PLFA含量。通过三因素方差分析,单一氮肥因素对土壤微生物特性的影响不显著;单一磷肥因素对微生物的呼吸强度及部分磷脂脂肪酸含量产生显著影响,在耕作层中,磷肥因素对这些微生物特性的影响比率为11.4%—54.0%。通过RDA分析,表明土壤速效磷是影响黄土丘陵区微生物特性的主要因素。长期氮磷有机肥混施有助于提高土壤微生物的特性,进而改善农田生态系统的稳定和健康水平。