地膜覆盖对旱作春玉米农田土壤微生物碳源代谢的影响

土壤微生物碳源代谢特征是评价土壤质量变化的重要指标。依托山西省东部晋中市寿阳县农业环境与作物高效用水科学观测试验站,采用Biolog-ECO微孔板技术探究覆膜（FM）与裸地不覆膜处理（LD）对旱作春玉米拔节期、灌浆期和收获期3个关键生育期不同土层深度下（0-10 cm、10-20 cm和20-30 cm）土壤微生物碳源代谢的影响。结果表明：1） FM措施可以显著增加土壤微生物对碳源的利用能力,显著提高了土壤微生物的优势度指数,但降低了土壤微生物的均匀度指数。2）在0-10 cm和10-20 cm土层,FM与LD处理土壤微生物碳源利用情况均表现为灌浆期较高,而20-30 cm土层,表现为收获期较高,差异均主要体现在碳水类、羧酸类、氨基酸类3大类碳源上。3）拔节期和灌浆期0-10 cm土层中FM处理的土壤微生物碳源利用能力显著高于LD处理;然而收获期0-10 cm土层中恰好相反,呈现出LD处理下土壤微生物碳源利用能力显著高于FM处理。4）此外,Pearson相关分析表明,FM处理土壤微生物对碳水类碳源和羧酸类碳源2大类碳源的利用能力主要与土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）含量相关性较好,呈现出正相关关系;对氨基酸类碳源的利用能力主要与土壤含水量、pH、SOC、NH₄⁺-N和NO₃^--N含量相关性较好。LD处理下,土壤微生物对碳水类、羧酸类和氨基酸类碳源的利用能力与土壤中TN含量的相关性较好,且呈现正相关关系。     

氮磷添加对亚热带常绿阔叶林土壤微生物群落特征的影响

为了探讨氮磷添加对土壤微生物特点的影响,选择安徽省池州仙寓山常绿阔叶老龄林,设定了4个水平的氮磷添加试验,即对照(CK,0 kg N/hm~2)、低氮(LN,50 kg N/hm~2)、高氮(HN,100 kg N/hm~2)、高氮+磷(HN+P,100 kg N/hm~2+50 kg P/hm~2)。利用氯仿熏蒸法和Biolog微平板技术,分析不同水平氮磷添加对不同土层(0-10 cm、10-20 cm和20-30 cm)土壤微生物生物量C(MBC)、N(MBN)和微生物群落功能多样性的影响。结果表明:MBC、MBN随土层加深而降低,且差异性极显著,MBC与MBC/MBN比在氮磷添加后均表现出显著性差异;土壤微生物群落的代谢活性随土层加深而降低,HN与LN处理的土壤微生物活性最高;Mc Intosh、Shannon和Simpson多样性指数在不同土层和不同N、P添加水平上都存在差异,表层土壤微生物多样性指数差异性较为显著。土壤微生物对羧酸类、氨基酸类和碳水类碳源利用率最高;主成分分析显示不同土层的土壤微生物碳源利用上有明显的变化,表层土壤微生物碳源利用在不同N、P添加水平上有明显的空间变异性,其他土层分布较为集中,空间差异性主要表现在对碳水类与羧酸类碳源的利用上。土层与氮、磷添加剂量对土壤微生物生物量C、N及功能多样性都有显著影响,其中高氮处理对表层土壤微生物影响最大。     

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.     

克拉玛依石油污染土壤微生物群落结构及其代谢特征

为了分析克拉玛依油区内土壤中正构烷烃含量间的差异,微生物群落生理多样性、微生物代谢活性在不同石油污染梯度土壤中的变化规律。本研究采用GC、平板稀释法、Biolog微平板技术探讨了土壤微生物群落特征在3种不同污染程度下的变化情况。研究表明,石油污染土壤烷烃含量与微生物代谢活性呈显著负相关(r=-0.783, p<0.05)。随着石油污染程度增加微生物数量呈下降趋势,不同石油污染土壤中细菌数量占决定优势,细菌>真菌>放线菌。不同石油污染土壤微生物群落对6大碳源的利用体现出差异。主成分分析(PCA)表明,清洁土壤与石油污染土壤对底物利用有明显差异。石油污染严重土样碳源利用率为"酯类>酸类>胺类>氨基酸类>单糖/糖苷/聚合糖类>醇类"。本研究成果为后期修复污染土壤时调整投入的碳源底物等提供科学帮助。     

黄土高原石油污染土壤微生物群落结构及其代谢特征

针对污染胁迫下土壤微生物群落变化和代谢变异等问题,基于平板稀释法和Biolog微平板分析方法,研究了陕北黄土高原石油污染土壤微生物群落结构、代谢特征及其功能多样性。结果表明,不同类群的土壤微生物对石油污染胁迫的响应不同,污染土壤细菌和真菌数量高出清洁土壤1个数量级,而污染土壤的放线菌数量极显著减少(P0.01);污染土壤和清洁土壤微生物对糖类和多聚物类碳源较易利用,污染土壤微生物总体上代谢碳源的种类和活性均低于清洁土壤。微生物群落主成分分析(PCA)表明,石油污染土壤和清洁土壤的微生物群落存在显著差异(P0.01),起分异作用的碳源主要为糖类,其次是羧酸类和氨基酸类;随着土壤石油含量增加,典型变量值变异(离散)增大,土壤微生物群落结构稳定性降低。微生物群落多样性分析表明,Shannon丰富度指数(H)、McIntosh均一度指数(U)和Simpson优势度指数(1/D)均达到极显著差异(P0.01),污染土壤微生物群落H和U低于清洁土壤,但是一定浓度的石油污染可以刺激土壤微生物群落中优势种群的生长,1/D增高。研究结果为陕北黄土高原石油污染区土壤微生物修复提供理论基础。     

不同海拔红松林土壤微生物功能多样性

为全面了解红松林土壤微生物碳源利用特点,以长白山海拔700～1100 m红松林0～5和5～10 cm表土为研究对象,采用Biolog微平板法,分析了土壤微生物功能多样性沿海拔的垂直分布特征和变化规律.结果表明: 不同海拔红松林土壤微生物功能多样性差异显著,平均每孔颜色变化率（AWCD）随培养时间延长而增加,同一深度土层的AWCD值随海拔升高而降低;Shannon、Simpson和McIntosh多样性指数也随海拔升高呈现下降趋势,且不同海拔间3个多样性指数差异显著;物种多样性和功能多样性表现出相同的变化规律.土壤微生物对6大类碳源利用强度存在差异,各海拔土壤微生物对氨基酸类碳源利用率最高,为优势碳源;主成分分析表明,不同海拔土壤微生物在碳源利用上有明显的空间分异,土壤微生物功能多样性垂直地带性差异主要体现在对碳水类、氨基酸类和羧酸类碳源的利用上,其中碳水类尤为突出.对不同海拔土壤微生物群落功能多样性聚类分析表明,样地植被组成会对土壤微生物组成和功能活性产生重要影响.     

中国东北黑土土壤剖面微生物群落碳源代谢特征

利用Biolog Eco微平板培养法,对中国科学院海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站农田(CL)、恢复草地(GL)和人工林地(FL)土壤剖面不同深度土壤中微生物群落碳源代谢特征进行研究。理化性质结果显示,有机碳、全氮和碱解氮含量随深度增加逐渐减少,p H则是上层土壤低于底层。可培养微生物数量从表层(0—20 cm)到底层(180—200 cm)逐渐减少,在表层(0—20 cm)3种可培养微生物数量均为草地农田林地。可培养微生物主要生活在近地表0—60 cm土层中,在60—200cm土层中3种利用方式下可培养细菌、真菌和放线菌数量基本相同。Biolog结果显示,在0—40 cm土层中微生物群落活性最大,底层(180—200 cm)土壤微生物群落活性最小。3种利用方式剖面微生物群落Shannon多样性指数和碳源利用数量从表层到底层逐渐减少,并且与SOC和TN呈极显著正相关关系(P0.05)。与农田相比恢复草地和人工林地剖面20—40 cm土层中微生物群落对各类碳源的利用强度都较高,说明没有农业机械作业的植被自然生长条件下根系会打破原来农田中的犁底层,促进表层(0—20 cm)以下微生物群落活性。碳源利用率和主成分分析结果表明长期不同植被覆盖已经改变了剖面微生物群落碳源代谢特征,而且根系已经影响到100 cm的微生物群落,但还没有影响到180—200cm中的微生物群落。     

外来种互花米草对盐沼土壤微生物多样性的影响——以江苏滨海为例

研究了江苏滨海外来种互花米草的生长对潮间带土壤微生物特征的影响,结果显示:与原有光滩相比,互花米草的大面积生长,使当地潮间带土壤微生物量增加,并随植被的生长状况发生变化,潮间带土壤微生物对碳和营养物质的利用相对较少;同时微生物生理功能群中占优势的活动组分发生了变化,组成可能更复杂。土壤微生物群落生理功能多样性(CLPP)分析结果显示,潮间带土壤微生物群落对碳源底物的利用能力不高,所利用碳源以糖类、氨基酸类、羧酸类占优势;其中互花米草盐沼微生物利用的碳源种类多于光滩,并且不同季节土壤微生物群落碳源利用类型存在差异;潮间带土壤微生物在不同的季节中其生理功能群组成发生着变化,互花米草盐沼的土壤微生物在植被生长减弱时具有与光滩相近的代谢类群,在生理功能上具有一定的相似性;当植被生长旺盛时,其代谢类群增多,代谢强度升高,微生物群落功能多样性增加。外来种互花米草在滨海潮间带的大面积生长,改善了土壤理化性质,为该处土壤微生物提供了不同的碳源,增强了土壤微生物的活动,改变了土壤微生物群落生理功能结构。     

科尔沁沙地小叶锦鸡儿固沙群落土壤微生物功能多样性

为探讨科尔沁沙地流动沙丘上建立小叶锦鸡儿固沙植被后土壤微生物群落代谢功能的变化,采用Biolog-ECO微平板检测法,研究了9、16和26年生人工群落以及流动沙丘和天然小叶锦鸡儿群落土壤微生物碳源代谢的多样性变化特征.结果表明:在培养的264 h内,流动沙丘土壤微生物平均颜色变化率,以及对羧酸类、糖类、多聚物类、氨基酸类、胺类和芳香类化合物类的代谢能力明显高于人工群落;随着人工群落年龄的增加,土壤微生物代谢碳源种类增加,26年生人工群落土壤微生物的碳源代谢模式已接近天然群落.流动沙丘建立小叶锦鸡儿植被后,土壤微生物群落碳源代谢功能多样性和均匀度指数下降;随着植物群落发育年龄的增长,微生物功能多样性逐渐提高.     

伊犁野生羊肚菌根际土壤微生物功能多样性分析

为研究羊肚菌根际土壤微生物的多样性,采用Biolog-ECO法分析羊肚菌不同深度(土层0～10 cm、土层10～20 cm、土层20～30 cm)土壤根际微生物的多样性;结果表明,培养72 h后,微生物的颜色平均变化率(AWCD)随培养时间的延长而增加,符合微生物培养生长曲线;微生物的代谢活性、对碳源的利用能力、AWCD、多样性指数U、多样性指数H′、丰富度指数S、优势度指数D等随土层加深而减弱,且上层土壤微生物的AWCD、U、H′、S、D等指数显著高于中、下层的;均匀度指数随土层加深而增强,均匀度指数越高,群落一致性越好,多样性则越低,因此羊肚菌根际土壤微生物功能多样性随土层加深而减小,上层具有较高的多样性。     

Rhizosphere Microbial Characterization in Petroleum-Contaminated Soil

Contamination of soil with petroleum compounds is of concern worldwide. Although there are a variety of physical and chemical technologies available to remediate petroleum waste sites, biological methods are often used due to lower cost and public acceptance. Growth and enhanced activity of microbial communities in contaminated soil is a key factor for the success of bioremediation. Establishing vegetation in petroleum-contaminated soil may enhance microbial activity and remediation success even further by providing root exudates to the rhizosphere microorganisms. In this study, microorganisms were characterized in petroleum-contaminated soils and sediments quantitatively and qualitatively based on enumeration and metabolic diversity assessments. Contaminated soils and sediments were obtained from a phytoremediation field demonstration project in California. Microbial numbers in the unvegetated soil, based on plate counts and most probable number of hydrocarbon degraders, were significantly lower than the vegetated soils. Metabolic microbial characterization using BIOLOG was also conducted and based on principle component analysis (PCA), there was a distinct difference between the metabolic diversity of microbial communities in vegetated and unvegetated soils. Results from this research indicate that the presence and type of plants, and level of contamination may greatly influence microbial communities in polluted soils.     

退化高寒草甸土壤微生物及酶活性特征

采用Biolog等方法,分析不同退化程度(未退化ND、轻度退化LD、中度退化MD、重度退化SD和黑土滩ED)高寒草甸0～10和10～20 cm土层土壤微生物量碳氮、碳代谢指纹和酶活性.结果表明: 所有草甸土壤微生物量、多样性指数和蔗糖酶活性在0～10 cm土层均显著高于10～20 cm土层,0～10 cm土层脲酶活性则显著低于10～20 cm土层.土壤微生物量C/N随草地退化程度加重显著降低.0～10 cm土层,ND和LD微生物量碳、氮均显著高于其他草地,MD、SD和ED微生物量碳无显著差异,MD微生物量氮显著低于其他草地;平均颜色变化率(AWCD)和McIntosh指数(U)随草地退化程度加重曲线下降,ND与MD间差异显著,其他草地间无显著差异;Shannon指数(H)和Simpson指数(D)在不同草地间均无显著差异;MD和SD脲酶活性最高,ED磷酸酶和蔗糖酶活性最低,与其他草地相比均差异显著.10～20 cm土层,ND和LD微生物量碳显著高于其他草地,MD、SD和ED间无显著差异,LD和ED微生物量氮显著高于其他草地,ND和SD间差异不显著;MD碳代谢指数最低,与LD和SD相比差异显著,ND和LD的AWCD和U指数均显著高于ED,H指数和D指数在ND、LD、SD和ED间差异不显著;ND和MD脲酶活性显著高于其他草地,LD、SD和ED间无显著差异;MD磷酸酶活性最高,与LD、SD和ED相比差异显著;MD蔗糖酶活性显著低于其他草地,ND、LD、SD和ED间差异不显著.不同退化程度高寒草地的地下生物量均与微生物量、碳代谢指数和磷酸酶呈显著正相关;脲酶与微生物量氮、H指数和D指数呈显著负相关.     

不同森林恢复类型对土壤微生物群落的影响

为了评价不同森林恢复类型与方式对南方红壤丘陵区退化生态系统土壤微生物群落的影响,借助氯仿熏蒸法、平板涂抹法和BIOLOG检测法,比较研究了4种森林恢复类型土壤微生物的群落特征．结果表明,4种森林恢复类型土壤微生物生物量碳、细菌数量差异显著,2项指标均以天然次生林土壤最高,人工林次之,荒地最差;碳源平均颜色变化率(AWCD法)和微生物代谢多样性指数(丰富度和多样性)在5种植被类型的土壤中也有明显差异,其趋势与微生物量碳、细菌数量基本相同;天然次生林土壤微生物群落利用碳源的整体能力和功能多样性比人工林和荒地强．相关分析表明,0～20和20～40cm土壤微生物的代谢多样性与根系生物量紧密相关(r=0．933,P<0．05;r=0．925,P<0．05)．自然恢复更有利于改善土壤微生物的结构和功能．     

Variations in bacterial and fungal communities through soil depth profiles in a <Emphasis Type="Italic">Betula albosinensis</Emphasis> forest

Microbial communities in subsurface soil are specialized for their environment, which is distinct from that of the surface communities. However, little is known about the microbial communities (bacteria and fungi) that exist in the deeper soil horizons. Vertical changes in microbial alpha-diversity (Chao1 and Shannon indices) and community composition were investigated at four soil depths (0–10, 10–20, 20–40, and 40–60 cm) in a natural secondary forest of Betula albosinensis by high-throughput sequencing of the 16S and internal transcribed spacer rDNA regions. The numbers of operational taxonomic units (OTUs), and the Chao1 and Shannon indices decreased in the deeper soil layers. Each soil layer contained both mutual and specific OTUs. In the 40–60 cm soil layer, 175 and 235 specific bacterial and fungal OTUs were identified, respectively. Acidobacteria was the most dominant bacterial group in all four soil layers, but reached its maximum at 40–60 cm (62.88%). In particular, the 40–60 cm soil layer typically showed the highest abundance of the fungal genus Inocybe (47.46%). The Chao1 and Shannon indices were significantly correlated with the soil organic carbon content. Redundancy analysis indicated that the bacterial communities were closely correlated with soil organic carbon content (P = 0.001). Collectively, these results indicate that soil nutrients alter the microbial diversity and relative abundance and affect the microbial composition.     

衡阳紫色土丘陵坡地植被恢复对土壤微生物功能多样性的影响

以典型湖南省衡阳紫色土丘陵坡地不同植被恢复阶段为研究对象,采用空间代替时间序列的方法,选用立地条件基本相似的草本(狗尾草,GS)、灌草(紫薇-狗尾草,FG)、灌丛(牡荆+剌槐,FX)和乔灌(枫香+苦楝-牡荆,AF)群落阶段,运用Biolog-ECO微平板技术,对4个不同恢复阶段0～10和10～20 cm土层的土壤微生物功能多样性进行研究,探讨植被恢复对土壤微生物功能多样性的影响.结果表明: 植被恢复后土壤微生物群落代谢活性显著升高,同一土层不同恢复阶段AWCD值的大小顺序为乔灌群落＞灌丛群落＞灌草群落＞草本群落,相同恢复阶段不同土层的AWCD值的大小顺序为0～10 cm＞10～20 cm;主成分分析(PCA)表明,灌草群落与灌丛群落具有相似的土壤微生物C源利用方式及代谢功能,而草本群落、乔灌群落具有不同的C源利用方式及代谢功能,在主成分分离中起主要贡献作用的C源是糖类、氨基酸类以及代谢中间产物和次生代谢物;土壤微生物的Shannon物种丰富度指数(H)、Shannon均匀度指数(E)、Simpson优势度指数(D)和McIntosh指数(U)均以乔灌群落最高,灌草群落和灌丛群落次之,草本群落最低;相关分析表明,土壤含水量(SWC)、土壤总有机碳(STOC)、全氮(TN)、全磷(TP)和速效磷(AP)对土壤微生物代谢功能及功能多样性指数有重要影响,脲酶(URE)、磷酸酶(APE)、蔗糖酶(INV)和过氧化氢酶(CAT)活性与土壤微生物代谢功能及功能多样性指数存在显著相关关系.表明植被恢复可使土壤微生物代谢功能增强,土壤微生物繁殖加快、数量增大,从而促进土壤微生物对土壤C源的利用强度.     

Effects of an integrated rice-crayfish farming system on soil organic carbon,enzyme activity,and microbial diversity in waterlogged paddy soil

A 10-year (2005–2015) field experiment was conducted to study the effects of an integrated rice-crayfish (CR) model on soil organic carbon, enzyme activity, and microbial diversity at soil depths of 0–10?cm, 10–20?cm, 20–30?cm, and 30–40?cm. Compared with a mid-season rice monoculture (MR) model, total organic carbon (TOC), particle organic carbon (POC), and water-soluble organic carbon (WSOC) were significantly higher in the 0–40?cm soil layers, and the content of microbial biomass carbon (MBC) was significantly higher in the 30–40?cm soil layer in the CR model. The ratios of WSOC to TOC and POC to TOC in the 0–40?cm soil layers in CR model exhibited an increasing trend, whereas the ratio of MBC to TOC in the 0–30?cm layers exhibited a decreasing trend with respect to that of the MR model, however, these differences were not statistically significant. The activity of soil invertase, acid phosphatase, and urease in the 0–40?cm soil layers in the CR model exhibited a decreasing trend with respect to that of the MR model, and the activity of urease in the 10–20?cm soil layer in the CR model was significantly lower than that in the MR model. Compared with the MR model, the CR model significantly enhanced the carbon utilization capacity of soil microbes, and the richness index, dominance index, and diversity index of the soil microbial community in the 20–30?cm layer, whereas it significantly decreased the number of dominant soil microorganism species and the carbon utilization capacity of soil microbes in the 0–10?cm layer. Soil organic carbon and its active components had a significant direct correlation with the microbial diversity index, and significantly positive correlations with invertase, urease, and acid phosphatase. With respect to the soil microbial diversity index, soil organic carbon and its active components had a closer relationship with soil enzyme activity.     

华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤可培养微生物数量对模拟氮沉降的响应

为了解氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物数量的影响,从2013年11月至2014年12月,通过野外模拟N(NH_4NO_3)沉降,氮沉降水平分别为对照(CK 0 kg N hm~(-2)a~(-1))、低氮沉降(L 50 kg N hm~(-2)a~(-1))、中氮沉降(M 150 kg N hm~(-2)a~(-1))和高氮沉降(H 300 kg N hm~(-2)a~(-1)),研究了氮沉降对天然常绿阔叶林0—10cm和10—20cm土层土壤可培养微生物数量的影响。结果表明:华西雨屏区天然常绿阔叶林0—10cm土层的细菌、真菌和放线菌数量均显著大于10—20cm土层,氮沉降未改变原有垂直分布格局。L处理对0—10cm和10—20 cm土层土壤微生物总量无显著影响,M和H处理则显著降低了土壤微生物总量。氮沉降降低了0—10cm和10—20cm土层的细菌数量,且抑制作用随氮沉降量的增加而增强。氮沉降降低了0—10cm土层的真菌数量,但下降幅度与氮沉降量之间无明显规律;在10—20cm土层,M和H处理在夏季显著增加了真菌数量,表明适量氮沉降能有效缓解夏季土壤真菌的氮限制状态。氮沉降对0—10cm土层放线菌数量的影响表现为先促进再抑制,L和M处理增加了放线菌数量,H处理降低了放线菌数量;氮沉降增加了10—20cm土层的放线菌数量,其中M处理的促进作用最大。氮沉降对土壤微生物数量的影响随土壤深度的增加而减弱。     

Long-term warming effects on root morphology, root mass distribution, and microbial activity in two dry tundra plant communities in northern Sweden

Effects of warming on root morphology, root mass distribution and microbial activity were studied in organic and mineral soil layers in two alpine ecosystems over>10 yr, using open-top chambers, in Swedish Lapland. Root mass was estimated using soil cores. Washed roots were scanned and sorted into four diameter classes, for which variables including root mass (g dry matter (g DM) m(-2)), root length density (RLD; cm cm(-3) soil), specific root length (SRL; m g DM(-1)), specific root area (SRA; m2 kg DM(-1)), and number of root tips m(-2) were determined. Nitrification (NEA) and denitrification enzyme activity (DEA) in the top 10 cm of soil were measured. Soil warming shifted the rooting zone towards the upper soil organic layer in both plant communities. In the dry heath, warming increased SRL and SRA of the finest roots in both soil layers, whereas the dry meadow was unaffected. Neither NEA nor DEA exhibited differences attributable to warming. Tundra plants may respond to climate change by altering their root morphology and mass while microbial activity may be unaffected. This suggests that carbon may be incorporated in tundra soils partly as a result of increases in the mass of the finer roots if temperatures rise.