长期施肥土壤微生物群落的剖面变化及其与土壤性质的关系

摘要:【目的】认识不同施肥模式对土壤微生物群落的长期影响及其与土壤理化属性的联系。【方法】利用新一代高通量测序技术,研究绿洲农田20年单施化肥(N 300 kg/hm2、P2O5 150 kg/hm2与K2O 60 kg/hm2)与化肥配施秸秆(同量的N与P肥配施5.4 t秸秆)对土壤剖面(0－300 cm)微生物群落结构的影响。【结果】放线菌与α-变形菌为土壤表层(0－20 cm)的优势类群。随土壤剖面深度的增加,放线菌相对丰度减少,而变形菌,特别是γ-变形菌与β-变形菌相对丰度增加,逐渐成为深层(20－300 cm)土壤中的优势类群。长期施肥对整个土壤剖面的微生物群落结构均有显著影响,并且明显提高了0－40 cm土层中氨氧化古菌的相对丰度。此外,农田管理模式如灌溉可能是氨氧化细菌在土壤垂直剖面的重要驱动因素。统计分析表明土壤全氮含量对表层土壤中微生物群落结构的影响最大,而有机碳含量则是影响深层土壤微生物群落的最重要因子。【结论】长期施肥改变了土壤剖面碳源与氮源的可利用量,导致了施肥处理间土壤微生物群落结构的差异,特别在剖面深层更为明显。     

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。     

大兴安岭典型永久冻土土壤细菌群落组成和多样性

【背景】土壤微生物是土壤生物中的重要成分,参与了土壤生态系统中关键的生物化学循环过程。但是关于寒温带多年冻土土壤微生物的研究还比较薄弱。【目的】探究大兴安岭多年冻土土壤中微生物的多样性和种群结构。【方法】利用MiSeq高通量测序技术对黑龙江大兴安岭地区呼中保护区落叶松冻土和樟子松林冻土土壤样品进行测序。【结果】在落叶松冻土和樟子松林冻土土壤中,相对丰度最高的优势菌群的组成基本一致,在门水平有疣微菌门(Verrucomicrobia)、变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、绿菌门(Chlorobi)、Parcubacteria、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)10个细菌门类,其中,疣微菌门(Verrucomicrobia)在樟子松林土壤中的相对丰度较多,变形菌门(Proteobacteria)在落叶松林土壤中的相对丰度较多。通过α多样性分析可知,落叶松冻土土壤微生物的群落多样性高于樟子松林冻土,而且两者的细菌群落组成与结构差异性较大。【结论】为深入认识大兴安岭多年冻土区的土壤微生物群落结构组成以及影响因素提供数据支撑。     

长期施用化肥及秸秆还田对砂姜黑土细菌群落的影响

【目的】在施用化肥的基础上进行秸秆还田是提高砂姜黑土肥力的有效措施,以往的研究只注重秸秆还田对土壤结构、肥力等物理化学性状方面的研究,缺少施肥对砂姜黑土微生物群落影响的研究。本研究以安徽蒙城典型的砂姜黑土为研究对象,以期揭示长期施用化肥和秸秆还田对砂姜黑土细菌群落的影响。【方法】采用454高通量测序对砂姜黑土不同农业施肥措施下的细菌群落进行分析研究,并通过生物信息学的分析方法揭示影响砂姜黑土细菌群落的主要因素。【结果】通过对454高通量测序数据的分析,发现砂姜黑土主要的细菌门类为放线菌、变形菌、酸杆菌、绿弯菌和拟杆菌。长期施用化肥显著提高了砂姜黑土肥力和作物产量,但导致了细菌群落结构的显著变化和多样性的显著降低。秸秆还田有利于土壤肥力的进一步提高,但是并没有缓解长期施用化肥对土壤细菌群落产生的不利影响。分析发现土壤pH的变化是导致土壤细菌群落变异的主要因素。【结论】在施用化肥的基础上进行秸秆还田有利于砂姜黑土肥力的提升,然而并没有缓解由施肥导致的土壤酸化对土壤细菌群落组成和多样性产生的不利影响。这暗示秸秆还田可能并未对砂姜黑土微生物生态产生根本性的有益影响,对于秸秆农田的利用方式还需要进一步研究,以达到农业生产效益和生态效益的并重。     

干旱区高寒湿地逆行演替下土壤微生物群落结构的研究

【目的】探究高寒湿地逆行演替对土壤性质与微生物群落结构的影响。【方法】以新疆巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地为研究对象,依托逆行演替典型样带(沼泽-沼泽化草甸-草甸),利用高通量测序技术分析各演替区土壤微生物群落结构。【结果】高寒湿地逆行演替改变了土壤微生物在分类操作单元(operational taxonomic unit,OTU)水平上的物种组成,致使草甸区的微生物ACE、Chao1、Simpson、Shannon多样性指数显著低于沼泽区和沼泽化草甸区(P<0.05);随着演替发生,变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、子囊菌门(Ascomycota)的相对丰度均减少,放线菌门(Actinobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、担子菌门(Basidiomycota)、被孢霉门(Mortierellomycota)的相对丰度增加;主坐标法分析(principal coordinates analysis,PCoA)排序分析显示,土壤微生物群落在各逆行演替都出现不同程度的离散...     

塔里木河中下游流域棉田及胡杨林土壤细菌群落结构及多样性研究

【背景】新疆绿洲生态系统的大规模农垦开发对当地生态环境产生了一系列影响,评估农业活动对新疆地区原始生态土壤细菌群落的影响对合理利用土地、开发农业资源具有指导意义。【目的】通过研究塔里木河中下游流域受农垦开发影响的棉田及未经历土地开垦的胡杨林土壤细菌群落结构及多样性的变化,探究农垦开发活动对土壤微生态的影响。【方法】利用国标法测定塔里木河中下游流域绿洲棉田及原始胡杨林全氮、总盐、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、pH等土壤理化性质;提取土壤总DNA,通过PCR扩增建立文库,用新一代Illumina HiSeq 2500测序技术对土样DNA进行16SrRNA基因(V4区)高通量测序;利用生物信息学分析细菌群落的α多样性(包括Chao1、Observed species、Phylogenetic diversity (PD)、Shannon、Simpson和Good’s coverage指数)、β多样性在两地的变化,基于线性判别分析流程[Lineardiscriminantanalysis(LDA)effectsizepipeline,LEfSe]分析在两地具有显著差异的细菌分类单元;结合土壤理化参数、群落功能预测分析可能影响两地细菌群落结构变化的主要因子。【结果】土壤基本理化性质分析:绿洲棉田与原始胡杨林相比,全氮、碱解氮、总盐、pH含量显著增加,土壤盐含量与全氮、碱解氮和pH呈显著正相关(P0.05);细菌多样性分析:α多样性指数Chao1、Observedspecies和PD在棉田样品中均显著低于胡杨林样品,Shannon指数差异虽不显著,但是也表现出同样的变化趋势;细菌群落组成分析:两组样品中的优势细菌依次为α-变形杆菌纲、放线菌门、芽单胞菌门、拟杆菌门、酸杆菌门、γ-变形菌纲、β-变形菌纲、δ-变形菌纲、绿弯菌门、厚壁菌门、浮霉菌门、泉古菌门和硝化螺旋菌门(丰度1%);差异分析的结果显示,新疆绿洲棉田土壤中显著富集的微生物主要包括酸杆菌门、放线菌门、绿弯菌门、厚壁菌门、黄杆菌纲、α-变形菌纲、γ-变形菌纲中的一些物种,以及泉古菌门中的Candidatus Nitrososphaera;新疆原始胡杨林土壤中显著富集的微生物主要包括绿菌门、δ-变形菌纲以及变形菌门中的其他物种,还包括泉古菌门中的Nitrosopumilus。主坐标分析(PCoA)结果显示,棉田生态系统的土壤细菌群落结构能够与胡杨林生态系统的群落结构明显分开,且前者的细菌群落结构一致性更高。功能预测结果显示,绿洲棉田的硝化作用显著高于原始胡杨林。冗余分析(RDA)结果表明全氮含量对细菌群落结构有显著影响。【结论】在长期耕种施肥等人为因素干扰下,绿洲棉田土壤细菌多样性和群落结构发生明显改变,细菌α多样性明显低于原始胡杨林,细菌β多样性差异减弱,同时一些与植物生长密切相关的细菌类群,如放线菌、硝化细菌等显著富集。该研究可为新疆绿洲棉田生态系统的开发利用现状提供数据参考。     

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。     

模拟增温对青海湖鸟岛土壤微生物的影响

【背景】土壤微生物对其生存的微环境变化极为敏感,鸟岛作为湖滨湿地,对气候变化具有敏感性,但目前关于青海湖鸟岛的土壤微生物鲜有研究。【目的】探究气候变暖后青海湖鸟岛土壤微生物群落特征的变化。【方法】利用开顶箱模拟增温,通过高通量测序方法了解温度升高后土壤细菌及真菌的群落结构以及多样性的变化情况。【结果】温度的升高并未改变青海湖鸟岛土壤微生物的优势菌群,细菌优势菌群为变形菌门和酸杆菌门;真菌优势菌门为子囊菌门,优势菌纲为座囊菌纲。但增温改变了土壤微生物的群落结构,显著升高了拟杆菌门、蓝细菌门、Patescibacteria及球囊菌纲的相对丰度,显著降低了锤舌菌纲的相对丰度。土壤微生物群落的多样性指数也发生了变化,温度上升后微生物的ACE指数及Chao1指数均降低,细菌的Simpson指数及真菌的Shannon指数降低。【结论】青海湖鸟岛土壤微生物对温度升高的响应明显,增温改变了土壤细菌拟杆菌门、蓝细菌门、Patescibacteria的相对丰度及真菌的球囊菌纲、锤舌菌纲的相对丰度,降低了土壤微生物的多样性。     

应用Illumina MiSeq高通量测序技术分析河西走廊地区盐碱土壤微生物多样性

【目的】以甘肃省河西走廊地区的9个盐碱土壤样品(原生盐碱土、次生盐碱土、农田土)为材料,研究该地区盐碱土壤中微生物群落的多样性。【方法】提取土壤微生物总DNA,应用Illumina Mi Seq高通量测序技术进行分析。【结果】从分布在河西走廊3个流域的9个盐碱土样品中共获得325 089条微生物的16S r RNA基因序列。冗余分析和热图分析表明,原生盐碱土与次生盐碱土、原生盐碱土与农田土微生物群落构成差异较大,次生盐碱土与农田土微生物群落差异较小。土壤p H对微生物群落组成的影响最显著。多样性指数和稀释性曲线分析得出,在9个土壤样品中,S6号Shannon指数最大,S1号Shannon指数最小,S1号Simpson指数最大,S6号Simpson指数最小,说明原生盐碱土的微生物群落多样性最低,次生盐碱土的微生物群落多样性最高。盐碱土壤中主要的微生物群落包括9个门,其中变形菌门占主导地位,其余依次是放线菌门、拟杆菌门、酸杆菌门、浮霉菌门、绿弯菌门、芽单胞菌门、厚壁菌门和疣微菌门。原生盐碱土和农田土中占优势的微生物群落是变形菌门,次生盐碱土中占优势的微生物群落是放线菌门。【结论】河西走廊地区盐碱土壤中微生物多样性非常丰富,存在大量的微生物类群,尤其是在次生盐碱土壤中。     

辣椒连作对土壤细菌群落的影响

【目的】土壤微生物对农业生态系统的长期可持续性至关重要。为探讨不同连作年限对辣椒土壤细菌群落结构和潜在功能的影响。【方法】采用16S rRNA基因高通量测序PICRUSt功能预测相结合的研究方法,对不同连作年限下(1Y、3Y、5Y和10Y)的辣椒土壤细菌微生物群落结构和功能进行分析。【结果】微生物多样性指数和共生网络复杂度随连作年限的延长而降低,同时,连作年限变化对细菌群落组成有显著影响。不同的土壤细菌种群对连作措施的响应程度不一,长期连作增加了变形菌门和拟杆菌门的相对丰度,但降低了绿弯菌门、酸杆菌门、厚壁菌门和髌骨细菌门的相对丰度。PICRUSt功能预测结果表明,延长连作年限改变了土壤细菌整体的氮、磷代谢能力,导致细菌群预测功能基因发生了变化,能量代谢、氨基酸代谢和碳水化合物代谢等重要代谢功能基因减少,而折叠、分类和降解、复制和修复、膜转运、细胞生长与死亡等功能基因丰度明显增加。冗余分析表明,土壤有机质和有效磷是影响细菌群落迁移和功能变化的关键土壤理化因子。【结论】延长辣椒连作年限后,细菌群落结构改变和多样性下降导致土壤微生物群落功能失调可能是造成辣椒连作障碍的原因之一。     

人参种植对林地土壤细菌群落结构和代谢功能的影响

揭示人参种植对土壤微生物群落结构和代谢功能的影响,对防治人参连作障碍具有重要的理论意义。利用高通量测序技术研究了林地和由林地开垦耕种人参3a和4a后土壤微生物群落结构和代谢功能的变化。结果表明,变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、绿弯菌门(Chloroflexi)是林地和人参种植土壤微生物的主要优势类群。林地开垦种植人参后,土壤放线菌门和疣微菌门的相对丰度显著增加,土壤酸杆菌门的相对丰度显著降低;而土壤微生物多样性指数明显降低。除趋势对应分析(DCA)显示不同种植a限人参的土壤微生物群落结构存在明显差异。Tax4Fun功能预测表明,人参种植后土壤微生物的萜类化合物和聚酮类化合物代谢与信号转导功能的相对丰度显著降低,而膜转运功能的相对丰度增加。典范对应分析(CCA)和Partial Mantel Test分析表明,土壤速效钾、全钾含量和土壤pH值是影响土壤微生物群落结构的重要因子。因此,林地开垦种植人参对土壤微生物群落结构、多样性以及代谢功能产生了显著影响,土壤速效钾、全钾含量和pH值是影响土壤微生物群落结构的重要因素。     

土壤理化性质驱动烤烟根际细菌群落的组配及其共现性网络互作

【目的】解析土壤微生物在植物根际的组配机制对于认识和维护农田生态系统的稳定性至关重要。【方法】通过Illumina高通量测序和生物信息学分析方法明确了我国主要种植烟草生态区烤烟根际土壤细菌群落与土壤理化性质的互作关系。【结果】烤烟根际细菌类群主要为放线菌纲(Actinobacteria)、α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)和嗜热油菌纲(Thermoleophilia)。细菌群落组成按生态区聚类,且样本空间距离和细菌群落相似度显著负相关。共现性网络分析表明,烤烟根际细菌群落间协同作用大于拮抗作用,武陵秦巴生态区、黄淮平原生态区、南岭丘陵生态区和沂蒙丘陵生态区细菌群落高度模块化,小单胞菌属(Micromonospora)为南岭丘陵生态区和黄淮生态区细菌共现性网络的网络中心,Bryobacter和气单胞菌属(Arenimonas)为南岭丘陵生态区细菌网络的模块核心,其菌群特性而非相对丰度决定了其在稳定细菌网络中的重要作用。冗余分析结果证实pH、有效铁、交换性镁和有效锰能显著影响烤烟根际细菌群落结构。【结论】烤烟根际细...     

海南东寨港红树林不同植被土壤微生物群落结构比较

【目的】比较不同植被下红树林土壤细菌和古菌的多样性及群落结构,认识红树林土壤微生物资源多样性。【方法】直接提取红树林土壤总DNA,采用细菌通用引物27F/1492R和古菌通用引物Arch21F/Arch958R进行PCR扩增,构建细菌和古菌16S rRNA基因文库,对海南东寨港自然保护区秋茄林、无瓣海桑林和无红树林裸滩土壤的细菌和古菌多样性和群落结构进行分析和比较。【结果】3种土壤样品的细菌类群包括变形细菌门(Proteobacteria)等16个类群,其中变形细菌门(Proteobacteria)与绿屈挠菌门(Chloroflexi)是优势类群;古菌包括6个嗜泉古菌界(Crenarchaeota)类群和7个广域古菌界(Euryarchaeota)类群,分别以Marine Benthic Group C、Marine Benthic Group D为优势类群。多样性指数(H’)和物种丰富度指数(Schao1)表明,本地种秋茄林下土壤细菌和古菌的多样性指数最高,外来种无瓣海桑显著低于秋茄林,甚至明显低于相邻无红树林裸滩沉积物;不同植被下土壤细菌和古菌群落结构存在显著差异,秋茄林土壤微生物群落结构和无红树林裸滩沉积物更相似。【结论】红树林土壤微生物类群丰富,不同植被下土壤细菌和古菌多样性和群落结构存在显著差异。     

基于高通量测序的禁牧对土壤微生物群落结构的影响

麋鹿的采食、躺卧和践踏行为均会对栖息地土壤环境造成影响,进而影响土壤微生物群落结构。利用高通量测序技术,分析江苏大丰麋鹿国家级自然保护区禁牧点和补饲点土壤细菌和真菌群落结构差异,并结合土壤理化性质探究禁牧对土壤微生物群落结构的影响。结果表明细菌群落的优势菌门为变形菌门,真菌群落的优势菌门为子囊菌门。禁牧改变了土壤微生物群落结构,在门水平上提高了变形菌门、放线菌门和担子菌门的相对丰度,降低了绿弯菌门、厚壁菌门和子囊菌门的相对丰度,禁牧点与补饲点土壤微生物群落多样性的相似性较低。冗余分析中,细菌受土壤环境因子的影响大于真菌,其中土壤pH是影响细菌和真菌群落最大的土壤环境因子。研究揭示了禁牧对土壤微生物群落结构的影响,为保护区制定麋鹿生境恢复方案提供参考。     

聚乳酸/聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯对土壤细菌群落结构的影响及其降解菌的筛选

【背景】近年来,聚乳酸/聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯(polylactide/polybutyleneadipateco-terephthalate,PLA/PBAT)可降解地膜得到了广泛的使用,然而材料使用对土壤微生物的影响却鲜有报道。【目的】以新疆土壤为例,研究PLA/PBAT地膜的使用对土壤中微生物群落结构的影响;并从土壤中筛选可降解PLA/PBAT的菌株,为土壤环境的原位修复提供技术支持。【方法】采用高通量测序的方法对比使用PLA/PBAT地膜前后土壤中细菌群落的结构变化;采用筛选培养基从土壤中分离、鉴定PLA/PBAT的降解菌,通过改变不同培养条件研究菌株降解效果。【结果】使用PLA/PBAT地膜后,土壤中酸杆菌门、芽单胞菌门的相对丰度上升,变形菌门、放线菌门的相对丰度下降,这可能是地膜降解过程中其中间产物对土壤pH及微生物的抑制作用所致;并从土壤中分离出一株PLA/PBAT降解菌XJ11,初步鉴定为Delftiatsuruhatensis,在外加1.5%胰蛋白胨的PLA/PBAT (规格1×1×0.05 cm)筛选培养基中,接种菌液1 mL,在pH为7.2、37°C、130 r/min的条件下,7d内PLA/PBAT的降解率可达6.87%。【结论】PLA/PBAT地膜的使用可以改变土壤细菌群落结构,从环境中筛选出高效的PLA/PBAT降解菌成为解决地膜污染的有效措施。     

典型农田土壤中丛枝菌根真菌-根际细菌互作及与氮磷利用的关系

在农业生态系统中,土壤微生物是土壤-作物系统养分循环的重要驱动力,其中丛枝菌根真菌(Arbuscularmycorrhizalfungi,AMF)能够促进作物对养分的吸收,适应逆境胁迫。【目的】进一步揭示AMF和根际细菌群落的跨界网络互作,挖掘与作物氮磷利用显著相关的关键微生物类群,揭示关键类群的生态网络特征。【方法】利用Illumina测序技术对3种典型农田旱地土壤(黑土、潮土和红壤)中AMF和根际细菌群落结构进行分析;构建互作网络并利用偏冗余分析、相关性分析探究了与氮磷利用相关的潜在关键类群。【结果】3种土壤中AMF与根际细菌均以正相互作用为主。不同土壤中AMF与根际细菌互作关系差异明显,在红壤中跨界互作最为密切,其中球囊霉属真菌(Glomus)与根际细菌中的放线菌(Actinobacteria)和变形菌(Proteobacteria)之间的交互作用最多。而在黑土中主要体现为根际细菌的界内互作。与氮磷利用率显著相关的关键微生物类群主要属于球囊霉属真菌、放线菌和α变形菌。【结论】典型旱地土壤中AMF与根际细菌的正相互关系对作物氮磷利用有潜在促进作用,关键类群在有机质和养分贫乏的红壤中可能起到更重要的作用。     

~(13)C-标记秸秆添加对DNA稳定性同位素探针试验结果的影响

【目的】稳定性同位素探针技术(stable isotope probing,SIP)是采用稳定性同位素示踪复杂环境中具有代谢活性微生物的有力工具。然而,在近期利用SIP技术的研究当中,我们发现~(13)C-标记物对试验本身有一定程度影响。例如研究土壤秸秆降解微生物,需将~(13)C-标记作物秸秆添加到土壤,利用微域培养实验和DNA-SIP技术解析主导降解微生物物种。但是~(13)C秸秆的添加以及不同土壤肥力水平是否会影响土壤微生物群落有待商榷。【方法】本研究采集江西鹰潭红壤试验站3种施肥处理(Control、NPK、OM)水稻土壤,分别添加自然丰度(12C)和~(13)C-标记的高丰度水稻秸秆,进行微域培养试验,研究两种秸秆添加下的响应物种以及不同丰度C对生物质气体的累积排放、细菌a-多样性以及群落结构的影响。【结果】研究发现,3种施肥土壤下,2种丰度秸秆处理间C累计排放无差异。但是,寡营养条件(Control)下,~(13)C-标记秸秆处理的细菌a-多样性高,12C秸秆处理群落异质性高,稳定性较差,无差异性物种;与~(12)C秸秆处理相比,富营养条件(NPK和OM)下,~(13)C-标记秸秆处理的细菌a-多样性和群落结构无差异,但存在差异物种,主要集中于变形菌门和稀有物种。【结论】本研究的结果表明~(13)C标记秸秆对微生物群落有一定影响,因此在后续的SIP试验中,高丰度秸秆虽可被用来作为标记底物,但需慎用。     

过量施肥对设施菜田土壤菌群结构及N2O产生的影响

【背景】N_2O是一种很强的温室气体,其温室效应强度大约是CO_2的265倍。土壤氮肥施加量是影响N_2O排放的重要因素,而厌氧条件下微生物反硝化则是N_2O产生的重要途径。【目的】研究过量施肥条件下蔬菜大棚土壤菌群结构变化及其对N_2O气体排放的影响。【方法】利用自动化培养与实时气体检测系统(Robot)监测土壤厌氧培养过程中N_2O和N_2排放通量,比较过量施肥和减氮施肥模式下土壤N_2O排放模式的差异。通过Illumina二代测序平台对这2种不同施肥处理的土壤微生物群落进行高通量测序,研究不同施肥量对土壤菌群组成的影响。【结果】过量施肥土壤中硝酸盐的含量大约是减氮施肥土壤的2倍,通过添加硝酸盐使2种土壤的硝酸盐含量均为60 mg/kg或为200 mg/kg时,过量施肥土壤在厌氧培养前期N_2O气体的产生量及产生速度都明显高于减氮施肥土壤。另外,过量施肥导致土壤菌群结构发生显著改变,并且降低了土壤微生物的多样性。相对于减氮施肥,过量施肥方式富集了Rhodanobacter属的微生物。PICRUSt预测结果显示,传统施肥没有显著改变反硝化功能基因相对丰度。【结论】长期过量氮肥施用显著增加了土壤N_2O的排放,可能原因是施肥改变了包括氮转化相关微生物在内的土壤菌群组成,从而影响了土壤N_2O气体的形成与还原过程。     

哈密露天煤矿不同环境介质微生物群落特征分析

【背景】干旱区露天煤矿开采过程中产生的粉尘颗粒物加剧了土壤生态环境的恶化和矿区空气质量的下降,针对煤矿区土壤和粉尘颗粒物的微生物群落组成的研究鲜有报道。【目的】研究新疆哈密南湖乡露天煤矿土壤、粉尘及大气PM_2.5颗粒物中的微生物群落结构和多样性特征,并预测潜在的功能类群。【方法】采用高通量测序技术,对煤矿露天采坑区和电厂粉煤灰堆放区的土壤、粉尘及大气PM_2.5颗粒物的微生物真菌及细菌群落组成进行比对分析。【结果】矿区优势真菌类群来自子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota),优势细菌类群来自变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)。真菌和细菌群落的丰富度及α多样性在整个矿区内无显著性差异,大气PM_2.5颗粒物的细菌群落生态位宽度显著大于露天采坑区和粉煤灰区。矿区内的土壤和PM_2.5颗粒物样本中均发现了一些丰度差异显著的功能类群,真菌特征功能类群为腐生营养型类群,细菌特征功能类群主要包括甲烷营养型类群、几丁质酶类细菌类群等。【结论】露天煤矿区粉尘可能对区域内土壤和PM_2.5颗粒物的微生物群落结构产生重要影响,具有煤组分降解功能的特定微生物类群可能是维持矿区土壤生态安全的重要微生物学机制之一。     

滴灌对苜蓿根际土壤细菌多样性和群落结构的影响

【背景】细菌作为土壤微生物中的重要类群,能够有效促进土壤物质循环和能量流动,细菌多样性以及群落结构能够反映土壤的质量状况。【目的】了解滴灌条件下苜蓿根际土壤细菌群落结构及多样性变化,探讨土壤环境因子对细菌群落结构的影响。【方法】基于细菌16Sr RNAV3-V4区高通量测序技术,分析比较滴灌与自然降雨两种模式下生长的苜蓿根际与非根际土壤中细菌多样性和群落分布规律,然后采用冗余分析(Redundancy analysis,RDA)探讨土壤环境因子与细菌多样性的关系。【结果】苜蓿根际土壤中细菌多样性丰富,滴灌根际土壤中细菌多样性显著高于自然降雨根际土壤;土壤样品中共检测到细菌46门53纲116目220科469属,主要的优势菌门为变形菌门(Proteobacteria,25.27%-34.42%),其中α-变形菌纲(Alphaproteobacteria,11.41%-18.97%)为优势亚群,鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas,1.00%-4.54%)为优势属。相较于自然降雨,滴灌条件下苜蓿根际土壤细菌的6个门和16个属的群落结构发生显著变化;此外,RDA分析表明,不同环境因子对微生物群落的影响不同,滴灌根际土壤中9个细菌属的丰度与全磷、全钾、有效磷、碱解氮、有机质、土壤中性磷酸酶以及土壤脲酶的含量显著正相关。【结论】滴灌作为新型节水技术,在促进植物生长、提高产量、节约成本的基础上增加了植物根际土壤中细菌多样性和丰度,该结果为新型灌溉体制的改革以及土壤微生物资源的开发利用提供科学数据。