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。     

大气CO2浓度升高对不同施氮土壤酶活性的影响

利用中国唯一的无锡FACE（Free-air CO₂ enrichment,开放式空气CO₂浓度升高）平台,研究了大气CO₂浓度升高对土壤β-葡糖苷酶、转化酶、脲酶、酸性磷酸酶、β-氨基葡糖苷酶的影响。研究发现,不同氮肥处理下大气CO₂浓度升高对某些土壤酶活性的影响不同。在低氮施肥处理中,大气CO₂浓度升高显著降低β-葡糖苷酶活性,但是在高氮施肥处理下,大气CO₂浓度升高显著增加β-葡糖苷酶活性。在低氮和常氮施肥处理中大气CO₂浓度升高显著增加了土壤脲酶活性,但在高氮水平下影响不显著。在低氮、常氮施肥处理中,大气CO₂浓度升高对土壤酸性磷酸酶活性没有影响,而在高氮施肥处理中显著增强了土壤中磷酸酶活性。大气CO₂浓度升高对土壤转化酶活性和β-氨基葡糖苷酶的活性有增加趋势,但影响不显著。研究还发现,在不同的CO₂浓度下,土壤酶活性对不同氮肥处理的响应也不同。在正常CO₂浓度下,土壤中β-葡糖苷酶活性随着氮肥施用量的增加而降低,而在大气CO₂浓度升高条件下,却随着氮肥施用量的增加而增加。在大气CO₂浓度升高条件下,高氮施肥显著增加了转化酶和酸性磷酸酶活性,而在正常CO₂浓度下,影响不显著。在大气CO₂浓度升高条件下,氮肥处理对脲酶活性的影响不大,但在正常CO₂浓度下,脲酶活性随着氮肥施用量的增加而增加。氮肥对β-氨基葡糖苷酶活性的影响不明显。     

高寒生态系统微生物群落研究进展

高寒生态系统分布在高纬度或高海拔、气候寒冷的地区,包括北极苔原、高山苔原、青藏高原等.高寒生态系统对气候变化非常敏感,其土壤中储存大量的有机碳,对全球的碳平衡起关键作用.微生物是生物地球化学循环的主要驱动者,微生物群落对气候变化的响应和反馈影响生态系统的功能与稳定性.本文回顾了高寒生态系统微生物群落组成、多样性与空间分布,以及微生物群落对气候变化(增温、氮沉降、火干扰)的响应,为拓展我国高寒生态系统微生物研究提供基础.     

长白山不同海拔梯度裸肉足虫群落分布特征

裸肉足虫作为联结微生物和大中型土壤动物的重要环节,在土壤生态系统物质循环和能量流动过程中起着重要作用。为探明裸肉足虫群落沿海拔梯度的分布特征及其主要驱动因子,作者在长白山北坡选择不同海拔梯度(700 m、1,000 m、1,300 m、1,600 m、1,900 m和2,200 m),采用最大可能数法对裸肉足虫进行了培养计数,并采用平板培养、标记、分离再培养的方法进行了分类鉴定,分析比较了不同海拔梯度裸肉足虫的群落组成和结构特征。结果表明:长白山北坡裸肉足虫物种丰富,不同海拔梯度裸肉足虫丰富度指数存在显著差异,且与土壤酸碱度呈极显著正相关关系。其中林分较为单一的岳桦(Betula ermanii)林带(1,900 m)裸肉足虫丰富度最低,位于植被交错带的针阔混交林带(1,000 m)裸肉足虫丰富度最大,Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数在不同海拔梯度间不存在显著性差异,但变化趋势与丰富度一致。聚类分析结果显示,1,300 m、1,600 m和1,900 m海拔带以及700 m和2,200 m海拔带裸肉足虫群落组成较为相似。典范对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)显示,裸肉足虫群落组成和结构主要受土壤酸碱度、铵态氮以及碳氮比的影响,而海拔和土壤含水量对其没有显著影响。综上,裸肉足虫群落多样性随海拔梯度的增加并未呈现递减或单峰的变化趋势,土壤的基本理化性质是驱动裸肉足虫群落分布的主要因素;此外,地上植被也可能通过凋落物和根系分泌物间接影响裸肉足虫的群落组成和多样性。     

青藏高原高寒草地地下生物多样性:进展、问题与展望

栖息于土壤中的微生物和微型动物种类繁多、数量巨大,在对地上生物多样性的调控和在生态系统功能与服务的维系中,具有举足轻重的作用。虽然对土壤微生物以及土壤动物已经开展了广泛的调查,但是整体上对于地下生物多样性的分布格局、驱动机制及其对全球变化的响应与适应过程,仍缺乏深刻的认识。青藏高原是全球变化的敏感区域,其中高寒草地是高原最主要的植被类型,占高原面积的60%左右,在高寒生态系统生物多样性维持中具有重要意义。近年来,已有大量研究关注于高寒草地地下生物多样性,但是缺乏系统的总结与论述。基于此,本文从细菌、真菌、古菌、线虫、节肢动物五大土壤生物类群出发,阐述了青藏高原高寒草地的地下物种丰富度、分布格局及其影响因素,重点探讨了它们对气候变化和人类活动的响应,并就未来高寒草地地下生物多样性亟需关注的关键问题进行了展望,包括:(1)地下各个生物类群的分布格局、各类群之间的联系及驱动机制;(2)地上与地下生物多样性耦联的机制;(3)地下生物多样性对生态系统功能和健康的影响;(4)地下生物多样性的调控实验研究。     

稻田生态系统中丛枝菌根真菌的研究进展

水稻是世界上近一半人口的主粮作物,也被认为是研究丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)与非豆科植物共生的模式寄主植物。由于研究手段的限制,长期以来对稻田AMF多样性和生态功能的认识不够深入。近10年来,随着高通量测序技术的发展,越来越多的研究表明,AMF在稻田生态系统中普遍存在。新技术的发展极大地推动了稻田生态系统中AMF生态功能及其与水稻互作的研究。本文综述了稻田生态系统丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal, AM)共生体的建立、AMF的多样性及其影响因素、AMF的生态功能、AMF在水稻栽培中的潜在应用等,并对未来AMF与水稻研究进行了展望。研究表明,AM共生体的建立依赖AMF和水稻间一系列复杂的信号识别、交换和传导机制;相较于稻田湿地环境,旱作环境水稻根中AMF的定殖率更高,而且受寄主植物、环境因子和栽培管理措施等因素影响;AMF在调控水稻生长、营养吸收、抵御环境胁迫、降低稻田甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)排放等方面发挥着重要功能;AMF与其他微生物联合作用可以更好地帮助水稻吸收养分和抵御环境胁迫。基于稻田生态系统A...     

浙江慈溪不同利用年限水稻土微生物生物量与酶活性比较

测定了浙江慈溪5个不同利用年限水稻土(50～2000 a)的微生物生物量C、N和过氧化氢酶、转化酶、脲酶、磷酸酶的活性,分析了水稻土的生物化学环境质量与利用年限的相关性.结果发现,随着利用年限的延长,水稻土的微生物生物量C与N均趋于下降,其中微生物生物量N能较灵敏地反映利用年限造成的差异(p=0.091);水稻土的过氧化氢酶与转化酶活性均呈下降趋势,其中过氧化氢酶活性与利用年限之间确有线性回归关系(p = 0.042);水稻土的脲酶活性不呈显著变化规律,而磷酸酶活性显著上升,其与利用年限之间确有线性回归关系(p = 0.022).总体表明,利用年限延长虽然会降低水稻土中微生物的生物量和整体活性,但对水稻土的肥力并没有产生不良影响,相反对水稻土的供磷能力有保育和增强作用,而对水稻土的供氮能力没有定向影响.     

干湿交替水分胁迫对水稻土细菌群落影响的研究

【目的】连续3次风干-湿润循环培养水稻土,在DNA和RNA水平下,探究细菌对干湿交替胁迫的响应机制,明确风干水稻土能否代替新鲜土壤进行细菌群落组成分析。【方法】针对我国江苏省常熟市水稻土,开展新鲜土壤的3次风干-湿润循环连续培养处理(每次循环中风干、湿润状态各维持7 d),在DNA和RNA水平应用16S rRNA基因高通量测序和实时荧光定量PCR技术,分析细菌数量和群落组成的变化规律。【结果】在湿润-风干过程中,DNA水平细菌数量降幅高达300–771倍,但RNA水平仅为1.95–5.60倍。在DNA水平,风干土细菌多样性与湿润土无显著差异,但在RNA水平,风干土明显高于湿润土。非度量多维尺度及共发生网络分析表明,水稻土干湿交替过程中,土壤细菌的群落结构发生显著改变(P<0.05);在DNA和RNA水平,水稻土在干湿交替过程中均检测到8个相同的优势菌门,占所有微生物90%以上,但不同门相对丰度变化显著(P<0.05)。在DNA和RNA水平,湿润-风干处理显著增加绿弯菌门(Chloroflexi)和放线菌门(Actinobacteria)的相对丰度,显著降低变形菌门(Prot...     

大气CO2浓度升高对不同施氮土壤酶活性的影响

利用中国唯一的无锡FACE（Free-air CO2 enrichment,开放式空气CO2浓度升高）平台,研究了大气CO2浓度升高对土壤β-葡糖苷酶、转化酶、脲酶、酸性磷酸酶、-氨基葡糖苷酶的影响。研究发现,不同氮肥处理下大气CO2浓度升高对某些土壤酶活性的影响不同。在低氮施肥处理中,大气CO2浓度升高显著降低-葡糖苷酶活性,但是在高氮施肥处理下,大气CO2浓度升高显著增加β-葡糖苷酶活性。在低氮和常氮施肥处理中大气CO2浓度升高显著增加了土壤脲酶活性,但在高氮水平下影响不显著。在低氮、常氮施肥处理中,大气CO2浓度升高对土壤酸性磷酸酶活性没有影响,而在高氮施肥处理中显著增强了土壤中磷酸酶活性。大气CO2浓度升高对土壤转化酶活性和-氨基葡糖苷酶的活性有增加趋势,但影响不显著。研究还发现,在不同的CO2浓度下,土壤酶活性对不同氮肥处理的响应也不同。在正常CO2浓度下,土壤中β-葡糖苷酶活性随着氮肥施用量的增加而降低,而在大气CO2浓度升高条件下,却随着氮肥施用量的增加而增加。在大气CO2浓度升高条件下,高氮施肥显著增加了转化酶和酸性磷酸酶活性,而在正常CO2浓度下,影响不显著。在大气CO2浓度升高条件下,氮肥处理对脲酶活性的影响不大,但在正常CO2浓度下,脲酶活性随着氮肥施用量的增加而增加。氮肥对β-氨基葡糖苷酶活性的影响不明显。     

绰墩山遗址古水稻土细菌与古菌群落的PCR-DGGE分析

在江苏苏州绰墩山遗址考古发掘中,发现了在剖面不同深度埋藏的距今约6280 a的新石器时期灌溉古水稻田土层和距今约3320 a的商周时期的古水稻田土层.为了解古代水稻种植活动对土壤中细菌、古菌及产甲烷古菌群落多样性的影响,以土壤剖面P-01(包含100～116 cm新石器时期水稻土,42～57 cm商周时期水稻土,0～15 cm现代水稻土和174～200 cm土壤母质)为对象, 利用细菌、古菌及产甲烷古菌群落16S rDNA的高可变区V3区的PCR-DGGE分析技术,研究了不同土层细菌、古菌及产甲烷古菌群落多样性.结果表明:利用PCR-DGGE技术成功获得了古水稻土细菌、古菌及产甲烷古菌群落的分子指纹图谱.现代水稻土、商周时期古水稻土和新石器时期古水稻土中细菌、古菌及产甲烷古菌群落的DGGE条带类型各不相同, 并且DGGE条带类型都较母质层丰富多样.UPGAMA聚类分析可以将不同时期水稻土及母质层的细菌、古菌及产甲烷古菌群落区分开来.埋藏古水稻土中仍有较多的细菌、古菌与产甲烷古菌存活.与母质层相比,不同时期水稻种植活动均增加了细菌、古菌与产甲烷古菌群落多样性.不同时期水稻种植活动可以引起特异性的细菌、古菌与产甲烷古菌群落发育,而且不同的栽培措施可能导致不同的优势种群.