豆科作物间作燕麦对土壤固氮微生物丰度和群落结构的影响

利用荧光定量PCR和高通量测序的研究方法,比较了3种种植模式(燕麦单作,O;大豆/燕麦,OSO;绿豆/燕麦,OMO)对燕麦土壤固氮微生物数量和群落组成的影响.结果表明: 与大豆和绿豆间作显著改变了燕麦土壤的理化性质.燕麦土壤固氮微生物nifH基因拷贝数为每克干土1.75×10¹⁰～7.37×10¹⁰,拔节期和成熟期OSO和OMO中nifH基因拷贝数分别是O中的2.18、2.64和1.92、2.57倍,且各处理成熟期nifH基因拷贝数显著低于拔节期.样品稀释性曲线和覆盖度结果表明,各样品nifH基因测序结果可靠.与绿豆间作显著提高了燕麦土壤nifH基因的多样性.各样品固氮微生物属水平上优势类群均为Azohydromonas、固氮菌属、慢生根瘤菌属、Skermanella和在属水平上无法归类的固氮微生物,但各优势类群相对丰度存在差异.样品OTU的venn分布和主成分分析显示,拔节期和成熟期nifH基因群落结构存在差异,两个生育时期OSO和OMO具有更相似的nifH基因群落结构.表明与大豆和绿豆间作可显著提高燕麦土壤固氮微生物的数量,并影响固氮微生物的群落组成.     

施用生物质炭对采煤塌陷区土壤氨氧化微生物丰度和群落结构的影响

生物质炭作为一种新型土壤改良剂,施入土壤不仅能提高肥力,改善土壤结构,还能够影响土壤氮素的转化.本文利用培养试验研究施用生物质炭对采煤塌陷区土壤性质及氨氧化菌丰度和群落结构的影响.结果表明: 生物质炭显著提高土壤铵氮(NH4⁺-N)、全氮、有效磷和速效钾含量.生物质炭施用量对氨氧化古菌(AOA)丰度没有显著影响,但是增加施用量显著提高了氨氧化细菌(AOB)丰度.对T-RFLP数据进行分析发现,生物质炭提高了AOA和AOB多样性,并在一定程度上改变了AOA和AOB群落结构.施用生物质炭提高了采煤塌陷区土壤养分含量,并在一定程度上提高了氨氧化菌的丰度和多样性,表明生物质炭对塌陷区复垦土壤具有培肥改良的潜能.     

土壤改良剂对黄河三角洲滨海盐碱土生化特性的影响

以黄河三角洲滨海盐碱土为研究对象,采用4因素4水平正交设计试验,将牛粪(A)、石膏(B)、秸秆(C)、保水剂(D)4种改良剂设置成不同比例,对黄河三角洲滨海盐碱土生化特性进行改良试验,以期筛选出适宜的改良方案。结果表明:牛粪(A)、石膏(B)、秸秆(C)3种改良剂对土壤呼吸强度、土壤磷酸酶、土壤脲酶、土壤脱氢酶和土壤微生物碳氮改良效果明显,保水剂(D)对土壤微生物碳氮改良效果明显,各处理间差异显著。各改良剂对盐碱土各生化指标的贡献值存在差异,综合考虑土壤呼吸强度、土壤酶、土壤微生物碳氮适宜配方为A_4B_3C_2D_2,土壤呼吸强度、土壤磷酸酶、土壤脲酶、土壤脱氢酶和土壤微生物碳氮分别比对照增高109.64%,89.54%,62.20%,81.75%,60.50%,118.00%,相关分析表明,除微生物氮和脲酶相关不显著外,上述各土壤生化指标间均显著相关,研究结果可为黄河三角洲盐碱土的改良利用提供一定的理论依据。     

集约经营对毛竹林土壤固氮细菌群落结构和丰度的影响

为揭示集约经营对毛竹林土壤固氮细菌群落特征的影响,采用变性梯度凝胶电泳(DGGE)和荧光定量PCR技术,分析集约经营0(CK)、10、15、20、25年毛竹林土壤固氮菌群落结构和丰度的变化规律,并探讨了影响土壤固氮菌群落的主要环境因素.结果表明： 毛竹林集约经营导致土壤pH下降而速效养分积累;集约经营初期(10年)和后期(25年)土壤固氮细菌的群落结构与对照相似,而中期的15年和20年则与对照差异较大.固氮菌多样性指数和丰度均呈现先减少后增加的趋势,经营15年时达到最小值;土壤固氮细菌表现出对集约经营干扰的抵抗和恢复反应.冗余分析表明,土壤速效钾、水解氮、硝态氮和铵态氮的含量与固氮菌群落结构的变化有较强的相关性,表明集约经营措施导致了土壤固氮细菌短期的变化,但长期而言,不会对土壤固氮细菌产生不良影响.     

添加生物质炭对桉树人工林土壤磷组分及转化的影响

为改善我国亚热带桉树人工林土壤磷(P)供应不足的状况,该研究利用生物质炭(BC)作为土壤改良剂,以桉树人工林(林龄为15年)土壤为研究对象,通过室内培养试验,分别加入不同用量 [0(CK)、2%、5%、10%和20%]的BC,重点探究不同用量BC对土壤P组分及转化的影响及其与土壤理化性质之间的关系。结果表明:(1)与CK相比,20%的BC添加量显著提高了土壤硝态氮(NO₃^--N)、全磷(TP)、微生物生物量磷(MBP)含量和pH值(P<0.05),而2%、5%和10%的BC添加量仅显著提高了MBP和pH值(P<0.05),对其他土壤理化指标无显著影响。(2)与CK相比,2%的BC添加量显著提高了易利用性磷(LP)(P<0.05),5%和10%的BC添加量显著提高了速效磷(AP)和LP(P<0.05),20%的BC添加量显著提高了AP、LP和难利用性磷(OP)(P<0.05),但中等程度利用性磷(MP)在4种BC添加量下均无显著变化。(3)与C、N和P转化相关的β-葡萄糖苷酶(BG)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、蛋白酶(LAP)和酸性磷酸酶(ACP)活性均在10%和20%的BC添加量下显著高于CK(P<0.05)。(4)相关分析结果表明,ln(BG)和ln(NAG+LAP)均与ln(ACP)呈显著正相关(P<0.05); 冗余分析(redundancy analysis,RDA)表明,pH、TN和TP是驱动桉树人工林土壤P组分变化的最主要因素; 结构方程模型(structural equation model,SEM)进一步表明,pH、C:P和N:P是驱动土壤P转化的最关键因子。综上所述,不同用量BC主要通过影响土壤理化性质提高与C、N循环相关的酶活性,并在一定程度上改善桉树人工林土壤的P供应潜力,其中以高浓度BC添加量(20%)的效果最佳。该研究对指导我国桉树人工林土壤养分管理及促进林业可持续发展具有重要意义。     

生物质炭添加对红壤性水稻土重金属有效性及土壤质量的影响

通过田间定位试验探讨了不同生物质炭添加量对红壤性水稻土理化性质、重金属有效性和土壤质量的影响。生物质炭于2017年水稻种植前一次性添加于耕作层(0～17cm),分别设置5个不同处理:CK:0 t·hm^-2,A10:10 t·hm^-2,A20:20 t·hm^-2,A30:30t·hm^-2和A40:40 t·hm^-2,经种植两季水稻后于2018年9月采集耕作层(0～17 cm)和犁底层(17～29 cm)土壤,计算土壤质量指数(SQI),评价土壤质量。结果表明:在耕作层(0～17 cm)和犁底层(17～29 cm),随着生物质炭添加量的增加,土壤容重逐渐降低;土壤孔隙度、pH值、有机质和可溶性有机碳含量增加,铵态氮和有效磷分别在添加量为20和30 t·hm^-2时达到最大值;土壤中脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶的活性降低;生物质炭能够降低有效态Cd、As和Pb的含量,在生物质炭添加量为40 t·hm^-2时最低;在土壤耕作层(0～17cm),有效态...     

设施蔬菜种植年限对氮素循环微生物群落结构和丰度的影响

以甘肃武威设施菜地为研究对象,采用末端限制性片段多态性分析(PCR-T-RFLP)和实时荧光定量PCR(real-time PCR)相结合的方法,研究了设施菜地种植3、9、14、17年等年限下土壤中细菌、氨氧化细菌(AOB)和nirK型反硝化细菌群落结构和丰度的变化.结果表明: 设施菜地中细菌、氨氧化细菌和nirK型反硝化细菌优势种群及丰度与大田明显不同,并随种植年限不同发生变化.随种植年限的增加,细菌和nirK型反硝化细菌的丰度呈现先增后减的趋势,分别在种植14年和9年达到最大,0～20 cm土层为每克干土9.67×10⁹、2.30×10⁷个拷贝数,是种植3年的1.51、1.52倍;而氨氧化细菌的丰度则呈现出先减后增的趋势,在种植14年的0～20 cm土层为每克干土3.28×10⁷个拷贝数,仅是种植3年土壤的45.7%,说明设施菜地中参与氮素循环的功能微生物生态适应机制存在显著差异.研究结果为进一步研究设施栽培条件下土壤微生物的适应机制等奠定了基础.     

生物质炭添加对喀斯特地区坡耕地黄壤水分入渗过程的影响

为探究生物质炭添加对喀斯特地区土壤水分入渗特性的影响,本研究以坡耕地黄壤为对象,采用室内土柱模拟的方法,研究不同添加量(质量分数为0、1%和2%)和不同粒径(粒径大小为<0.25、0.25～1和>1 mm)生物质炭添加下土壤水分累计入渗量、入渗速率及湿润锋进程的变化特征,并对入渗过程进行模拟。结果表明: 在定容重条件下,添加生物质炭后土壤的入渗过程明显受到抑制,添加生物质炭土壤的累计入渗量和入渗速率显著低于未添加生物质炭土壤,生物质炭添加量为1%和2%土壤的累计入渗量和入渗速率无显著差异。不同粒径生物质炭添加下,土壤累计入渗量从大到小依次表现为<0.25、0.25～1和>1 mm。与CK相比,当添加量为1%时,土壤300 min累计入渗量分别下降20.9%、35.2%和45.0%;当添加量为2%时,分别下降21.5%、37.5%和44.2%,说明大粒径生物质炭对土壤入渗的抑制作用显著强于小粒径生物质炭。土壤湿润锋进程对不同含量和不同粒径生物质炭添加的响应趋势与累计入渗量的变化趋势基本一致。Horton和Kostiakov模型能够用于模拟本研究中的土壤水分入渗过程,Horton模型拟合精度高,R²最大(0.91～0.98),均方根误差(RMSE)最小(0.14～0.21),而Kostiakov模型拟合得到的初始入渗速率更接近实测结果。研究结果可为生物质炭的合理施用提供科学依据,也可为喀斯特坡耕地土壤改良和水土保持提供有益参考。     

施肥对设施菜地nirK型反硝化细菌群落结构和丰度的影响

采用末端限制性片段多态性分析(T-RFLP)和实时荧光定量PCR(real-time PCR)方法,研究了甘肃武威设施菜地不同施肥条件下0~20 cm、20~40 cm土层中土壤nirK型反硝化细菌群落结构和丰度的变化.结果表明:施肥对土壤中nirK型反硝化细菌的群落结构具有明显影响,且对70、156、190 bp片段所代表设施菜地土壤优势种群影响最显著.施肥对0~20cm土层nirK型反硝化细菌丰度有明显影响,其最大值出现在全有机肥(M)处理、为每克干土2.16×107个拷贝数,分别是对照(CK)和全化肥(NPK)处理的2.04和2.02倍.设施菜地土壤0~20 cm与20~40 cm土层nirK型反硝化细菌的优势种群及其基因丰度均存在显著差异,且设施菜地土壤中nirK型反硝化细菌的群落结构和丰度与大田差异明显.土壤pH值、有机质及硝酸盐含量均影响nirK型反硝化细菌的群落结构和丰度.系统发育分析结果表明,土壤中除存在与厌氧反硝化细菌亲缘相近的nirK型反硝化微生物外,还存在与好氧反硝化菌亲缘关系相近的nirK型反硝化微生物,如根瘤菌属、苍白杆菌属、土壤杆菌属等.     

生物质炭对土壤氮素循环的影响及其机理研究进展

生物质炭因其特殊的理化性质,具有改良土壤、持留养分、提高肥力及增加土壤碳库贮量的作用,成为土壤生态系统生物地球化学循环和农业固碳减排领域的研究热点.作为一种人为输入的新材料,生物质炭将直接或间接地参与土壤氮素物质的周转,进而对土壤生态系统功能产生深远的影响.本文综述了生物质炭输入对土壤生态系统氮素循环的影响研究,重点概述了生物质炭对土壤氮素物质吸附作用以及硝化作用、反硝化作用和固氮作用等生物化学过程的影响,并对其潜在的机理进行了分析.在此基础上,对今后生物质炭与土壤氮素循环的相互作用进行了展望.     

生物质炭对土壤性质及温室气体排放的影响

生物质炭是指生物质如作物残体、畜禽粪便以及其他任何形式的有机物质,在高温缺氧下裂解形成的物质。生物质炭有很多环境效应,最主要的是将碳长期固存在土壤中,缓温室效应,遏制全球气候变暖。生物质炭施入土壤后,能有效改善土壤结构,促进植物对土壤养分的吸收,提高作物产量,可以有效降低温室气体的排放。但大规模的生物质炭施用还存在很多的不确定性,包括工业生产的成本核算、原料的有效性以及生物质炭施用的长期效应的不确定等。本文综述了不同条件下制得的生物质炭的性质差异,生物质炭施入后对土壤物理、化学、微生物性质以及对地-气主要温室气体通量的影响,对水稻产量及稻田温室气体排放的影响,森林火灾发生后产生木炭的一些环境效应。     

冬季太湖表层底泥产毒蓝藻群落结构和种群丰度

应用荧光定量PCR对冬季太湖不同湖区底泥表面有毒微囊藻和总微囊藻种群丰度进行调查,同时基于PCR-DGGE技术对底泥中有毒微囊藻群落结构进行分析。结果表明:微囊藻在太湖底泥表面分布广泛,所有采样点都检测到有毒微囊藻存在,且不同湖区有毒微囊藻和总微囊藻种群丰度存在显著差异,有毒微囊藻和微囊藻基因型丰度范围分别为1.23×10⁴-3.75×10⁶拷贝数/g干重和2.56×10⁴-1.07×10⁷ 拷贝数/g干重,有毒微囊藻与微囊种群丰度的比例为4.8％-35.2％;DGGE指纹图谱显示,冬季太湖不同湖区表层底泥中有毒微囊藻群落结构相似性较高,相似性系数为70.2％-96.0％。虽然不同湖区基因型组成存在差异,但所有样品中占优势的基因型是一致的。同时发现,优势基因型所占的比例与样品的香农多样性指数呈负相关。序列分析表明,mcyA序列长度为291bp,序列相似性超过97％。综合定量PCR结果和底泥中叶绿素a和藻蓝素浓度的测定结果,可以得出2010年冬季太湖蓝藻越冬主要集中在梅梁湾、竺山湾、贡湖湾和湖心。通过建立荧光定量PCR分析方法,为研究湖泊底泥中蓝藻种群丰度动态变化奠定了基础。     

施用生物炭和聚丙烯酰胺对海涂围垦区盐碱土水力性质的影响

通过圆盘入渗试验,探讨不同改良剂施用量下土壤入渗特性的变化,揭示添加生物炭和聚丙烯酰胺(PAM)对海涂围垦区盐碱土水力学参数、孔隙特征及不同级别孔隙水流贡献率的影响.结果表明: 单施2%生物炭,土壤饱和导水率比对照增加46.4%;盐碱土饱和导水率随PAM施用量增加而减小.单施2%生物炭使土壤总有效孔隙度和半径>100 μm的有效孔隙度分别增加8.3%和10.2%.单施PAM时,土壤总有效孔隙度和不同半径孔隙有效孔隙度均有减小趋势,其中,PAM梯度为1‰时最明显,减幅高达88%以上.施用生物炭和PAM后,半径<100 μm的孔隙的水流贡献率呈下滑趋势,半径>500 μm的孔隙对土壤水流运动起主导作用.     

生物质炭对土壤养分淋溶的影响及潜在机理研究进展

农田生态系统中土壤养分淋溶控制一直是农业环境领域的研究热点.生物质炭因其特殊的理化性质,具有增加土壤碳库储量、改善土壤质量和提高作物产量等作用.作为一种外源输入的新型功能材料,生物质炭将直接或间接参与农田生态系统土壤养分循环,并对土壤养分淋溶产生重要影响.本文重点针对生物质炭影响土壤养分淋溶的内在因素(如:生物质炭的物理和化学性质及其与土壤生物的相互作用等)进行分析,并结合生物质炭添加量、土壤类型、土层深度、施肥情况、时间动态变化等外在因素,对生物质炭影响土壤氮磷等养分淋溶情况进行了综述.在此基础上,阐明了生物质炭对土壤养分淋溶的4种潜在影响机制:即通过微孔结构或表面电荷直接吸附养分、通过影响土壤持水能力影响养分淋溶、通过与土壤微生物的相互作用影响养分循环、被吸附的养分优先通过细微生物质炭颗粒发生迁移.最后对生物质炭与土壤养分流失控制领域的研究方向进行了展望.     

施肥对设施菜地nirK型反硝化细菌群落结构和丰度的影响

采用末端限制性片段多态性分析(T-RFLP)和实时荧光定量PCR(real-time PCR)方法,研究了甘肃武威设施菜地不同施肥条件下0～20 cm、20～40 cm土层中土壤nirK型反硝化细菌群落结构和丰度的变化.结果表明： 施肥对土壤中nirK型反硝化细菌的群落结构具有明显影响,且对70、156、190 bp片段所代表设施菜地土壤优势种群影响最显著.施肥对0～20 cm土层nirK型反硝化细菌丰度有明显影响,其最大值出现在全有机肥(M)处理、为每克干土2.16×10⁷个拷贝数,分别是对照(CK)和全化肥(NPK)处理的2.04和2.02倍.设施菜地土壤0～20 cm与20～40 cm土层nirK型反硝化细菌的优势种群及其基因丰度均存在显著差异,且设施菜地土壤中nirK型反硝化细菌的群落结构和丰度与大田差异明显.土壤pH值、有机质及硝酸盐含量均影响nirK型反硝化细菌的群落结构和丰度.系统发育分析结果表明,土壤中除存在与厌氧反硝化细菌亲缘相近的nirK型反硝化微生物外,还存在与好氧反硝化菌亲缘关系相近的nirK型反硝化微生物,如根瘤菌属、苍白杆菌属、土壤杆菌属等.
     

生物质炭施用量对大豆农艺性状和营养物质含量的影响

以大豆品种‘徐豆18'为对象,于2020年5月在邵阳学院试验基地设0(CK)、5、10、20和40 g·kg^-1土壤添加生物质炭处理,分析盆栽大豆的生长发育、农艺性状和营养含量。结果表明: 与CK相比,施用生物质炭对大豆的生育期、株高、单株有效荚数、百粒重、叶片干重、茎秆干重和大豆籽粒中蛋白质、粗脂肪、异黄酮含量均具有显著影响。施用量为20 g·kg^-1时,大豆的发芽率最高,生育期最短,单株有效荚数最多,百粒重最大,籽粒中蛋白质、粗脂肪和异黄酮含量最高。生物质炭施用量为40 g·kg^-1时,大豆株高较高且贪青晚熟,单株有效荚数和百粒重比施用量为20 g·kg^-1时降低。综上,土壤添加生物质炭对大豆农艺性状和营养含量的影响因施用量不同而异,其中20 g·kg^-1为本试验条件下的最佳施用量。     

香蕉假茎生物炭对根际土壤细菌丰度和群落结构的影响

【目的】将香蕉假茎生物炭施加到土壤,探讨香蕉假茎生物炭对香蕉根际土壤微生物的影响。【方法】以香蕉假茎生物炭(BPB)0、1%、2%、3%的质量比与土壤均匀混合。盆栽培养3个月后分离香蕉根际土壤。采用16S rRNA高通量测序技术对根际土壤细菌群落结构和丰度进行表征。【结果】提高BPB施用量可增加土壤有机质、有效钾、有效磷含量,提高土壤pH值,但降低有效氮浓度。在1%BPB样品中获得2278个OTUs,其显示细菌群落中的最大多样性。施加3%的BPB处理土壤,拟杆菌门、疣微菌门和厚壁菌门的相对丰度显著增加;放线菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门明显减少。主成分分析发现,1%BPB和2%BPB处理的样本之间土壤细菌群落相似。【结论】施加不同比例BPB改变了根际土壤中细菌丰度和群落结构,且高比例添加改变更加明显。     

生物质炭对水稻土团聚体微生物多样性的影响

生物质炭施用对土壤微生物群落结构的影响已有报道,但土壤团聚体粒组中微生物群落对生物质炭施用的响应的研究还相对不足。以施用玉米秸秆生物质炭两年后的水稻土为对象,采用团聚体湿筛法,通过高通量测序对土壤团聚体的微生物群落结构与多样性进行分析,结果表明:(1)与对照相比,生物质炭施用显著促进了大团聚体(2000—250μm)的形成,并提高了团聚体的稳定性。(2)不同粒径团聚体间微生物相对丰度存在显著差异。在未施生物质炭的处理(C0)中,随着团聚体粒径增大,变形菌门、子囊菌门、β-变形杆菌目、格孢腔菌目的相对丰度逐渐降低,而酸杆菌门、担子菌门、粘球菌目、类球囊霉目的相对丰度逐渐升高。(3)生物质炭施用显著改变了团聚体间的微生物群落结构。与C0处理相比,生物质炭施用处理的大团聚体中变形菌门、鞭毛菌门和β-变形杆菌目的相对丰度分别显著提高了14.37%、33.28%和33.82%;微团聚体(250—53μm)中酸杆菌门、子囊菌门和粘球菌目的相对丰度分别显著降低了20.15%、19.93%和17.66%;粉、黏粒组分(<53μm)中担子菌门的相对丰度升高90.25%,而子囊菌门和鞭毛菌门的相对丰...     

生物炭添加对麦田土壤微生物群落代谢的影响

研究生物炭和氮肥配施对麦田土壤微生物群落代谢特征的影响,从土壤微生物群落功能多样性变化角度分析麦田生物炭配施氮肥的可行性。试验设置6个处理:不施肥CK、单施生物炭B(生物炭用量30 t·hm^-2)、低氮N₁(氮肥用量150 kg·hm^-2)、高氮N₂(氮肥用量300 kg·hm^-2)、低氮配施生物炭BN₁(生物炭用量30 t·hm^-2,氮肥用量150kg·hm^-2)和高氮配施生物炭BN₂(生物炭用量30 t·hm^-2,氮肥用量300 kg·hm^-2),探讨不同施肥处理麦田土壤微生物群落对糖类、氨基酸类、醇类、酯类、酸类、胺类六大碳源的代谢特征。结果表明:与CK相比,各处理碳源代谢活性分别提高,表现为N₁> N₂> B> BN₁>BN₂&g...     

丛枝菌根真菌和生物质炭对连作西瓜土壤肥力的影响

【背景】作为土壤改良剂生物质炭能够改善土壤条件,促进丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)真菌侵染和植物生长发育。【目的】探究接种AM真菌配合施加生物质炭对连作土壤肥力和西瓜生长的效应。【方法】盆栽‘圆佳’西瓜(Citrullus lanatus)嫁接苗[砧木为‘全能铁甲’南瓜(Cucurbita maxima×C. moschata)],栽培基质为西瓜连作土壤,试验设接种或不接种AM真菌变形球囊霉(Glomus versiforme)并施加0%、1%、2%和4%的生物质炭,共8个处理,测定土壤理化特性、土壤酶活性、土壤微生物数量和植株生长量。【结果】接种AM真菌并施加生物质炭,可显著促进土壤大颗粒团聚体的形成和有机质的矿化,稳定土壤pH,增加土壤细菌和放线菌数量,降低真菌数量,提高土壤蔗糖酶、过氧化氢酶和脲酶的活性,活化土壤矿质养分,最终促进西瓜植株的生长发育。其中,以接种变形球囊霉并施加2%?4%生物质炭组合的效应最大。两者互作在一定程度上提高了连作土壤的pH、饱和含水量及孔隙度,降低了土壤容重,有利于土壤大颗粒团聚体的形成,提高了土壤酶活性,改善了根围土壤微生物组成。【结论】 AM真菌接种配合施加2%?4%的生物质炭可以显著改善连作土壤的肥力状况。