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。     

青岛市不同功能区冬季空气微生物群落代谢与多样性特征

选取青岛市5个功能区(市区街道、海滨区域、饮用水源地、垃圾填埋场和人工湿地污水处理系统),采用SAS ISO100空气浮游菌采样器于2013年冬季采集空气微生物样品,应用BIOLOG方法分析空气微生物群落代谢功能多样性,阐明群落代谢与环境相关性。结果表明,不同功能区空气微生物群落碳源代谢强度存在差异,代谢稳定时,海滨区域和饮用水源地样品平均光密度值(AWCD)分别为0.302、0.210,而人工湿地、市区街道及垃圾填埋场分别为0.063、0.025和0.034,海滨区域和饮用水源地空气微生物群落碳源代谢强度明显高于其他功能区。不同功能区空气微生物群落Shannon指数和Simpson指数接近,但海滨区域和饮用水源地Mc Intosh指数明显高于其他功能区。海滨区域和饮用水源地空气微生物群落碳源代谢类型丰富,代谢水平高,人工湿地、市区街道和垃圾填埋场碳源代谢类型单一,代谢水平低。5个功能区空气微生物群落碳源代谢差异呈现区域性,分异代谢差异的主要是羧酸类碳源。风速、温度、湿度等非生物因素对空气微生物群落碳源代谢具有不同程度影响,且不同功能区主导非生物因素存在差异。BIOLOG方法可以提供大量多维数据,能够分析样品间微生物群落碳源代谢差异,客观、全面表征空气微生物群落碳源代谢多样性特征,是研究空气微生物群落功能多样性较理想的方法之一。     

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．     

北京9个典型板栗园土壤碳代谢微生物多样性特征

土壤微生物多样性与土壤质量存在密切联系,也是目前的研究热点。从北京板栗主产区采取9个典型板栗园表层(0—20cm)土壤,采用BIOLOG生态微平板(BIOLOG Eco PlateTM)分析土壤微生物碳代谢群结构,旨在了解不同板栗园土壤微生物碳代谢功能群结构的特点与差异。结果表明:9个土壤可分为3组:(1)1,6,9号土壤、(2)2,5,7号土壤、(3)3,4,8号土壤。组内土壤微生物碳代谢功能群结构相似,而每组之间有显著性的差异。其中,1,6,9号土壤利用D-羟基丁二酸等7种基质的微生物比较多;而利用葡萄糖-1-磷酸盐等14种基质的微生物比较少,2,5,7号土壤与1,6,9号土壤正好相反,3,4,8号土壤与1,6,9号土壤的相似之处表现在代谢D-羟基丁二酸等7种基质的微生物也比较多,而代谢i-赤藻糖醇、D-木糖、2-羟基安息香酸等基质的微生物比较少。但是,目前对于土壤微生物碳代谢功能群多样性在土壤可持续利用中的作用与意义,特别是与土壤CNP等生物化学过程之间的关系还不清楚。     

武夷山国家自然保护区不同植被类型土壤微生物群落特征

运用BIOLOG微平板技术,对武夷山国家自然保护区不同植被类型土壤微生物群落结构和代谢功能多样性进行研究,探讨不同植被类型对土壤微生物群落的影响.结果表明: 不论是土壤理化性质、酶活性,还是反映土壤微生物代谢功能多样性的平均颜色变化率(AWCD),青冈林和米槠林代表的天然林均明显优于马尾松林和杉木林代表的人工林,荒地最差.AWCD随着培养时间的延长而逐渐增加,但不同植被类型土壤AWCD值具有较大差异.碳水化合物和羧酸类碳源是各植被类型土壤微生物的主要碳源,其次为氨基酸类、酚酸类和聚合物类,胺类碳源的利用率最小.土壤微生物Simpson指数、Shannon指数、丰富度指数和McIntosh指数也呈现天然林高于人工林的趋势.主成分分析表明,从31个因素中提取的与碳源利用相关的主成分1、主成分2分别能解释变量方差的56.3%和30.2%,不同植被类型土壤微生物碳源利用特征出现分异,在主成分分离中起主要贡献作用的是胺类和氨基酸类碳源.研究结果可为进一步探讨植被多样性与土壤微生物多样性之间的关系奠定基础.     

施氮对不同有机碳水平桉树林土壤微生物群落碳代谢的影响

土壤微生物群落碳代谢功能既受土壤氮素水平的影响,也与土壤有机碳水平密切相关,但二者如何共同影响土壤微生物群落碳代谢功能的研究尚不多见。以我国南方广泛种植的桉树林为对象,采用野外控制实验比较研究了4种施氮处理(对照:0kg/hm2,低氮:84.2 kg/hm2,中氮:166.8 kg/hm2,高氮:333.7 kg/hm2)对有机碳水平差异显著的两桉树林样地土壤微生物群落碳代谢功能的影响,结果表明:(1)两种有机碳水平桉树林土壤微生物群落碳代谢强度和代谢碳源丰富度显著不同,高有机碳水平桉树林土壤微生物群落碳代谢强度和代谢碳源丰富度显著高于低有机碳水平桉树林(P0.01);(2)施氮显著改变了桉树林土壤微生物群落的碳代谢强度和代谢碳源丰富度(P0.05),随着施氮水平的升高,土壤微生物群落碳代谢强度和代谢碳源丰富度均呈现先增加后降低的变化规律,但是高、低有机碳水平桉树林土壤微生物群落碳代谢强度和代谢碳源丰富度对施氮梯度的响应各不相同,高、低有机碳水平桉树林的土壤微生物群落碳代谢指标分别在中氮、低氮处理中达到最高值;(3)施氮影响土壤微生物群落代谢的碳源类型主要是碳水化合物类、氨基酸类和羧酸类,土壤微生物生物量是影响土壤微生物碳代谢强度和代谢碳源丰富度的重要因素。由此可知,施氮对土壤微生物碳代谢功能影响,也与土壤本底中有机碳水平的调节有关,所以在研究土壤微生物群落对施氮等条件的响应时,不能忽略土壤中有机碳水平。     

秦岭典型林分夏秋两季根际与非根际土壤微生物群落结构

本试验主要以秦岭山脉锐齿栎(Quercus aliena var.acutidentata)、油松(Pinus tabuliformis)、华山松(Pinus armandii)、云杉(Picea asperata)4种典型林分为对象,利用BIOLOG微孔板法研究4种林分夏、秋两季根际与非根际土壤微生物群落代谢多样性。研究表明:(1)夏、秋季土壤根际与非根际的平均颜色变化率(AWCD)值截然不同,除秋季云杉外,其余处理均表现为非根际根际,且AWCD明显受到季节的影响。(2)夏秋两季4种林分根际与非根际土壤微生物功能多样性之间差异显著,其中锐齿栎林夏秋两季均表现为根际小于非根际,而其它3种针叶林则是夏季根际小于非根际,秋季根际大于非根际;锐齿栎林根际与非根际均为秋季低于夏季,其他3种针叶林则是非根际土秋季低于夏季,而根际土秋季高于夏季。(3)主成分分析显示各土壤微生物功能多样性具有显著差异,且4种林分夏秋两季根际与非根际主成分综合得分也有所不同,4种林分非根际土综合得分锐齿栎最高,其次是华山松和云杉,油松最低;根际土夏秋规律不同,夏季华山松和油松较高,云杉最低,秋季油松和云杉较高,锐齿栎最低,且综合得分与多样性指数达到显著或极显著的正相关。(4)冗余分析表明土壤理化性质的综合作用对土壤微生物群落功能多样性有显著影响。     

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。     

猫儿山常绿阔叶林不同土层土壤微生物群落功能多样性

运用BIOLOG 技术研究了猫儿山亚热带常绿阔叶林不同土层深度的土壤微生物群落功能多样性。结果表明不同土层深度的土壤微生物群落功能多样性差异显著。土壤颜色变化率(AWCD)随培养时间延长而逐渐增加, 但AWCD值随着土层的加深而逐渐降低。不同土层土壤微生物对6 类碳源的利用能力基本一致, 排序为: 氨基酸类＞酯类＞胺类＞酸类＞醇类＞碳水化合物类, 随着土壤深度的加深, 微生物利用各类碳源的能力呈下降趋势, 氨基酸类、酯类和胺类为不同土层土壤微生物的主要碳源。土壤微生物群落Shannon-Weinner 指数、丰富度指数和均匀度指数也随着土壤深度的加深呈下降趋势。主成分分析结果表明, 从31 个因素中提取的与碳源利用相关的主成分1、主成分2 分别能解释总变异的33.32%和23.14%, 在主成分分析中起主要贡献作用的是碳水化合物类、酯类和胺类碳源。土壤理化性质与土壤微生物群落功能多样性的相关性分析结果表明, 总有机碳、速效氮、速效磷和速效钾是造成不同土层土壤微生物群落多样性差异的主要原因。     

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。     

中亚热带森林土壤微生物群落多样性随海拔梯度的变化

运用Biolog EcoPlate技术, 对武夷山不同海拔植被带(常绿阔叶林(EBF)、针叶林(CF)、亚高山矮林(DF)、高山草甸(AM))土壤微生物群落多样性差异进行了研究。结果表明: 不同海拔植被带土壤微生物群落功能多样性差异显著。土壤平均颜色变化率(AWCD)随培养时间延长而逐渐增加, 同一深度土层的AWCD值随海拔升高而逐渐降低, 大小顺序依次为EFB > CF > DF > AM。同一海拔植被带, 不同深度土层的AWCD值总体趋势依次为0-10 cm > 10-25 cm > 25-40 cm。土壤微生物群落Simpson指数、Shannon-Wiener指数、丰富度指数和McIntosh指数的总体趋势为EBF最高, CF和DF次之, AM最低。不同海拔植被带土壤微生物对不同碳源利用强度存在较大差异, 其中EBF利用率最高, AM利用率最低, 碳水化合物和羧酸类碳源是各海拔植被带土壤微生物的主要碳源。主成分分析结果表明, 从31个因素中提取的与碳源利用相关的主成分1、主成分2分别能解释变量方差的75.27%和16.14%, 在主成分分离中起主要贡献作用的是胺类和氨基酸类碳源。土壤微生物群落多样性随着海拔上升、土层加深而逐渐下降的原因, 可能是生物量、林分凋落物、土壤养分、微小动物、植物根系等多种因素共同作用的结果。     

大兴安岭火烧迹地恢复初期土壤微生物群落特征

对大兴安岭兴安落叶松2003年重度和中度火烧迹地以及未过火样地的土壤微生物群落进行了考察,旨在揭示火烧迹地恢复初期土壤微生物群落变化特征。研究结果表明火烧迹地土壤养分(全氮、全碳、土壤有机质、有效氮)和土壤水分与未过火对照样地存在显著差异;火烧迹地土壤微生物量碳氮、微生物代谢活性以及碳源利用能力均显著高于对照样地;但火烧迹地与对照样地土壤微生物群落结构指标土壤微生物量碳氮比(MBC/MBN)以及多样性指数没有显著差异。相关分析结果表明:土壤微生物量、代谢活性和碳源利用能力与土壤养分指标(全碳、全氮、速效氮、有机质)和土壤水分含量有显著相关性。主成分分析的结果表明火烧与否是火烧样地与对照样地土壤微生物对碳源利用能力差异的原因。所有样地土壤微生物群落真菌比例较高,可能与该地区土壤酸碱度有关(pH=4.12—4.68)。经过6a的恢复,重度和中度火烧迹地的土壤养分和水分、土壤微生物群落的生长、代谢、以及群落多样性仍存在差异,但均不显著,表明此时火烧程度对土壤微生物群落的影响已很微弱。     

长期不同施肥对稻田土壤微生物群落功能多样性的影响

微生物群落功能多样性对土壤管理具有重要指示作用,施肥措施对土壤微生物群落功能多样性产生重要的影响,从而影响土壤有机质的含量,引起土地碳贮量变化,进而影响到陆地生态系统的碳汇.以位于湖南省桃江县国家级稻田肥力长期定位试验点的土样为研究对象,采用BIOLOG测试板对不同施肥处理下土壤微生物功能多样性进行了研究.研究结果显示,土壤微生物的碳源利用率因长期不同的施肥处理而发生分异.Shannon和Simpson指数的结果显示所有施肥处理均有利于维持微生物群落多样性,但秸秆还田和习惯施肥使群落均匀度(McIntosh指数)降低.主成分分析表明,试验点土壤微生物群落利用的主要碳源为氨基酸类和糖类,但不同施肥处理碳源利用类型有差异.结果可以得出,不同的施肥对土壤微生物功能多样性产生了不同影响,从而影响土壤有机质中碳、氮含量.这些信息可以为深入研究施肥对全球碳氮循环以及全球气候变迁提供依据.     

秦岭太白山不同林带土壤微生物呼吸速率及其影响因素

为探究森林土壤微生物呼吸对温度的敏感性及其影响因素,在太白山选取典型的4个不同海拔的林带（锐齿栎林、辽东栎林、红桦林、牛皮桦林）的0-10 cm表层土壤为对象,分别在15、25、35℃下进行控温培养实验并测量其土壤呼吸速率、微生物量和胞外酶活性等指标。结果表明：1）在1-20 d与20-72 d时的微生物呼吸速率分别呈现波动下降趋势与缓慢下降趋势,相比于其初始速率平均下降了68%与90%;表明高温在短期内促进土壤呼吸;2）太白山地区土壤温度敏感系数（Q₁₀）随温度的升高而降低;3）在培养过程中,出现15℃和25℃下微生物量先增多后减少,35℃下微生物量一直减少的现象,并且胞外酶是影响土壤微生物呼吸的重要因素,其中BG（β-葡萄糖苷酶）是胞外酶中最重要的影响因子;4）培养72 d以后,BG已无法为微生物生长繁殖提供充足的碳,在25℃和35℃下,由BX（β-木糖苷酶）提供的碳已成为微生物生长繁殖的重要碳源之一。在15℃和25℃下,N是培养前期限制土壤呼吸的因素,C是后期限制因素;在35℃下,N一直是限制土壤呼吸的因素。在15℃和35℃下,土壤呼吸不存在P限制;在25℃的培养前期,P是限制土壤呼吸的因子,而在培养后期不存在P限制。本研究结果阐明抑制土壤碳排放的关键在于抑制土壤微生物呼吸,揭示了在胞外酶驱动下的土壤碳循环特征,为准确预测全球未来气候变化的趋势提供理论基础。     

不同密度杉木林对林下植被和土壤微生物群落结构的影响

为揭示土壤养分和细菌群落对林下植被调控的响应机制, 调查了浙江开化3种林分密度(高密度(KH)、中密度(KM)和低密度(KL))的17年生杉木人工林林下植被和生物量, 测定土壤理化性质, 并基于16S rDNA高通量测序技术分析细菌群落结构变化。结果表明, 3种密度的杉木林下植被地上部分总生物量为0.10-2.10 t·hm^-2, 且优势植物物种差异显著。理化性质测定分析发现, 高密度与低密度林分的土壤pH、有效磷含量差异显著。相关性分析表明, 土壤pH与林下植被中草本、灌木生物量及总生物量均呈显著正相关关系, 土壤有机质含量与灌木植被生物量及林下植被总生物量呈显著正相关关系, 速效钾含量与灌木植被生物量呈显著正相关关系。土壤微生物群落结构分析可知, 3种密度杉木林地土壤中酸杆菌门、变形菌门、放线菌门和绿弯菌门为优势菌群, 总相对丰度占比超过80%。冗余分析(RDA)表明土壤pH、碱解氮、有效磷和速效钾含量是土壤细菌群落结构变化的关键影响因素。酸杆菌门的优势亚群为Gp2、Gp1、Gp3和Gp6, 占酸杆菌群的51.32%-57.38%, 且随林分密度降低, 林下植被增多, Gp1占比增大, Gp2和Gp6占比下降; Gp6相对丰度与pH呈极显著负相关关系。可见, 杉木纯林经营中适度降低林分密度有利于林下植被生长和良好细菌群落结构保持, 有利于维持杉木林地土壤肥力, 实现可持续经营。     

不同干扰方式下松江湿地土壤微生物群落结构和功能特征

以松江湿地为研究对象,采用磷脂脂肪酸(PLFA)和BIOLOG微平板法,系统分析4种干扰方式(农业、工业、旅游和保护)对湿地土壤微生物群落结构和功能的影响。结果表明,微生物对碳源利用能力由强到弱依次为:滨江湿地(保护)金河湾湿地(旅游)白鱼泡湿地(旅游)太阳岛湿地(旅游)呼兰河口湿地(农业)阿什河湿地(工业)。松江湿地土壤微生物对羧酸类、糖类和氨基酸类碳源利用率较高,而对多聚物类、酚类和胺类的利用率较低,其中羧酸类和糖类是影响微生物群落代谢功能的敏感碳源。松江湿地土壤微生物以细菌为主,占总PLFA的69.72%—80.97%,真菌次之(9. 20%—23. 51%),放线菌最少(6.77%—9.82%); Shannon多样性指数以滨江湿地最高(2.994),阿什河湿地最低(2.881)。RDA分析表明,受工业、农业干扰的阿什河湿地和呼兰河口湿地微生物群落结构与TN、NO_3~--N和NH_4~+-N呈显著正相关(P0.05);受旅游干扰的太阳岛湿地微生物群落结构与pH呈显著正相关;而同样受旅游干扰的白鱼泡和金河湾湿地微生物群落结构与p H呈显著负相关;受保护的滨江湿地微生物群落结构主要受TC/TN影响。     

秦岭山地华山松林群落学特征研究

以秦岭南坡华山松群落为对象,分析了其群落特征,结果表明,华山松群落共容纳种子植物166种,分属51科111属,区系组成丰富;在植物区系地理成分上,属的分布类型以温带性质居多,共65个,占总属数的66．7％,表明了群落植物区系组成的温带亲缘;在群落外貌特征上,华山松群落高位芽植物最多,占75．9％,叶级以中型叶为主,共96种,占57．8％,叶型以单叶为主,共139种,占83．7％;群落可分为乔、灌、草3个层次,亦有层间植物伴生;随年龄增长,群落中华山松种群空间结构呈集群分布→随机分布→集群分布变化,聚块指标变化不大,其聚块面积在100m^2左右波动;种群格局强度随年龄阶段变化缓慢,处于较弱的生境异质性变化状态中;尽管缺失某些年龄阶段的幼数、幼苗现象存在,华山松林作为一个稳定群落在该区域仍占有优势地位。