冬季覆盖作物秸秆还田对双季稻田根际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是土壤质量变化重要的指标,不同作物类型的秸秆还田措施对土壤微生物群落功能多样性具有明显的影响。以位于双季稻主产区不同冬季覆盖作物-双季稻种植模式大田定位试验田为研究对象,以冬闲-双季稻种植模式为对照(CK),应用Biolog-GN技术开展黑麦草-双季稻(Ry)、紫云英-双季稻(Mv)、油菜-双季稻(Ra)和马铃薯-双季稻(Po)种植模式条件下不同冬季覆盖作物秸秆还田后对双季稻田根际土壤微生物功能多样性影响的研究。研究结果表明,早稻和晚稻成熟期,与CK处理相比,冬季覆盖作物秸秆还田处理增加了稻田土壤碳源平均颜色变化率(AWCD),以Po处理AWCD均为最高,均显著高于Ry和CK处理。不同冬季覆盖作物秸秆还田处理土壤微生物代谢多样性指数表现出明显的差异,早稻成熟期,Po处理的Richness、Shannon和McIntosh指数均为最高,其次为Ry、Mv和Ra处理,CK处理最低;晚稻成熟期,各处理的Richness、Shannon和McIntosh指数大小顺序均表现为PoRaMvRyCK。土壤微生物碳源利用的主成分分析结果表明,各冬季覆盖作物秸秆还田处理根际土壤微生物利用的主要碳源为氨基酸类和糖类物质,不同处理间碳源利用类型有差异。冬季覆盖作物秸秆还田措施有利于提高双季稻田根际土壤微生物对碳源的利用能力、物种丰富度和均匀度。     

Soil Water Content and Organic Carbon Availability Are Major Determinants of Soil Microbial Community Composition

Exploration of environmental factors governing soil microbial community composition is long overdue and now possible with improved methods for characterizing microbial communities. Previously, we observed that rice soil microbial communities were distinctly different from tomato soil microbial communities, despite management and seasonal variations within soil type. Potential contributing factors included types and amounts of organic inputs, organic carbon content, and timing and amounts of water inputs. Of these, both soil water content and organic carbon availability were highly correlated with observed differences in composition. We examined how organic carbon amendment (compost, vetch, or no amendment) and water additions (from air dry to flooded) affect microbial community composition. Using canonical correspondence analysis of phospholipid fatty acid data, we determined flooded, carbon-amended (+C) microcosm samples were distinctly different from other +C samples and unamended (–C) samples. Although flooding without organic carbon addition influenced composition some, organic carbon addition was necessary to substantially alter community composition. Organic carbon availability had the same general effects on microbial communities regardless of whether it was compost or vetch in origin. In addition, flooded samples, regardless of organic carbon inputs, had significantly lower ratios of fungal to bacterial biomarkers, whereas under drier conditions and increased organic carbon availability the microbial communities had higher proportions of fungal biomass. When comparing field and microcosm soil, flooded +C microcosm samples were most similar to field-collected rice soil, whereas all other treatments were more similar to field-collected tomato soil. Overall, manipulating water and carbon content selected for microbial communities similar to those observed when the same factors were manipulated at the field scale.     

土壤样品长期保存对微生物群落代谢活性和功能类群的影响

【目的】评估土壤长期保存(4个月)对土壤微生物群落代谢活性的影响。【方法】采用Biolog? EcoPlateTM生态板研究4 °C风干保存和?20 °C低温冻存的农田土壤和森林土壤中微生物群落的碳源利用模式。【结果】与新鲜土壤样品相比,长期保存的土壤样品的微生物群落对碳源的利用能力大大降低,其多样性、均匀度和Simpson指数均降低;风干保存和低温冻存两者对土壤微生物的碳源利用的影响没有显著差异;除风干保存的土壤样品中利用多聚物类的微生物类群的代谢活性外,两种保存方法显著降低微生物群落的代谢活性,降低幅度为54.5%–99.8%。【结论】长期保存土壤可能会导致对微生物群落信息的低估,土壤微生物代谢活性研究的最佳样品为新鲜 土壤。     

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。     

Microbial Diversity and Community Structure of Postdisturbance Forest Soils as Determined by Sole-Carbon-Source Utilization Patterns

Abstract The impact of clear-cutting, scarification, and prescribed burning on forest soil microbial community structure was assessed using sole-carbon-source utilization (SCSU). Organic and mineral soil samples were collected on two dates from Pinus banksiana plots that had been clear-cut, clear-cut followed by prescribed burning, clear-cut followed by scarification, or had not been harvested. Microorganisms were extracted from the soil samples and used to inoculate Gram-negative Biolog? plates. Patterns of substrate metabolism were used to calculate Shannon, Simpson, McIntosh, and related evenness indices. Principal component analysis (PCA) resolved organic and mineral soils. Organic soil exhibited higher metabolic diversity than mineral soil. Scarified plots showed lower diversity on one date, when diversity indices were calculated using all carbon sources, and on both dates when calculated using carboxylic acids, only. The results suggest that SCSU may be used to assess the impact of forestry practices on microbial diversity and community structure by using a subset of carbon substrates. Received: 30 July 1996; Accepted 18 November 1996     

基于梯度稀释法分析细菌多样性对土壤碳代谢的影响

为探究土壤微生物多样性对土壤碳代谢过程的影响,利用梯度稀释法(处理D1、D3和D5分别为稀释10-1、10-3和10-5倍)改变土壤样品中原始土壤微生物群落的多样性,以探究土壤微生物群落多样性减少对土壤碳代谢的影响。进行为期6周的预培养实验,以消除梯度稀释法对土壤样品中微生物群落丰度的影响,并通过Q-PCR和高通量测序测定预培养结束后3种土壤样品中细菌丰度及其基因多样性指数(ACE、Chao1、Shannon),以验证预培养实验结果。后加入等量葡萄糖(0.5g/100g干土)继续培养,并于培养期间测定3种处理土壤的碳矿化速率,进行biolog ECO板实验,分析计算各土壤样品中细菌的功能多样性指数(Shannon指数(H)、Simpson指数(D)、McIntosh指数(U))及碳源代谢强度。结果表明:(1)3种处理土壤样品碳矿化速率及累积碳矿化量大小排序为:D1> D3> D5,且D1与D3、D5处理均有显著差异(P<0.05)。(2)D1处理下土壤样品中微生物群落的孔平均颜色变化率(AWCD)、功能多样性指数(Shannon指数(H)、McIntosh指数(U))均显著高于D3、D5处理(P<0.05)。(3)对31种碳源吸光度做主成分分析(PCA)分析,发现3种稀释处理下土壤样品的碳源利用模式存在差异,且D1处理下的土壤微生物群落对碳源的代谢功能大于D3、D5处理。因此,该研究表明土壤微生物多样性的减少会降低土壤的碳矿化速率及其碳源代谢强度,对土壤碳代谢过程产生一定程度的不利影响。     

冬作季节土地管理对水稻土CH_4排放季节变化的影响

通过温室盆栽试验对水稻土CH4 排放的季节变化及冬作季节土地管理的影响进行了研究 .结果表明 ,冬作季节种植紫云英、淹水休闲及干燥休闲但泡水前施用稻草处理泡水后 3 0dCH4 排放量分别高达 13 3d观测期总排放量的 67.5 %、3 5 .5 %及 3 3 .3 % ,且在泡水后第 13天及水稻移栽后第 7、40、91天分别出现 4个CH4 排放高峰 ;而种植小麦和干燥休闲但冬作前施用稻草处理泡水后 5 5dCH4 排放量才占观测期总排放量的 6.74%和 0 .2 7% ,随后至水稻收获CH4 排放通量也不高 .冬作季节土地管理引起的水稻生长期土壤Eh季节变化的差异是造成CH4 排放通量季节变化差异的主要原因     

不同施肥处理与地膜覆盖对土壤微生物群落功能多样性的影响

微生物多样性是表征土壤质量变化的敏感指标。应用Biolog技术探讨了不同施肥处理与地膜覆盖对土壤微生物功能多样性的影响,从微生物功能多样性的角度评价施肥与地膜覆盖对土壤质量的影响。试验结果表明：裸地条件下,肥料合理配施可以增强微生物对碳源的利用程度（AWCD）,显著增加微生物功能多样性（Shannon指数）。地膜覆盖和施肥的交互作用降低了微生物对碳源的利用率,降低微生物的丰富度,改变其均匀度。土壤微生物碳源利用的聚类和主成分分析表明,各施肥处理在碳源的利用上存在较大差异,覆膜加剧了各处理之间的分异程度。糖类和氨基酸类碳源是微生物利用的主要碳源。土壤微生物对碳源利用受到土壤pH、速效钾的显著影响。此外,有机碳、速效氮含量和土壤碳氮比与土壤微生物群落功能多样性密切相关。     

冬作季节土地管理对水稻土CH4排放季节变化的影响

通过温室盆栽试验对水稻土ＣＨ４排放的生节变化及冬作季节土地管理的影响进行了研究,结果表明,冬作季节种植紫云英、淹水休闲及干燥休闲但泡水前施用稻草处理泡水后３０ｄＣＨ４排放量分别高达１３３ｄ观测期总排放量的６７５％、３５．５％及３３．３％,且在泡水后第１３天及水稻移栽后第７、４０、９１天分别出现４个ＣＨ４排放高峰;而种植小麦和干燥休闲但冬作前施用稻草处理泡水后５５ｄＣＨ４排放量才占观测期总排放量的６     

秸秆还田下氮肥运筹对水稻各生育期土壤微生物群落结构的影响

运用磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid,PLFA)和Biolog方法,研究了秸秆不还田不施肥(CK)、秸秆还田+尿素1(N分配:麦收后∶水稻移栽前∶分蘖期∶孕穗期=0∶6∶2∶2,T₁)、秸秆还田+尿素2(N分配:麦收后∶水稻移栽前∶分蘖期∶孕穗期=3∶3∶2∶2,T₂)、秸秆还田+沼液+尿素(N分配:麦收后∶水稻移栽前∶分蘖期∶孕穗期=3(沼液)∶3(2沼液+1尿素)∶2(尿素)∶2(尿素),T₃) 4种氮肥运筹方式对水稻各生育期(分蘖期、孕穗期、成熟期)土壤微生物群落结构的影响。结果表明: 1)T₃处理显著提高了各生育期土壤中的有效氮含量,其中成熟期有效氮含量显著高于分蘖期和孕穗期;T₁～T₃处理的有效磷和速效钾含量在各生育期均高于CK,且分蘖期的含量高于孕穗期和成熟期;稻田各生育期与各处理的交互作用对土壤有效氮、有效磷、速效钾含量均有显著影响;2)T₃能提高稻田土壤中微生物碳源代谢强度,碳水化合物、氨基酸、聚合物、羧酸是稻田土壤微生物利用的主要碳源,稻田各生育期与各处理的交互作用对微生物利用碳水化合物和羧酸的能力有显著影响;3)T₂、T₃能显著提高土壤微生物生物量;T₂处理真菌/细菌比较高,以真菌为主导,更有利于稻田土壤生态系统的稳定。表明秸秆还田同步施用氮肥(尿素或沼液)能提高土壤微生物活性,改善土壤环境。     

青藏高原高寒草甸不同海拔梯度下土壤微生物群落碳代谢多样性

土壤微生物群落功能多样性对维持生态系统功能和稳定性具有非常重要的意义。为探究青藏高原高寒草甸不同海拔梯度下土壤微生物碳源利用差异以及影响机制,运用Biolog微平板技术,研究了西藏当雄县草原站4300—5100 m的6个不同海拔梯度下土壤微生物群落碳源代谢多样性。研究结果表明:(1)不同海拔下高寒草甸土壤微生物碳源的利用程度均随培养时间的延长而升高;微生物代谢活性和群落多样性指数均随海拔升高呈现先上升后下降的单峰变化趋势,整体表现4800 m4950 m4400 m4650 m5100 m4300 m;(2)主成分分析表明不同海拔显著影响了土壤微生物群落碳源代谢多样性,其中碳水化合物类、氨基酸类和胺类碳源是各海拔土壤微生物的偏好碳源;碳水化合物类、羧酸类、氨基酸类和胺类碳源的利用强度受海拔影响较大;(3)分类变异分析表明,土壤、植物和气候因素是影响不同海拔碳源利用变异的主要影响因子,可解释不同海拔的碳源利用差异的79.0%;排除环境因子之间的多重及交互作用,偏曼特尔检验表明土壤含水量、植被丰富度和年均降水量是影响不同海拔微生物碳源利用多样性的最重要的环境因子。综上,研究表明青藏高寒草甸不同海拔土壤微生物碳源代谢多样性呈现显著的海拔差异趋势,其海拔差异主要受到土壤含水量、植被丰富度和年均降水量的影响。     

冬作季节土地管理对水稻土CH4排放季节变化的影响

通过温室盆栽试验对水稻土CH₄ 排放的季节变化及冬作季节土地管理的影响进行了研究.结果表明,冬作季节种植紫云英、淹水休闲及干燥休闲但泡水前施用稻草处理泡水后30dCH₄ 排放量分别高达133d观测期总排放量的67.5%、35.5%及33.3%,且在泡水后第13天及水稻移栽后第 7、40、91天分别出现 4个CH₄ 排放高峰;而种植小麦和干燥休闲但冬作前施用稻草处理泡水后55dCH₄ 排放量才占观测期总排放量的6.74%和 0.27%,随后至水稻收获CH₄ 排放通量也不高.冬作季节土地管理引起的水稻生长期土壤Eh季节变化的差异是造成CH₄ 排放通量季节变化差异的主要原因.     

Stability of bacterial populations in tropical soil upon exposure to Lindane

The effect of the pesticide Lindane on microbial populations was analyzed in soil with a history of contamination with various chemicals, including this pesticide. Soil microcosms were amended with 100 mg Lindane/kg soil and microbial populations were monitored for 70 days. Bacterial cell concentrations, metabolic versatility (whole community Biolog), and genetic diversity (16S rDNA/denaturing gradient gel electrophoresis) were used to monitor microbial communities. Results show the persistence of Lindane in the soil environment; at the end of the experiment, 70% of the added Lindane remained undegraded. A reduction of 50% in bacterial cell concentration was observed in Lindane-amended microcosms during the 2nd week of the experiment. This reduction was correlated with a reduction in the rate of substrate utilization as observed by Biolog. Overall, no effect of Lindane was observed on the metabolic versatility and genetic diversity in these soils, demonstrating the ability of these bacterial populations to tolerate the pressure caused by the addition of pesticides.     

长期施肥对稻田土壤有机氮、微生物生物量及功能多样性的影响

以位于湖南省新化和宁乡县两个稻田肥力长期定位试验点的土样为材料,研究了不同施肥处理对稻田土壤有机氮组分、微生物生物量及功能多样性的影响.结果表明：与不施肥处理（CK）相比,化肥配施有机肥处理提高了稻田土壤酸解总氮（TAHN）及其组分中氨基糖氮（ASN）、氨基酸氮（AAN）和酸解氨态氮（AN）的含量,不同施肥处理对组分中酸解未知氮（HUN）的影响不尽相同.与CK相比,单施化肥处理对土壤微生物生物量碳、氮（MBC、MBN）含量的影响较小,化肥配施有机肥处理则显著提高了土壤MBC和MBN的含量.采用BIOLOG法对土壤微生物群落功能多样性进行测定,结果表明：中、高量有机肥处理提高了稻田土壤微生物的碳源利用率和微生物群落功能多样性;土壤微生物碳源利用的类型因长期不同施肥处理而产生差异.     

有机物料种类及腐熟水平对土壤微生物群落的影响

应用Biolog方法研究了温室盆栽番茄条件下,施用不同种类及不同腐熟水平的有机物料对土壤微生物群落的影响,施用有机物料60d后取土分析土壤微生物群落多样性及土壤微生物对Biolog微平板中胺、氨基酸、糖、羧酸、聚合物和其它类碳源的利用情况,结果表明,施用有机物料可提高土壤微生物群落多样性,施用新鲜酒糟的多样性指数略高于施用腐熟10d酒糟,牛粪不同腐熟水平对多样性影响显著,且对多样性具有正向或负向的影响;对照和施用酒糟的土壤微生物对聚合物的利用率高于施用牛粪处理,施用新鲜物料处理的土壤微生物对聚合物的利用率高于施用腐熟物料处理。     

澳大利亚亚热带不同森林土壤微生物群落对碳源的利用

为阐明土壤微生物群落对碳源利用类型和强度,采用MicroRespTM方法研究3种森林类型不同土壤含水量微生物群落对不同类型碳源的利用情况,结果表明：湿地松（Pinus elliottii Engelm. var. elliotttii）林地土壤微生物碳源利用率依次为60%WHC>20%WHC>40%WHC,南洋杉（Araucaria cunninghamii）和贝壳杉（Agathis australis）林地土壤微生物对碳源利用的格局相似,为20%WHC>60%WHC>40%WHC。南洋杉和贝壳杉林地土壤对碳源利用率趋势相同,主要是对L-苹果酸、草酸和L-赖氨酸利用比较高。在40%WHC处理中,3种树种对碳源的利用均很低,差异不明显。除精氨酸和L-赖氨酸外,60%WHC处理土壤微生物利用单一碳源能力的大小顺序为：南洋杉>湿地松>贝壳杉。3种树种土壤Shannon多样性指数(H’)、Shannon均匀度(E)和Simpson指数(D)均无显著差异。土壤pH值影响微生物对L-丙氨酸、精氨酸、D-( )-葡萄糖、N-乙酰基-氨基葡萄糖的利用率较大,这些类群的微生物主要分布在贝壳杉林地;分布在南洋杉林地的微生物对柠檬酸、L-苹果酸和γ-酪氨酸利用率较大,且主要是受TP的影响;D-( )-果糖、柠檬酸和L-半胱氨酸-盐酸等受水分、TN和TC等影响较大,这类微生物类群主要分布在湿地松林地。     

The effects of flooding for rice culture on soil chemical properties and subsequent maize growth

Summary The effects of flooding and lowland rice culture on soil chemical properties and subsequent maize growth were investigated in two contrasting rice soils of S.E. Australia. The effects of incorporating rice straw, either during or after flooding were also studied. The experiment was conducted in a glasshouse with the use of large intact soil cores.Previous flooding markedly reduced maize growth, leaf P concentration and P uptake, despite the application of a large quantity of P fertilizer after drainage. Soil analyses showed that previous flooding increased the Langmuir sorption terms for maximum P sorption and bonding energy. The availability of P was more closely related to the bonding energy between soil and P than to the capacity of the soils to sorb P. The increases, in the P sorption parameters, were associated with decreases in the crystallinity of the free iron oxides as determined by their oxalate solubility. It was concluded that depressed P supply to maize sown in previously flooded soils was due to stronger P sorption by the drained soils, rather than to P immobilization during flooding.Rice plants grown during flooding reduced the amount of N available to the subsequent maize crop, but did not significantly affect P availability. Rice straw added during flooding did not affect subsequent maize growth, but when added after flooding caused microbial immobilization of N.Salts, Fe or Mn from previous flooding did not affect maize growth.     

转基因棉花种植对根际土壤微生物群落功能多样性的影响

应用Biolog方法对两种转基因棉花及其亲本非转基因棉花根际土壤微生物的单一碳源利用水平进行了比较分析,探讨转基因棉花种植对其根际土壤微生物群落功能多样性的影响.结果表明：与非转基因亲本相比,在苗期、蕾期、吐絮期、衰老期转基因棉花种植对根际土壤微生物群落碳源利用能力、Shannon功能多样性指数和均匀度指数的影响均不显著,而在花铃期根际土壤微生物群落碳源利用能力和Shannon功能多样性指数显著降低.主成分分析表明,花铃期转基因棉花与非转基因棉花根际土壤微生物碳源利用在两主成分轴上的分异较大,碳源利用模式差异显著.     

长期围封和自由放牧对高寒草甸土壤微生物群落结构及碳源代谢多样性的影响

土壤微生物群落结构和代谢多样性对于维持草地生态系统的功能和稳定性具有重要意义.本研究运用磷脂脂肪酸法(PLFA法)和Biolog微平板技术,研究了青藏高原长期围封和自由放牧2种草地利用方式下的土壤微生物群落结构和群落碳代谢多样性的差异以及影响机制.结果表明: 1)长期围封和自由放牧草地上的土壤微生物群落结构和碳代谢多样性存在显著差异;2)长期围封显著增加了土壤中总PLFA、细菌、真菌和放线菌生物量;3)长期围封草地土壤微生物的碳代谢活性、多样性和丰富度高于自由放牧草地,而均匀度低于放牧草地;4)与自由放牧相比,长期围封显著增加了土壤微生物对聚合物类、糖类、羧酸类、胺类碳源的利用;5)冗余分析表明,植被盖度显著影响了微生物的群落结构和碳代谢多样性.长期围封草地的土壤微生物量、碳代谢多样性指数和丰富度均高于自由放牧土壤,表明长期围封有利于提高草地生态系统中土壤微生物群落及其对碳源代谢的多样性.     

新疆绿洲农田不同连作年限棉花根际土壤微生物群落多样性

以南北疆不同连作年限棉花根际土壤为研究对象,采用Biolog技术,并结合传统平板培养法和土壤酶的测定,研究连作对棉花根际土壤微生物群落多样性的影响。Biolog分析结果表明,不同连作年限棉花根际土壤微生物碳源利用和功能多样性差异显著。荒地土壤微生物活性较低;在连作年限较短时(5—10a),根际土壤微生物群落的平均颜色变化率(AWCD)和Shannon指数较高;长期连作(15—20a),则呈明显下降趋势。主成分分析表明,不同连作年限的棉花根际土壤微生物碳源利用特征有明显不同。第一、二组开垦与未开垦土壤分别在PC1和PC2上出现差异,未开垦土壤得分均为负值,开垦土壤均为正值;而正茬与连作多年的棉花土壤在PC1上差异显著。其中在PC1上起分异作用的碳源主要是羧酸类和聚合物类,这两类碳源可能是影响连作棉花根际土壤微生物的主要碳源。可培养微生物数量的测定结果表明,荒地细菌数量最少;在连作年限较低时(5—10a左右),细菌数量呈上升趋势;而长期连作(>15a)后,细菌数量呈现下降趋势。真菌数量在连作多年后(10—15a)也开始增加。放线菌变化趋势不明显。四种土壤酶活性在连作的初中期(5—15a),连作障碍表现明显,土壤酶活性呈下降(过氧化氢酶和磷酸酶)或先升高后下降(脲酶和蔗糖酶)趋势,但随着连作年限的延长(15—20a),这4种土壤酶活性均表现出增高趋势。综上所述,棉花长期连作使棉花根际土壤微生物群落多样性降低,发生连作障碍,进而导致棉花产量降低。