红壤区不同产量籼稻品种苗期根表和根际土壤硝化特征

以不同产量籼稻品种中旱22(ZH,高产品种)和禾盛10号(HS,低产品种)为材料,采用根际培养箱(三室)--速冻切片技术研究了红壤水稻土种植条件下,水稻苗期生长、氮素积累和氮素利用率(NUE)、根孔隙度(POR)、根际土壤矿质态氮含量和硝化强度.结果表明,ZH苗期生长、氮素吸收及NUE均显著优于HS,且ZH单株不定根数量及根系通气组织发育程度(用POR表示)均显著高于HS.ZH根际和土体土壤中铵(NH+4)含量始终低于HS,而硝(NO-3)含量则始终高于HS,但二者根表土壤NH+4和NO-3含量均无显著差异.ZH和HS硝化强度最大发生部位均是在距根表2 mm的根际土壤,分别为:0.48 μmol kg-1h-1和0.31 μmol kg-1h-1.随着距根表越远,硝化强度就越弱,直至距根表10～20 mm处土壤硝化强度就接近于土体土壤.ZH根际土壤硝化强度始终显著高于HS,但二者根表和土体土壤硝化强度均无显著差异.与不种水稻的CK相比,根际土壤硝化强度提高了约2～3.5倍.尽管红壤水稻土硝化作用很弱,但红壤区水稻根际硝化作用与水稻苗期生长和氮素营养密切相关.     

水稻分蘖期和孕穗期根际反硝化菌群落结构及功能变化

通过水稻盆栽试验,分别于水稻分蘖期和孕穗期采集根际与非根际土壤,利用末端限制性片段长度多态技术(T-RFLP)和实时荧光定量PCR(qPCR)技术探究水稻生长对根际反硝化作用和反硝化微生物的影响.结果表明: 分蘖期根际土壤的反硝化势显著低于非根际土壤,而孕穗期根际与非根际土壤的反硝化势没有显著性差异.但分蘖期和孕穗期根际土壤中含narG和nosZ基因的微生物数量均显著高于非根际土壤,其中含nosZ基因的反硝化微生物的群落组成结构和多样性对根际环境响应更敏感.说明虽然水稻根系生长会刺激反硝化微生物的生长繁殖,但抑制了根际土壤中一些反硝化微生物的活性,从而降低了根际土壤的反硝化潜势.     

施N对不同水稻品种N肥利用率及根际硝化作用和硝化微生物的影响

发生在水稻根际的硝化作用对水稻的氮素（N）营养受到人们越来越大的关注。在田间条件下研究了不同N效率粳稻品种（4007、武运粳7号和Elio）在无肥（0kgN/hm^2）、中肥（180kgN/hm^2）和高肥（300kgN/hm^2）水平下籽粒产量、吸N量、N肥利用率、根际土壤铵态氮（NH4^＋-N）和硝态氮（NO3^--N）含量、硝化强度和氨氧化细菌（AOB）数量。结果表明不同水稻品种的籽粒产量在3个N处理中差异极显著,4007在中肥处理中获得最高产量11117kg/hm^2,而Eilo在所有处理中籽粒产量均最低。各品种地上部吸N量随施N量增加而增加,但各品种之间差异不显著。不同水稻品种N肥利用率差异显著,4007显著高于武运粳7号和Elio。本试验根据不同品种水稻在不施N肥水平下的籽粒产量与N肥利用率的大小,将3个品种分为N肥高效敏感型（4007）、N肥高效不敏感型（武运粳7号）和N肥低效不敏感型（Elio）。在水稻中后期干湿交替的水分管理条件下,无肥和中肥区的水稻根际土壤以NO3^--N为主;而在高肥区则以NH4^＋-N为主。随着施N量增加,水稻根际土壤铵、硝态N含量也随之增加。NH4^＋-N含量在无肥、中肥和高肥水平下分别为0.88、0.94mg/kg和13.5mg/kg,而NO3^--N含量分别为1.61、1.73mg/kg和2.33mg/kg。不同水稻品种根际土壤硝化强度之间差异极显著,在3个施N水平下均表现为4007〉武运粳7号〉Elio。其平均值分别为6.94、5.46μg/（kg·h）和2.42μg/（kg·h）。在3个施N水平下,Elio根际土壤AOB数量均显著低于4007和武运粳7号。4007根际土壤AOB数量在高肥水平下达最大值2.02×106个/g土,而最小值为中肥水平下Elio的根际土壤（1.89×105个/g土）。相关性分析表明,水稻根际土壤硝化强度在无肥、中肥和高肥条件下与产量呈极显著正相关关系（r=0.799,0.877,0.934）,而且在中肥条件下与水稻N肥利用率显著相关（r=0.735）。水稻根际土壤AOB数量分别和硝化强度以及水稻籽粒产量呈极显著正相关关系。试验结果表明,水稻根际的硝化作用较大程度上决定着水稻籽粒产量或水稻N肥利用率。     

干旱荒漠区不同灌木根际与非根际土壤氮素的含量特征

选取广泛分布于阿拉善干旱荒漠区的白刺、霸王、红砂、沙冬青、沙木蓼、梭梭和驼绒藜7种不同的旱生灌木,研究其根际与非根际土壤各种形态氮素、有机碳的含量特征及土壤pH的变化.结果表明,相对于非根际土壤,根际土壤全氮、铵态氮、硝态氮分别平均高24.9%、24.5%和65.1%,土壤有机碳平均高出18.5%,土壤pH值平均低0.14个单位.根际与非根际土壤的全氮、铵态氮、硝态氮、有机碳和pH之间都呈现出了极显著差异(p<0.01).7种灌木根际土壤全氮、硝态氮和有机碳含量均比非根际土壤含量高.除沙冬青根际铵态氮含量较非根际低以外,其余6种灌木根际土壤铵态氮含量均高于非根际土壤.梭梭的根际土壤pH高于非根际,其它6种灌木均是根际pH低于非根际土壤.在根际与非根际,土壤有机碳与土壤全氮之间均呈显著相关,二者表现为线性关系.而土壤全氮与铵态氮在根际与非根际则均无相关性,全氮与硝态氮在根际和非根际土壤均显著相关,且二者也呈线性相关.     

西宁南山4种灌木根际和非根际土壤微生物、酶活性和养分特征

西宁南山区植被退化情况严重,人工造林植被恢复被看作是最有效的恢复手段,其中选择合适造林树种尤为关键。选择人工种植的唐古特白刺Nitraria tangutorum、柠条Caragana korshinskii、西北小蘗Berberis vernae和短叶锦鸡儿Caragana brevifolia共4种灌木树种造林试验区为研究对象,通过测定根际和非根际土壤微生物数量、酶活性及养分含量,综合比较种植4种灌木树种根际和非根际土壤肥力差异,科学评价其对土壤的改善效果。研究表明:(1)土壤微生物数量和酶活性总体呈现出根际高于非根际的规律,仅放线菌数量和脲酶活性出现了根际低于非根际现象。(2)土壤养分方面,4种灌木根际土壤和非根际土壤p H值、全N、全P、全K含量差异不显著,有机质、有效P、速效K含量均呈现出根际非根际,而碱解N则是根际非根际。(3)土壤酶活性与土壤微生物数量相关性不显著,土壤有机质含量与土壤细菌、真菌数量呈极显著正相关,有效P含量与土壤细菌、真菌和放线菌数量呈极显著正相关,速效K含量与过氧化氢酶、酸性磷酸酶活性呈显著正相关,全N、碱解N含量均与脲酶活性呈显著正相关。(4)从土壤肥力综合水平来看,根际非根际,其中根际土壤中西北小蘗柠条短叶锦鸡儿唐古特白刺,研究结果表明西北小蘗和柠条能大幅提高土壤肥力,改良土壤效果较好。     

根际微生物促进水稻氮利用的机制

根际微生物影响植物的生长及环境适应性。不同种属、不同种群的植物影响其环境微生物群落;反之,根际微生物也影响宿主植物生长发育与生态适应性。植物与根际微生物的互作现象及其机制,是生命科学研究关注的热点,也是农业微生物利用的关键问题。近期,中国科学家在该领域取得了突破性进展。通过对不同籼稻(Oryza sativa subsp. indica)和粳稻(O. sativa subsp. japonica)品种的根际微生物组进行研究,发现籼稻根际比粳稻根际富集更多参与氮代谢的微生物群落,且该现象与硝酸盐转运蛋白基因NRT1.1B在籼粳之间的自然变异相关联。通过对籼稻接种籼稻根际特异富集的微生物群体可以提高前者对有机氮的利用,促进其生长。该研究揭示了籼稻和粳稻根际微生物分化的分子基础,展示了利用根际微生物提高水稻营养高效吸收的应用前景。     

宁南山区典型植物根际与非根际土壤碳、氮形态

以宁南山区典型植物冰草、冷蒿、长芒草、百里香和铁杆蒿为对象,研究不同植物根际土壤和非根际土壤碳、氮形态的变化.结果表明:5种植物对根际土壤和非根际土壤碳、氮含量的影响不同.其中,铁杆蒿的根际土壤碳含量最高,总有机碳、轻组有机碳和重组有机碳含量分别为22.94、1.95和20.88g·kg-1,长芒草的根际土壤氮含量最高,总氮、可矿化氮和速效氮含量分别为2.05g·kg-1、23.73mg·kg-1和11.99mg·kg-1.冷蒿的根际土壤中活性有机碳/总有机碳、可矿化氮/总氮最高,有利于土壤中碳素和氮素向活性态转变.轻组有机碳、可矿化氮可作为植物生境改变的敏感指标.5种植物根际土壤各形态碳、氮含量总体上高于非根际土壤.     

不同植物对黄顶菊根际土壤微生物和土壤养分的影响

[目的] 不同植物对外来入侵植物的抵御能力不同,研究不同植物对入侵植物根际土壤生态的影响可为筛选入侵植物的竞争替代植物提供科学依据。[方法] 利用同质园试验,以入侵植物黄顶菊为研究对象,设置黄顶菊单种、黄顶菊与不同植物（地肤、苘麻、苏丹草、反枝苋）混种处理,采用磷脂脂肪酸分析方法来研究不同植物对黄顶菊根际土壤微生物群落结构的影响,并结合土壤养分的变化探究不同植物对黄顶菊根际土壤生态的影响。[结果] 与黄顶菊单种相比,地肤和苘麻降低了黄顶菊根际微生物的总含量,改变了黄顶菊根际微生物群落结构。地肤、苘麻能竞争性抑制黄顶菊对铵态氮的吸收,从而抑制黄顶菊的生长。[结论] 不同植物的抵御能力与其土壤生态有关,替代植物通过改变黄顶菊根际土壤微生物,抑制黄顶菊对氮的吸收,从而抑制黄顶菊的生长,实现对黄顶菊的替代控制。     

广东省本地油茶和引种油茶根际土壤微生物群落特征

【背景】近年来,油茶低效林面积较大,根际土壤微生物影响林木抗性和生长,对林业可持续发展具有重要意义。【目的】了解广东省本地油茶和引种油茶根际土壤微生物群落特征。【方法】利用高通量测序分析油茶根际土壤微生物群落组成。【结果】油茶根际土壤细菌有26门77纲201目377科593属676种,真菌有14门50纲121目266科502属631种。油茶根际土壤中的优势细菌为酸杆菌门和变形菌门,优势真菌为子囊菌门和担子菌门。两种油茶根际土壤微生物组成差异显著,本地油茶根际土壤的细菌多样性显著高于引种油茶。在门水平上,脱硫杆菌门细菌和罗兹菌门、被孢霉门真菌的相对丰度在两种油茶间差异显著,Amorphotheca在本地油茶根际土壤中特异性富集。两种油茶根际土壤细菌碳代谢相对丰度差异显著,真菌以腐生营养型为主,其次为病理营养型和共生营养型。本地油茶根际土壤中显著富集土壤腐生菌,而共生营养型真菌(尤其是丛枝菌根真菌)相对丰度(6.43%)显著低于引种油茶中(21.83%)。此外,有机质和养分含量是影响油茶根际土壤微生物群落的关键因子。【结论】本地油茶和引种油茶根际土壤微生物群落组成和结构差异显著,Amorp...     

荒漠草原不同植物根际与非根际土壤养分及微生物量分布特征

通过对宁夏荒漠草原6种地带性优势物种长芒草、蒙古冰草、甘草、牛心朴子、黑沙蒿和苦豆子植物根际与非根际土壤养分和微生物量分布特征进行研究,探讨不同植物根际养分的富集的相关性和差异性。研究结果表明:6种植物根际土壤养分和微生物量均表现出明显的富集效应,根际富集率大小依次为菊科(黑沙蒿)豆科(苦豆子、甘草)禾本科(长芒草、蒙古冰草)萝藦科(牛心朴子);全磷(TP)在根际和非根际中无显著差异(P0.05),其它土壤养分及理化指标在根际中均表现出显著富集(P0.05),土壤养分中以有机碳(SOC)的富集作用最为明显;土壤有效态养分较全量养分对植物根际微小的变化响应更为灵敏;不同荒漠植物根际与非根际SOC与全氮(TN)呈极显著线性关系(P0.01),TN与碱解氮之间呈极显著线性关系(P0.01),TP与有效磷(AP)没有显著的相关性(P0.05)。荒漠植物土壤有效养分在根际存在一定的富集,灌木和豆科植物的根际效应的大于禾本科植物,它们通过降低根际pH值可以提高根际养分,有利于在脆弱环境下对土壤养分的有效利用。     

秸秆还田对玉米根际氨氧化微生物群落及红壤硝化潜势的影响

为探讨酸性红壤根际氨氧化微生物群落以及硝化作用对不同秸秆还田处理的响应,基于中国科学院鹰潭红壤生态实验站设置的秸秆还田长期试验平台(9年),采用荧光定量PCR和高通量测序技术,研究不同秸秆还田处理(不施肥(CK);氮磷钾肥(NPK);氮磷钾肥+秸秆(NPKS);氮磷钾肥+秸秆猪粪配施(NPKSM);氮磷钾肥+秸秆生物炭(NPKB))下玉米根际土壤氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea, AOA)和细菌(ammonia-oxidizing bacteria, AOB)丰度和群落结构的变化,揭示了秸秆还田对根际氨氧化微生物群落结构和硝化潜势(potential nitrification activity, PNA)的影响机制。结果发现：相比CK和NPK处理,秸秆还田显著提高了土壤养分含量和硝化潜势,其中有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、速效磷(AP)、速效钾(AK)、硝态氮(NO~-₃-N)和铵态氮(NH~+₄-N)含量显著增加,NPKSM处理对土壤肥力提升效果最佳。AOA的硝化潜势显著高于AOB,表明AOA...     

亚热带森林转换对土壤氮转化关键功能微生物群落的影响

近年来,由于林地开发和商品林建设等原因,我国亚热带地区大量天然林和次生林经皆伐改造为林分结构简单、树种单一的人工林。氮(N)素是维持森林植被生长和系统初级生产力的重要因子,土壤微生物驱动了森林土壤N转化的关键过程。然而,目前亚热带森林转换对土壤N转化微生物群落的影响仍不清晰。以湖南芦头森林生态系统国家定位观测研究站内典型次生林(CS)及由其转换而成的油茶(YC)、黄桃(HT)、杨梅(YM)和杉木(SM)四种人工林为研究对象,采用实时荧光定量PCR和高通量测序等方法,研究了各林分土壤性质、固N菌和氨氧化微生物功能基因丰度、群落特征及相互关系,旨在探讨亚热带森林转换后土壤N转化关键过程(固N和氨氧化作用)的功能微生物群落变化及驱动因素。结果表明：森林转换显著改变了土壤碳(C)、N含量,降低了土壤nifH基因丰度、固N菌和氨氧化细菌的群落α多样性,但提高了氨氧化微生物amoA基因丰度和氨氧化古菌的群落α多样性;并且,森林转换通过改变各功能微生物优势菌群(如变形菌、蓝细菌、泉古菌和奇古菌等)的相对丰度,显著影响了土壤固N菌和氨氧化微生物的群落组成;冗余分析和结构方程模型表明,土壤有机碳、全氮、铵态氮含量和pH是驱动土壤固N菌和氨氧化微生物群落变化的关键因素。森林转换后,合理的施肥方式有利于人工林土壤固N菌和氨氧化微生物的群落恢复。研究结果为转换后单一人工林土壤养分恢复、生产力的提高和可持续经营提供了科学依据。     

不同林龄杉木人工林土壤硝化和反硝化作用

对不同林龄杉木人工林(5、8、21、27和40年生)土壤硝化与反硝化过程及功能微生物丰度进行研究。结果表明: 土壤净硝化速率随林龄的增加波动变化,8、27年生杉木人工林土壤净硝化速率显著低于5、21和40年生。27年生杉木人工林土壤氨氧化古菌(AOA) amoA基因丰度显著低于40年生,其他林龄AOA amoA基因丰度之间无显著差异。不同林龄杉木人工林的氨氧化细菌(AOB) amoA基因丰度、反硝化功能基因丰度以及反硝化潜势均无显著差异。逐步回归分析表明,土壤氨氧化微生物AOA amoA基因丰度受土壤理化性质的影响不显著,土壤总碳和土壤pH是影响AOB丰度的重要因子。反硝化功能基因narG、nirK及nosZ随土壤pH的增加而增加,编码亚硝酸盐还原酶(NIR)的功能基因(nirK、nirS)受土壤总碳的影响。林龄可通过影响AOA amoA基因丰度影响土壤净硝化速率。林龄直接作用于反硝化潜势,或间接影响土壤微生物生物量碳、土壤pH及反硝化功能基因丰度(narG和nirK),进而影响反硝化潜势。相较于反硝化过程,土壤硝化作用及AOA amoA基因丰度对杉木林分发育更加敏感,可适当延长轮伐期以降低土壤硝化作用造成的氮流失风险。     

Growth of ammonia-oxidizing archaea in soil microcosms is inhibited by acetylene

Autotrophic ammonia-oxidizing bacteria were considered to be responsible for the majority of ammonia oxidation in soil until the recent discovery of the autotrophic ammonia-oxidizing archaea. To assess the relative contributions of bacterial and archaeal ammonia oxidizers to soil ammonia oxidation, their growth was analysed during active nitrification in soil microcosms incubated for 30 days at 30 °C, and the effect of an inhibitor of ammonia oxidation (acetylene) on their growth and soil nitrification kinetics was determined. Denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) analysis of bacterial ammonia oxidizer 16S rRNA genes did not detect any change in their community composition during incubation, and quantitative PCR (qPCR) analysis of bacterial amoA genes indicated a small decrease in abundance in control and acetylene-containing microcosms. DGGE fingerprints of archaeal amoA and 16S rRNA genes demonstrated changes in the relative abundance of specific crenarchaeal phylotypes during active nitrification. Growth was also indicated by increases in crenarchaeal amoA gene copy number, determined by qPCR. In microcosms containing acetylene, nitrification and growth of the crenarchaeal phylotypes were suppressed, suggesting that these crenarchaea are ammonia oxidizers. Growth of only archaeal but not bacterial ammonia oxidizers occurred in microcosms with active nitrification, indicating that ammonia oxidation was mostly due to archaea in the conditions of the present study.     

不同氮效率水稻品种根系生理生态指标的差异

以氮素利用效率差异大的两个水稻品种(氮高效品种南光和氮低效品种Elio)作为试验材料,设计高低两个供氮水平,在温室砂培条件下研究了不同氮效率水稻高效吸收利用氮素的根系生物学特性及生理机制.结果表明,在两个供氮水平下,氮高效水稻南光的产量均显著大于氮低效水稻,增幅在50%以上.随着供氮水平的提高,两个水稻品种植株的总吸氮量和干物质量随之增加,氮高效水稻南光的生育后期吸氮量和地上部及根系的生物量显著高于氮低效水稻Elio;氮高效水稻品种南光根系形态参数对氮素营养的响应度高于氮低效品种Elio,高氮处理下,南光较低氮处理分别增加127%(总根长)和114%(根系表面积),而Elio仅增加92%(总根长)和82%(根系表面积),而且Elio在齐穗期后根系形态参数水平下降显著;南光的根系伤流强度在拔节期较氮低效水稻Elio高出11%(1mmol L-1)和32%(5mmol L-1),灌浆期南光较Elio高出12%(1mmol L-1)和12%(5mmol L-1),差异均显著.由本试验结果可推断根系形态及根系活力的差异是造成水稻氮效率差异的重要原因之一.     

异养氨氧化细菌通过双重作用机制促进多花黑麦草的再生

【背景】异养氨氧化细菌(heterotrophic ammonia-oxidizing bacteria, HAOB)通过增加叶片细胞分裂素含量促进多花黑麦草的再生,但其促进植物再生的具体机制尚未探明。【目的】揭示HAOB调控细胞分裂素的合成促进多花黑麦草再生的机制。【方法】以一株HAOB菌株(S2_8_1)为试验菌株,盆栽多花黑麦草作为植物材料。试验处理设计包括：常规供水(TA);添加空白富集培养基(TB);添加硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸盐(3,4-dimethylpyrazole phosphate, DMPP) (TN1);添加DMPP和20 mmol/L的NO₃⁻-N (TN2);添加DMPP和30 mmol/L的NO₃⁻-N (TN3);添加DMPP和40 mmol/L的NO₃⁻-N (TN4);接种菌株S2_8_1 (TI)。【结果】30−40 mmol/L NO₃⁻-N对提高叶片细胞分裂素含量和根向叶片传递效果最好,从而促进叶片再生。在根际土壤硝化作用诱导的细胞分裂素增加达到最大限度时,接种菌株S2_8_1进一步增加了根中细胞分裂素的合成,提高了叶片中细胞分裂素的浓度。所测试的HAOB菌株S2_8_1通过双重作用显著提高了叶片细胞分裂素的浓度,促进了多花黑麦草再生。【结论】本研究揭示了HAOB菌株在根际发挥双重作用促进植物生长的机制,为提高牧草产量和农业可持续发展提供直接应用价值。     

宏基因组技术研究泥岩母质发育的三种不同pH紫色土硝化微生物群落演变规律

[目的]揭示典型农田旱地紫色土硝化微生物的群落组成及其对pH的响应规律.[方法]针对同一母质发育但pH差异显著的3种紫色土,利用宏基因组技术深度测序研究土壤中硝化微生物丰度和群落,包括氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA),氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteri...