玉米连作与施肥对土壤微生物群落功能多样性的影响分析

玉米土壤微生物群落功能的多样性不仅影响着土壤特性,而且对玉米的高质高产有着至关重要的意义,因此,通过试验调查取样等多种手段综合分析玉米连作耕种模式以及不同施肥作业对土壤中生物群落功能多样性的影响,对于玉米作物高质高产耕作有着极为重要的现实意义。     

不同施肥处理对玉米-小麦轮作土壤微生物群落功能多样性的影响

土壤微生物多样性能反应土壤的肥力,不同的施肥措施对土壤微生物的种群和功能多样性也会产生重要的影响。以山东德州连续两年小麦季和玉米季收获后土壤为研究对象,利用Biolog技术研究了6种不同施肥处理对土壤微生物群落功能多样性的影响。结果表明:其中各个施肥处理的平均颜色变化率(average well color development,AWCD)差异显著,常规氮磷钾肥+全量秸秆还田+秸秆腐熟剂(FS)处理代谢活性最高;物种丰富度指数(H)和均匀度指数(E)也表明各施肥方式均能够维持微生物种群的多样性,其中FS和30%猪粪+70%常规氮磷钾肥(OF)处理物种丰富度指数(H)和均匀度指数(E)最高;PCA及RDA分析显示,OF和FS处理微生物功能多样性相似,且其微生物功能多样性与有机质(Soil organic matter,SOM)、全氮(Total N,TN)、速效磷(Available P,AP)和速效钾(Available K,AK)密切相关。猪粪堆肥有机无机复合肥3 600 kg/hm2(OI2)处理与猪粪堆肥有机无机复合肥1 800 kg/hm2(OI1)处理相似,其功能多样性比常规施肥(CF)处理稍高。综上所述,OF处理和FS处理的土壤微生物群落功能多样性程度高于其他处理,说明秸秆还田+秸秆腐熟剂和有机肥部分替代氮磷钾肥能够显著提高土壤微生物功能多样性,有利于保护土壤微生态。     

长期施肥对茶园土壤微生物群落功能多样性的影响

利用BIOLOG研究长期施肥后茶园土壤微生物群落功能多样性变化,结果表明:与清耕(CK)相比,各长期施肥处理AWCD值的变化速度(斜率)和最终能达到的AWCD值均有不同程度提高,其大小顺序为:DWY>DY>W>CK,可见施肥能不同程度提高微生物整体活性和丰富度,以有机无机肥配施效果最好。分析多样性指数表明:各处理对土壤常见微生物种类影响并不大,施有机肥使微生物群落均匀度有所降低。对碳源利用主成分起分异作用的主要是糖类和羧酸类物质。对AWCD值、多样性指数与土壤养分因子的相关性分析表明,在红壤茶园中土壤肥力提高有利于土壤微生物活性的提高。     

长期施肥对新疆灰漠土土壤微生物群落结构与功能多样性的影响

以20a新疆国家灰漠土土壤肥力与肥料效益长期定位试验为平台,采用常规培养法,结合Biolog技术对可培养微生物、生理菌群数量和碳源利用进行测定分析,研究撂荒(CK0)、耕作不施肥(CK)、不同化肥(N、NK、NP、PK、NPK)、化肥配施低量高量有机肥(NPKM1和NPKM2)和秸秆还田(NPKS)等10种处理土壤微生物特征,揭示长期施肥对土壤微生物群落结构与功能多样性的影响。结果表明:(1)可培养微生物:与CK处理相比,CK0处理显著提高了细菌、放线菌和真菌的数量(P0.05),NPKS处理微生物数量则显著降低(P0.05);不同化肥处理的细菌(除PK处理外)、放线菌(除PK和N处理外)数量也有所增加,增幅在8.14%—135.70%和15.30%—44.78%之间;真菌数量(除NK处理外)则有一定幅度的降低;NPKM1和NPKM2处理,微生物数量最高,细菌分别增加了162.20%和173.75%,放线菌增加了34.39%和39.37%,真菌增加了63.33%和488.33%;(2)生理菌群:与CK0相比,CK处理显著提高了自生固氮菌和亚硝化细菌数量(P0.05),显著降低了氨化细菌和纤维素分解菌数量(P0.05);与CK相比,NPKM1和NPKM2处理显著提高土壤中与氮素转化有关的生理菌群数量(P0.05),不同化肥处理和NPKS处理的影响不相同,NPK处理显著高于其余处理(P0.05);(3)微生物碳源利用:微生物活性表现为NK、NPKM1、NPKM2N、NPK、CKPK、NPKSCK0、NP;CK0处理3个多样性指数以及NPKM1、NPKM2和NK处理Shannon(H)指数最高,其余施肥处理差异不显著;糖类、氨基酸类、羧酸类和胺类是微生物利用的主要碳源。(4)聚类分析表明,除NP处理外,施氮处理土壤有较为相似的碳源利用,细菌和真菌与养分之间有较好的相关性,可培养微生物和生理菌群与微生物碳源利用的相关性较差。因此,长期不同施肥对新疆灰漠土土壤微生物群落结构和功能多样性产生了显著的影响,长期耕作不施肥降低了土壤微生物群落结构和功能多样性,不同化肥配合施用对微生物群落的影响不同,NPK及NPK配施有机肥可提高土壤微生物多样性。     

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.     

长期不同施肥对番茄根际土壤微生物功能多样性的影响

研究长期定位施肥对番茄根际土壤微生物群落功能多样性的影响,旨在为番茄根际生态过程中的调控提供科学依据和理论指导。以沈阳农业大学长期定位施肥基地的番茄根际土壤为研究对象,采用Biolog-ECO微平板法,分析了11个处理:N(单施氮肥)、K(单施钾肥)、P(单施磷肥)、NP(氮磷肥配施)、NPK(氮磷钾肥配施)、MN(有机肥配施氮肥)、MK(有机肥配施钾肥)、MP(有机肥配施磷肥)、MNP(有机肥配施氮磷肥)、MNPK(有机肥配施氮磷钾肥)、对照CK(不施肥)的土壤微生物群落功能多样性。结果表明:(1)配施有机肥能够显著提高土壤有机质、速效磷、速效钾和碱解氮的含量,氮肥的施入会降低根际土壤的pH,各处理间土壤理化性质的差异显著;(2)配施有机肥可以增强番茄根际土壤微生物对碳源的利用能力,提高微生物群落功能多样性,其中,MNP处理微生物对碳源利用能力最强,微生物活性最高。具体表现为:(1)长期施肥改变了土壤微生物对碳源的利用能力。配施有机肥处理的土壤微生物对6类碳源的总利用能力高于单施化肥处理,以MNP优势最明显;(2)在6类碳源中,氨基酸类碳源利用能力最强,酚酸类碳源利用能力最弱;(3)主成分分析表明,31种碳源对PC1贡献较大的有12种,对PC2贡献较大的有8种;(4)施加肥料的处理的Shannon指数、丰富度指数和优势度指数均高于不施肥的处理,但其均匀度下降。有机肥配施氮磷肥处理的Shannon指数、丰富度指数均显著高于其他处理。综合所有结果,以MNP的施肥较果最佳,能够呈现较高的根际土壤微生物功能多样性。     

连作条件下毛鸡骨草根际土壤微生物群落功能多样性变化特征

毛鸡骨草是治疗肝病的重要中草药之一,而连作障碍致其产量和品质下降。从主产区广西玉林分别采集正茬、重茬和连作三年的毛鸡骨草根际土壤样品,以种植前水稻土壤为对照,采用Biolog GN2 平板碳源分析技术,研究连作条件下根际土壤微生物群落功能多样性变化特征,以揭示其连作障碍的原因。结果表明,连作导致根际土壤微生物功能多样性显著降低,微生物利用各类碳源的能力下降。主成分分析(PCA)表明,不同种植年限的毛鸡骨草根际土壤微生物群落结构之间存在显著差异,且均与种植前对照明显不同,而同一种植年限不同生长期土壤微生物碳代谢群落结构虽有差异,但并不显著。相关分析表明,其产量与微生物功能多样性指数(如Shannon,Simpson,Mclntosh)以及平均吸光值(AWCD)值正相关,而与第一主成分(PC1)呈显著负相关,说明连作条件下其产量的降低在一定程度上与土壤微生物功能多样性的降低和群落结构的改变有关。     

生物炭对温室黄瓜不同连作年限土壤养分和微生物群落多样性的影响

以温室黄瓜连作6年和10年土壤添加质量比为5%生物炭为处理,以不添加生物炭为对照,采用桶栽的方法,研究了生物炭对不同年限连作土壤养分和微生物群落多样性的影响.结果表明: 与连作土壤相比,生物炭处理的连作6年土壤的黄瓜单株产量提高11.4%,连作10年土壤产量提高62.8%.施入生物炭显著降低了2种连作土壤容重,显著提高了有机质、速效磷含量、阳离子交换量(CEC)和pH;显著提高了土壤细菌数量和细菌/真菌,降低了真菌和尖孢镰刀菌数量,使土壤类型由真菌型向细菌型转变,尤其对连作10年土壤作用最为明显,土壤细菌和细菌/真菌分别是未处理的2.00和3.64倍,真菌和尖孢镰刀菌数量分别是未处理的54.8%和55.9%.土壤微生物群落碳源利用分析表明,10年连作土壤施入生物炭可显著提高土壤微生物活性、Shannon指数和均匀度指数,分别是未处理的1.50、2.14和1.31倍,同时显著提高了土壤微生物对糖类、氨基酸类、酚酸类和胺类碳源的利用强度,分别是未处理的1.62、1.81、1.74和1.93倍.相关性分析表明,土壤容重、速效磷含量、CEC和pH 4个指标对微生物群落变化的影响较显著.综上,生物炭通过对连作土壤理化性质及土壤微生物生态系统的改善,优化了黄瓜根区环境,促进了黄瓜产量的提高,缓解了温室黄瓜连作障碍.     

玉米间作和施氮对土壤微生物代谢功能多样性的影响

微生物功能多样性是土壤健康的重要指标,在多种生物地球化学过程中发挥关键作用.本研究基于多年田间小区定位试验,设置间作和单作2种种植模式和4个施氮水平(N0,0 kg·hm-2;N125,125 kg·hm-2;N250,250 kg·hm-2;N375,375 kg·hm-2),采用 Biolog-Eco微平板法,分析...     

玉米秸秆还田对黑土微生物群落功能多样性的影响

为了解玉米秸秆还田对土壤微生物群落功能多样性的影响,采用ECO-Biolog微平板法,分析了以无玉米秸秆还田为对照(CK),6000 kg·hm^-2(S1)、9000 kg·hm^-2(S2)、12000 kg·hm^-2(S3)和15000 kg·hm^-2(S4)四个秸秆还田量的土壤微生物碳源代谢特征。结果表明:随着玉米秸秆还田量的增加,土壤微生物平均颜色变化率(AWCD)也随之增加,24~96 h的AWCD值变化迅速,96 h后进入平稳期,S4处理AWCD值始终大于其他处理;秸秆还田对Shannon指数与Simpson指数没有显著影响(P>0.05),但与CK相比,S4处理McIntosh指数显著增加了57.5%(P<0.05);主成分分析结果显示,秸秆还田影响着土壤微生物群落碳代谢能力,S1、CK、S2和S3处理在PC1和PC2上出现显著的分异,糖类、多聚物类、羧酸类碳源是研究区域内土壤微生物利用的主要碳源。因此,在东北黑土区增加玉米秸秆还田量能够提高土壤微生物对碳源的利用能力,提升黑土肥力。     

Effects of continuous cucumber cropping and alternative rotations under protected cultivation on soil microbial community diversity

The diversity of soil microbial communities as affected by continuous cucumber cropping and alternative rotations under protected cultivation were evaluated using community level physiological profiles (CLPP) and random amplified polymorphic DNA (RAPD) analysis. The soils were selected from six cucumber cropping systems, which cover two cropping practices (rotation and continuous cropping) and a wide spectrum for cucumber cropping history under protected cultivation. Shannon–Weaver index and multivariate analysis were performed to characterize variations in soil microbial communities. Both CLPP and RAPD techniques demonstrated that cropping systems and plastic-greenhouse cultivation could considerably affect soil microbial functional diversity and DNA sequence diversity. The open-field soil had the highest Shannon–Weaver index (3.27 for CLPP and 1.50 for RAPD), whereas the lowest value occurred in the 7-year continuous protected cultivation soil (3.27 for CLPP and 1.50 for RAPD). The results demonstrated that continuous plastic-greenhouse cultivation and management can cause the reduction in the species diversity of the biota. Higher Shannon–Weaver index and coefficients of DNA sequence similarity were found in soils under rotation than those under continuous cropping. Cluster analysis also indicated that microbial community profiles of continuous cultivation soils were different from profiles of rotation soils. The reduction in diversity of microbial communities found in continuous cultivation soils as compared with rotation soils might be due to the differences in the quantity, quality and distribution of soil organic matter. Section Editor: D. E. Crowley     

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。     

促分解菌剂对还田玉米秸秆的分解效果及土壤微生物的影响

为了探明促分解菌剂的应用对还田玉米秸秆的促分解效果及对土壤微生物群落结构的影响,选用3组促分解菌剂,编号依次为ND、NK和NS,于2009年10月至2010年4月期间,在河北省农林科学院辛集实验站冬小麦-玉米轮作田对玉米秸秆还田地进行了接种试验。在接种后的15、25、145和160 d分别测定秸秆残重率和秸秆残渣中C/N,结果表明与未施菌剂对照(CK)相比,3组菌剂均在一定程度上加快了玉米秸秆的分解,其中以菌剂ND促分解效果最好,NK次之,NS较差,三者的最高促分解效果分别比CK提高了14.3%、7.7%和1.6%,主要促分解效果都出现在早期(前25 d),且菌剂促进秸秆残渣中C/N降低的效果也在早期明显。采用变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)检测菌剂对玉米秸秆降解过程中土壤细菌和真菌群落结构的影响,结果表明,与不接种CK相比,接种菌剂主要在早期对土壤细菌和真菌的群落结构产生较大的影响,而后期对土壤微生物群的影响不明显。秸秆还田后接种促分解菌剂,能在接种早期有效加快秸秆分解,而随接种后时间的推进,其促进效果逐渐减弱,与之对应,土壤微生物群落结构早期差异明显,其后差异逐渐减小。     

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。     

生物炭对菜园土壤微生物功能多样性的影响

研究生物炭的施用及其与不同肥料混施对菜园土壤中微生物群落功能多样性的影响,为农业废弃物的合理利用和菜园土优化培肥提供科学依据和理论指导。以清远市连州县代表性菜园土(属肥熟旱耕人为土)为研究对象,通过盆栽试验,利用BIOLOG方法对10个施肥处理(对照CK(0%生物碳+无肥)、T1(0%生物碳+0.1%商品有机肥)、T2(0.1%生物碳+无肥)、T3(0.25%生物碳+无肥)、T4(0.5%生物碳+无肥)、T5(1%生物碳+无肥)、T6(100(N)+30(P_2O_5)+75(K_2O)mg/kg干土)、T7(0.1%生物碳+0.1%商品有机肥)、T8(0.1%生物碳+100(N)+0(P_2O_5)+75(K_2O)mg/kg干土)、T9(0.1%生物碳+100(N)+30(P_2O_5)+75(K_2O)mg/kg干土)、T10(0.1%生物碳+0.1%商品有机肥+100(N)+0(P_2O_5)+75(K_2O)mg/kg干土))的土壤微生物群落功能多样性进行分析。结果表明:(1)T1和T3处理比其它处理显著提高土壤微生物对碳源的利用率(P0.05),但生物炭施用量增加会降低平均颜色变化率(AWCD值);(2)T1处理可以显著提高土壤微生物的群落物种均匀度(Mclntosh指数),而T3处理显著提高土壤微生物的物种丰富度和均匀度(Shannon和Mclntosh指数);(3)T1和T3处理对聚合物类、碳水化合物类、羧酸类、氨基酸类和酚类碳源利用率最高;(4)添加化肥处理中磷肥的施用可以提高土壤微生物活性,增加土壤微生物碳源利用能力,而氮肥和钾肥的添加显著降低了土壤微生物的碳源利用能力;(5)主成分分析表明,T1、T2和T3处理的微生物碳代谢功能群结构相似;单施有机肥或适量生物炭对土壤微生物群落结构的影响较混合施用更为显著;化学磷肥的添加及在施用化肥的基础上配施适量生物炭改变了土壤微生物对碳源种类的利用。     

连续施肥对农田黑土微生物功能多样性的影响

应用Biolog Eco微平板培养法研究了中国科学院海伦农业生态试验站20余年连续不同施肥处理(对照、氮磷钾、氮磷钾+秸秆、氮磷钾+猪粪1、氮磷钾+猪粪2和氮磷钾+猪粪3)下土壤微生物代谢功能多样性的变化。结果表明:长期施肥条件下,单施化肥和有机肥与化肥配施对土壤细菌、真菌数量影响不明显,但高量有机肥与化肥配施可以显著增加放线菌数量。Biolog结果表明,施用有机肥的平均颜色变化率高于单施化肥和对照。Shannon指数、Simpson指数和McIntosh指数均是有机肥和化肥配施高于化肥单施与对照。主成分分析结果表明,对照、NPK与其他几种处理有较明显的距离,说明有机肥的连年施用导致了土壤微生物代谢功能多样性的变化。     

三种种植方式对土壤微生物群落组成的影响

土壤微生物是表征土壤质量变化的敏感指标之一。借助长期定位试验, 采用磷脂脂肪酸分析方法研究了3种种植方式(玉米(Zea mays)连作、玉米非连作和撂荒)对土壤微生物群落组成的影响。结果表明, 在不同的种植方式下, 土壤微生物群落组成有明显的差异。玉米连作的土壤中总磷脂脂肪酸和细菌磷脂脂肪酸含量最低, 分别为33.12 nmol·g^-1和18.09 nmol·g^-1。非连作的土壤真菌磷脂脂肪酸和真菌/细菌分别为0.61 nmol·g^-1和3.06%, 显著低于撂荒和连作(p < 0.05), 非连作方式下, 革兰氏阳性细菌/革兰氏阴性细菌增大。撂荒土壤的总磷脂脂肪酸和细菌磷脂脂肪酸分别为42.98和24.68 nmol·g^-1, 高于耕作处理。 同时, 在撂荒方式下, 革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌的含量增加, 革兰氏阳性细菌/革兰氏阴性细菌降低。主成分分析结果表明: 耕作处理(玉米连作和非连作)分布第一主成分负方向上, 第一主成分得分系数分别为-2.48和-1.84; 撂荒分布第一主成分正方向上, 第一主成分得分系数为2.31, 与连作和非连作差异显著(p < 0.05)。冗余分析(RDA)表明: 土壤pH、总氮、有效磷和土壤>0.25 mm水稳性团聚体含量与磷脂脂肪酸呈正相关, 并且土壤pH和土壤>0.25 mm水稳性团聚体含量对土壤微生物群落的影响最大。     

杀虫剂类POPs对土壤中微生物群落多样性的影响

农药类持久性有机污染物(POPs)如DDT和HCH在我国2 0世纪5 0年代到80年代曾广泛使用,在停止使用2 0 a后,在土壤中仍然可以检测到DDT和HCH的残留。利用BIOL OG微平板研究土壤微生物群落功能多样性,意在反映有机氯杀虫剂类POPs对土壤微生物群落多样性的影响。结果表明,加了HCH后土壤微生物群落的颜色平均变化值(AWCD)的变化速度和最终能达到的AWCD值要高于空白土壤,并且随着农药浓度的加大,AWCD值的变化速率也越来越快,最终能达到的最大值也呈比例增大。加了DDT后的土壤与空白土壤的AWCD变化速度和程度相差不大。方差分析结果表明:空白土壤、HCH0 .5mg/kg、HCH1.5 mg/kg各处理间土壤的AWCD值有显著性差异(p<0 .0 1) ,空白土壤、DDT0 .5 m g/kg、DDT1.5 m g/kg各处理间土壤的AWCD值达不到显著性差异的水平(p>0 .0 5 ) ,表层土壤的AWCD值要高于第2层土壤(p<0 .0 1)。从多样性指数的变化来看,当加入到土壤中的DDT和HCH含量稍低时,微生物会利用农药为碳源进行分解作用,从而刺激了微生物的生长,这时表现出丰富度、均匀性和多样性都呈增长趋势。但当农药的浓度进一步加大时,反而会抑制某些种的微生物生长,另外一些种则对加入到土壤中的农药有一定的耐受性,从而表现出群落的均匀性下降,而丰富度升高。在相同施用浓