天然林转人工林对亚热带森林土壤团聚体中亚硝酸盐还原基因丰度的影响

我国亚热带地区大面积天然林已转变为人工林,对森林生态系统结构和功能产生了极大影响。为揭示森林土壤团聚体中N₂O产生的关键基因亚硝酸盐还原基因(nirK和nirS)对森林转换后的响应特征,本研究选取中亚热带米槠天然林、杉木人工林和马尾松人工林为对象,分析了3种林分土壤和团聚体中nirK和nirS基因丰度。结果表明: 天然林转变成人工林后,土壤pH值升高,但铵态氮含量下降。森林转换对土壤团聚体结构组成影响不大,但不同粒径团聚体中nirK和nirS基因丰度存在差异,以小团聚体分布最多,粉-黏颗粒分布最少。各林分土壤中nirK基因丰度均显著高于nirS基因丰度,表明nirK在酸性森林土壤中占主导。天然林转人工林显著增加全土和团聚体中nirK及nirS基因丰度,表明森林转换有利于提高nirK和nirS基因丰度,这可能与pH值的提高有关。综上,天然林转变为杉木或马尾松人工林显著提高了土壤和团聚体中nirK和nirS丰度,但对团聚体质量分数无显著影响。     

模拟氮沉降降低亚热带米槠天然林土壤氧化亚氮排放潜势

我国亚热带地区大气氮沉降量逐年上升,对森林土壤生物地球化学循环造成严重影响。本研究设置了对照(不添加氮)、低氮(40 kg·hm^-2·a^-1)和高氮(80 kg·hm^-2·a^-1)处理,分析了亚热带米槠天然林土壤反硝化功能基因丰度和N₂O排放潜势对氮沉降的响应。结果表明: 高氮处理显著降低土壤N₂O排放潜势。长期(8年)氮沉降对nirS、nirK、nosZ Ⅰ和nosZ Ⅱ基因丰度均无显著影响,但nosZ Ⅰ丰度均显著高于nosZ Ⅱ丰度,表明nosZ Ⅰ在酸性森林土壤中占主导。与对照相比,高氮处理显著降低(nirK+nirS)/(nosZ Ⅰ+nosZ Ⅱ)值。(nirK+nirS)/(nosZ Ⅰ+nosZ Ⅱ)值与土壤pH值呈显著正相关。长期高氮沉降可能通过降低土壤pH值使得土壤(nirK+nirS)/(nosZ Ⅰ+nosZ Ⅱ)值下降,从而降低森林土壤N₂O排放潜势。     

生物炭与炭基肥对采煤塌陷复垦区土壤硝化和反硝化微生物群落的影响

作为一种新型土壤改良剂,生物炭对土壤微生物群落的影响已有报道,但在采煤塌陷复垦区土壤氮循环微生物群落对生物炭添加的响应鲜有报道。以生物炭和炭基肥为添加材料,以淮北地区塌陷复垦土为供试土壤,通过室外盆栽试验,采用荧光定量PCR(qPCR)和末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)技术,研究不同生物炭处理的土壤硝化和反硝化微生物的菌群变化。试验共设5个处理:对照(CK)、常规化肥(CF)、炭基肥(BF)、2%生物炭配施化肥(LB)和4%生物炭配施化肥(HB)。结果表明: 与CK处理相比,各施肥处理均显著提高了土壤氨氧化古菌(AOA)、氨氧化细菌(AOB)、反硝化细菌nirK和nirS基因丰度。与CF处理相比,生物炭和炭基肥处理显著提高了AOB和nirK基因丰度,增幅分别达到42.9%～82.1%和33.5%～62.7%。冗余分析表明,土壤有机碳、pH、NH₄⁺-N和速效钾是显著影响AOB群落结构的主要因子,而土壤有机碳、pH和NO₃^--N含量是影响nirK型反硝化细菌群落结构的关键因子。因此,施用生物炭与炭基肥能改良采煤塌陷复垦区土壤质量,提高硝化和反硝化微生物丰度,并改变AOB和nirK型反硝化细菌群落结构。     

长期施肥对红壤微生物生物量碳氮和微生物碳源利用的影响

采集湖南省祁阳县红壤长期定位施肥19年的土壤样品,分析长期不同施肥红壤的微生物生物量碳、氮和微生物碳源利用率,以揭示长期施肥对红壤微生物学性状的影响.结果表明：施肥19年后,有机肥单施或与化肥配合施用均显著提高土壤微生物生物量碳、氮和微生物碳源利用率.单施有机肥的土壤微生物生物量碳、氮含量分别为231和81 mg·kg^-1,化肥有机肥配施分别为148和73 mg·kg^-1,均显著高于化肥配施秸秆、不施肥和单施化肥;施用有机肥和化肥配施秸秆的土壤微生物生物量氮占全氮的比例平均为6.0%,显著高于单施化肥和不施肥.Biolog-ECO分析中,平均吸光值(AWCD)的大小为：化肥有机肥配施、单施有机肥>对照>单施化肥、化肥配施秸秆.单施有机肥或与化肥有机肥配施增加了红壤微生物对碳水化合物、羧酸、氨基酸、聚合物、酚类和胺类的碳源利用率;化肥配施有机肥的红壤微生物对聚合物类碳源利用率最高,化肥配施秸秆的红壤微生物对碳水化合物类碳源的利用率最高.表明施用有机肥能显著提高红壤的微生物生物量碳、氮和微生物碳源利用率,提高红壤肥力,保持作物高产.     

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。     

禁牧对半干旱草地土壤氮循环功能基因丰度和氮储量的影响

以黄土高原云雾山不同禁牧(0、7、18、27和35年)草地为对象,研究禁牧对不同土层(0～10、10～20、20～40和40～60 cm)土壤氮循环微生物功能基因(nifH、amoA-AOA、amoA-AOB、narG、nirK、nirS和nosZ)丰度的影响,并分析了土壤氮循环微生物功能基因与土壤氮储量之间的关系.结果表明: 与放牧相比,禁牧35年提高了nifH和amoA-AOB的基因丰度,分别增加了67.8%和17.6%;禁牧降低了nirK基因丰度.表层土壤(0～10 cm)nifH、narG和nirS基因丰度显著高于深层土壤(20～40和40～60 cm),表明nifH、narG和nirS基因具有表聚效应.禁牧提高了土壤氮储量,在27年时0～60 cm土层土壤氮储量最高(20.96 mg·hm^-2),说明27年可能为最适禁牧年限.nifH、amoA-AOA和amoA-AOB基因丰度与氮储量具有显著线性关系,表明含有这些基因的微生物对于提高土壤氮储量具有重要作用.土壤全氮、容重以及速效磷含量是影响土壤氮循环基因的主要因素.本研究结果为深入理解土壤氮循环过程及退化草地的恢复提供了科学参考.     

紫色土线虫对长期不同施肥措施的响应

土壤线虫在农田生态系统中数量丰富且对土壤环境变化敏感, 可用于评估不同田间管理条件下的土壤健康。本文探究了紫色土区长期不同施肥措施及土壤团聚体粒径对线虫群落的分布及其生态功能多样性的影响。试验设置了5个施肥处理: 不施肥(对照, CK)、单施化肥(NPK)、生物炭 + 化肥(BCNPK)、商品猪粪 + 化肥(OMNPK)和秸秆 + 化肥(RSDNPK)。团聚体粒径分为: 原状土(BS)、大团聚体(> 2 mm; LA)和小团聚体(0.25-2 mm; SA)。结果表明, 与对照相比, 施肥可促进线虫数量增长, 其中单施化肥处理下增幅最小(66%); 有机物料与化肥配施对线虫数量的提升更为显著, 秸秆 + 化肥处理下增幅达206%。不同施肥处理间线虫类群相对丰度差异显著, 大小均表现为: 食细菌线虫(BA) > 杂食/捕食线虫(OP) > 植食线虫(PP) > 食真菌线虫(FU)。小团聚体较其他土壤团聚体的杂食/捕食线虫丰度更低, 食细菌线虫丰度较高。秸秆与化肥配施处理下线虫群落结构指数和富集指数显著增加, 且各施肥处理下线虫功能足迹呈现明显差异。有机肥与化肥配施(尤其是秸秆 + 化肥)可提高土壤养分供应且有利于形成稳定健康的土壤生态系统, 助推区域农业的可持续发展。     

长期施用化肥、猪粪和稻草对红壤水稻土化学和生物化学性质的影响

2005年和2007年分别从望城县已建立27年的肥力定位试验田内采集土壤样品,测定土壤有机碳（TOC）、全N、速效N、速效P、微生物生物量碳、氮（C_mic、N_mic）及土壤呼吸和酶活性,研究长期施用化肥、猪粪和稻草对土壤化学和生物化学性质的影响.结果表明：长期施用化肥、猪粪和稻草处理的土壤pH值与试验前相比均有所下降,电导率（EC）变化不大.化肥与猪粪、稻草配施处理的TOC、全N、速效N、速效P、土壤呼吸、C_mic、N_mic和酶活性均高于不施肥（CK）和单施化肥处理;化肥与猪粪、稻草配施处理的水稻产量也高于单施化肥处理.在研究期间,NK化肥与猪粪、NPK化肥与稻草配施处理 的C_mic/TOC大于相应的单施化肥处理.各处理土壤生物化学性质与TOC和养分含量呈正相关(P<0.01).猪粪、稻草与化肥长期配合施用能显著改善土壤化学和生物化学性质,提高土壤质量和土壤肥力.     

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。     

长期施肥对黄土旱塬农田土壤微生物丰度的影响

以长武黄土高原农业生态试验站的长期定位试验为平台,通过荧光实时定量PCR (real-time PCR) 技术,研究不同施肥制度下的黄土旱塬农田土壤微生物群落丰度,揭示长期不同施肥制度对土壤微生物群落的影响规律.结果表明: 单施化肥处理细菌数量较CK裸地增加21％,古菌增加32％;化肥配施有机肥处理细菌数量增加37％,古菌数量增加36％.化肥配施有机肥处理显著增加了土壤细菌和古菌的丰度.30年长期施氮肥处理导致氨氧化细菌(AOB)的增幅达7.13倍,而氨氧化古菌(AOA)的增幅仅为0.2倍.AOB对施肥的响应程度较高,尤其是对氮肥具有较高的敏感性.与单施氮肥和氮肥混施有机肥处理相比,施磷肥处理显著增加了固氮酶铁蛋白和甲烷氧化菌含量,撂荒地的固氮酶铁蛋白、亚硝酸还原酶和甲烷氧化菌含量显著高于耕作土壤.结合土壤基本理化性质的相关性分析结果,pH、全氮和有机碳含量是影响土壤微生物群落丰度的重要因子.总之,长期施肥显著改变了黄土旱塬农田土壤各微生物丰度,不同施肥模式、耕作方式对微生物群落丰度具有显著影响.     

长期缺素施肥及石灰石膏施用对江西鹰潭红壤反硝化微生物功能基因丰度的影响

反硝化功能基因丰度是决定温室气体氧化亚氮(N2O)排放潜力的重要生物因素.反硝化功能基因主要包括产生N2O的关键基因nirK和nirS,以及将N2O还原成氮气的基因nosZⅠ和nosZⅡ.本研究利用实时荧光定量PCR,研究了32年缺施氮(N)、磷(P)或钾(K)肥,以及施用石灰、石膏处理下江西鹰潭红壤反硝化功能基因的丰...     

稳定性氮肥配合秸秆还田对水稻产量及N2O和CH4排放的影响

以中国科学院辽宁沈阳农田生态系统国家野外科学观测研究站连续两年的试验平台为依托,以潮棕壤为供试土壤,开展了稳定性氮肥配合秸秆还田对水稻产量及N₂O和CH₄排放的影响研究,设置对照(CK)、尿素(U)、尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(U+I)、秸秆还田(S)、秸秆还田+尿素(S+U)、秸秆还田+尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(S+U+I)6个处理.结果表明: 与CK相比,尿素显著提高了水稻产量、N₂O和CH₄累积排放及全球增温潜势.硝化抑制剂和脲酶抑制剂与尿素配施可显著减缓N₂O的累积排放.秸秆还田显著增加了N₂O和CH₄累积排放、全球增温潜势和温室气体排放强度.S+U+I处理水稻产量最高,但温室气体排放强度也显著高于其他处理;U+I处理产量略低于S+U+I,但温室气体排放强度最小.秸秆单独还田处理作物产量与对照相比无显著差异.在东北潮棕壤发育的水田中,S+U+I和U+I是相对较优的施肥模式.     

稳定性氮肥配合秸秆还田对水稻产量及N2O和CH4排放的影响

以中国科学院辽宁沈阳农田生态系统国家野外科学观测研究站连续两年的试验平台为依托,以潮棕壤为供试土壤,开展了稳定性氮肥配合秸秆还田对水稻产量及N₂O和CH₄排放的影响研究,设置对照(CK)、尿素(U)、尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(U+I)、秸秆还田(S)、秸秆还田+尿素(S+U)、秸秆还田+尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(S+U+I)6个处理.结果表明: 与CK相比,尿素显著提高了水稻产量、N₂O和CH₄累积排放及全球增温潜势.硝化抑制剂和脲酶抑制剂与尿素配施可显著减缓N₂O的累积排放.秸秆还田显著增加了N₂O和CH₄累积排放、全球增温潜势和温室气体排放强度.S+U+I处理水稻产量最高,但温室气体排放强度也显著高于其他处理;U+I处理产量略低于S+U+I,但温室气体排放强度最小.秸秆单独还田处理作物产量与对照相比无显著差异.在东北潮棕壤发育的水田中,S+U+I和U+I是相对较优的施肥模式.     

长期施肥对土壤氨氧化微生物的影响

长期施肥可改变土壤碳氮等养分供应,进而影响微生物数量与群落组成。本研究基于棕壤长期定位实验站,分析不同施肥方式下(不施肥,CK;低量无机氮肥,N₂;高量无机氮肥,N₄;有机无机氮肥配施,M₂N₂)土壤氨氧化古菌(AOA)和细菌(AOB)的变化,为土壤氮素转化的微生物学机制和培肥土壤提供依据。结果表明:不同施肥方式下,土壤AOA与AOB的数量比值为2.28～61.95。与CK相比,施肥后土壤AOA数量降低了1.6%～13.6%。N₄处理AOB数量随土壤深度增加呈先降低后升高的趋势,其他处理则相反。土壤AOB群落Shannon多样性指数、均匀度指数和Simpson指数均高于AOA。M₂N₂处理0～20 cm土层土壤AOB多样性增加,但AOA多样性降低。土壤AOB主要因土壤深度发生聚类,AOB和AOA均未因施肥方式发生聚类。综上,长期施肥改变了土壤AOA和AOB的构成状况,AOA对环境变化较为敏感,AOB较为丰富和稳定。