再生水灌溉对土壤理化性质和可培养微生物群落的影响

再生水回用是解决城市水危机的重要举措,但使用再生水对土壤和土壤微生物的影响研究有限。本研究以自来水灌溉为对照,采用多种土壤指标测定法和微生物稀释涂布分离法研究了再生水灌溉对土壤理化性质和微生物群落多样性的影响。结果表明:经再生水灌溉,土壤pH、含水量、有机质(OM)、全氮(TN)、全钾(TK)、碱解氮(AN)和速效磷(AP)含量增加,其中TK的影响显著,而土壤全磷(TP)、碳氮比(C/N)和速效钾(AK)值均降低;从研究区土壤分离出62株细菌划分为20个种属,其中芽孢杆菌属(Bacillus)是再生水灌区土壤细菌的优势菌属,假单胞菌属(Pseudomona)是自来水灌区的优势菌属;不同水源灌溉下微生物的多样性水平存在差异,再生水灌区土壤微生物均匀度指数(Jsw)和种间相遇机率(PIE)高于自来水灌区,而多样性指数(H')、均匀度指数(Jsi)、丰富度指数R1和R2均低于自来水灌区;多样性指数、丰富度指数和均匀度指数之间的密切关系可以反映微生物群落特征具有一致性。微生物类群聚类分析结果表明,微生物被划分为4个类群,再生水灌区(RW)和自来水灌区(DW)相似性最低,而再生水灌区内曝气池处(RW-B)和进水口处(RW-J)相似性最高。通过对再生水灌区微生物群落与土壤理化指标的典型对应分析发现,OM、TN、TP 3个指标与微生物群落相关性较强。OM对土壤杆菌属(Agrobacterium)和奈瑟氏球菌属(Neisseria)的影响较大,TP对黄单胞菌属(Xanthomonas)、纤维单胞菌属(Cellulomonas)、默氏利斯特氏菌(Listeria murrayi)和缠绕棒杆菌(Corynebacterium fascians)影响较大。     

黑龙江省表层冻土细菌群落结构组成和功能特征

冻土是气候变化的敏感区,冻土中细菌对于预测冻土和气候之间的潜在反馈机制至关重要,研究冻土区土壤中细菌的多样性和种群结构将有助于及时检测环境变化并采取有效的应对措施。以黑龙江省表层冻土为研究对象,运用Illumina MiSeq高通量测序分析技术,系统分析黑龙江表层冻土细菌群落结构组成和功能特征,探究影响因素。结果表明,得到的785640条原始序列可划分为30个门,109个纲,209个目,326个科,512个属,598个种。优势菌门主要包括Proteobacteria、Actinobacteria、Acidobacteria、Chloroflexi、Bacteroidetes、Verrucomicrobia,在P0.01水平上,Proteobacteria与Actinobacteria、Chloroflexi极显著负相关,与Acidobacteria极显著正相关,Actinobacteria与Acidobacteria极显著负相关,与Chloroflexi极显著正相关,Acidobacteria和Chloroflexi之间则无显著相关性。属水平上,Aetherobacter属在各样本之间显著性差异最大,Flavobacteriu属和Burkholderia属,Microlunatus属和Massilia属之间呈现显著负相关。RDA多元回归分析发现,土壤pH是影响细菌群落结构组成的最主要因子,门水平上与Crenarchaeota、Verrucomicrobia、Thermi呈极显著正相关,与Elusimicrobia呈极显著负相关;属水平上,与Arthrobacter属、Blastococcus属、Chelatococcus属在P0.001水平上呈现显著正相关。基于细菌基因组的16S rRNA序列对菌群代谢功能进行预测发现,细菌群落主要代谢功能表现在膜转运功能、氨基酸代谢功能以及碳水化合物代谢功能三方面。黑龙江省区域尺度范围内,表层冻土中细菌群落结构分异主要受土壤理化性质影响,而土壤利用方式对微生物群落结构影响不显著。     

不同冻融阶段表层季节冻土细菌群落结构和功能解析

冻土微生物对预测冻土和气候之间潜在反馈机制至关重要。为明确不同冻融阶段对冻土细菌群落的影响,揭示冻土性质变化与细菌群落之间的响应关系,选择黑龙江典型季节冻土表层土为研究对象并进行理化性质测定,采用16S rRNA高通量测序技术分析细菌群落结构和功能组成,通过冗余分析等方法探究土壤理化性质与细菌群落结构和功能之间的相关关系。结果表明:(1)不同冻融阶段对土壤pH和总磷含量影响不显著,完全冻结期土壤中机质和总氮含量显著高于冻融循环期(P ＜ 0.05)。(2)共获得OTU序列985111条,属于42个菌门,优势菌门中,放线菌门(Actinobacteria)相对丰度在完全解冻期显著高于冻融循环期和完全冻结期(P ＜ 0.05),变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)相对丰度在不同冻融阶段未表现出显著性差异。不同冻融阶段对细菌Alpha多样性和Beta多样性影响显著,其中冻融循环期显著增加了细菌群落的多样性,完全冻结期则使Beta多样性发生显著变化。此外,完全冻结期对细菌丰度之间的正相关性以及群落的稳定性影响较大。(3)细菌群落功能共5418种,分属于6大类,其中新陈代谢功能占比最大,不同冻融阶段平均值占比75%以上。一级功能在完全冻结期和完全解冻期之间均具有显著性差异(P ＜ 0.05)。具有显著性差异的二级功能中,几乎均在完全冻结期和完全解冻期之间存在显著差异(P ＜ 0.05)。(4)土壤有机碳(SOC)、总氮(STN)、总磷(STP)是影响细菌群落结构组成和功能的主要环境因子,pH影响不显著。综上所述,不同冻融阶段(特别是完全冻结期)对细菌群落结构组成和功能具有显著影响,这种影响的变化与土壤性质SOC、STN、STP呈现显著正相关或负相关关系,研究结果为进一步研究气候变暖背景下黑龙江省季节冻土微生物的响应机制提供科学依据。