土壤微生物多样性的主要影响因素

土壤微生物是土壤生态系统的主要组成部分。而且不同的土壤具有不同的土壤微生物群落。影响土壤微生物多样性的因素很多,主要可以分为自然因素和人为因素。本文将从土壤微生物多样性的影响因素的两个方面阐述目前国内外土壤微生物多样性的研究现状。     

北京城市发展对土壤微生物群落功能多样性的影响

为研究城市发展对土壤微生物功能多样性的影响,以北京市建成区为例,采用Biolog-ECO微平板技术分析不同环路内3种类型绿地(居民区内绿地、街道边绿地、公园内绿地)土壤微生物群落功能多样性的变化.结果表明:二环内各绿地类型土壤微生物群落的AWCD(average well color development,平均颜色变化率)相对较高,分别为1.107、1.192、1.007,表明其土壤微生物群落代谢活性较高,利用碳源能力较强,其他环路土壤微生物群落利用碳源能力相对较弱;其中,各绿地类型土壤微生物群落对羧酸类碳源的利用能力最弱.城市环路梯度下居民区对土壤微生物群落多样性的影响相对较大;街道对土壤微生物群落功能多样性无显著影响(或者城市环路梯度下街道边绿地土壤微生物群落功能多样性趋同);四环～五环公园内绿地土壤微生物群落功能多样性与其他环路之间存在显著差异.对土壤微生物群落碳源利用能力进行主成分分析的结果显示,居民区内绿地、街道边绿地、公园内绿地提取的与土壤微生物碳源利用相关的主成分累积贡献率分别为86.79%、87.09%、84.92%,对主成分分离起主要作用的碳源主要是氨基酸类、糖类、多聚物类和羧酸类物质.冗余分析(RDA)表明,pH、土壤含水量是影响土壤微生物群落代谢能力和功能多样性的主要因素.城市绿地类型和环路因子对土壤微生物利用碳源分异存在一定影响,但对碳源代谢能力变异的解释量(5.91%)低于土壤理化因子的解释量(16.26%).研究显示,城市环路对土壤微生物功能多样性产生一定影响,但各环路街道边绿地土壤微生物功能多样性无显著差异,并且二环内、二环～三环、三环～四环各绿地类型土壤微生物多样性也无显著差异,说明城市发展可能使土壤微生物群落功能多样性趋于同质化.      

直流电场对根际土壤微生物群落的影响及其机理

电场作用下根际土壤微生物群落的变化与利用电场强化植物修复效率密切相关.文章利用改进的PCR-DGGE(多聚酶链式反应-变性梯度凝胶电泳)方法,研究了不同电场条件下根际土壤微生物群落多样性和相似性的变化,分析了直流电场对土壤微生物群落的影响机理.结果表明,电场对根际土壤微生物群落的影响与电场条件有关,合适的电场条件有助于增加土壤微生物群落的多样性,但是电场形式、强度和施加方式不当则会使土壤微生物群落的多样性和结构受到明显影响.电场作用下土壤性质的变化、电场对土壤微生物的迁移作用和致死效应、以及微生物对环境压力的生理响应等是电场影响土壤微生物群落的主要机制.为了避免电场对根际土壤微生物的不利影响,利用电场强化植物修复时需要采用合适的电场条件.     

土壤生态系统微生物多样性技术研究进展

土壤微生物多样性主要研究土壤环境中微生物种群的类别、丰度、分布、结构变化及微生物群落功能的多样性,是土壤生物多样性研究的主体部分。19世纪末,传统的微生物分离培养方法应用于土壤微生物多样性解析。至20世纪70年代,建立了以磷脂脂肪酸图谱分析法(PLFA)和BIOLOG微量分析法为代表的对土壤微生物群落多样性评价的生物化学方法。20世纪90年代后期,随着分子生物学技术的快速发展,建立了变性梯度凝胶电泳(DGGE)、末端限制性片段长度多样性(TRFLP)、克隆文库和高通量测序等土壤微生物多样性研究方法。本文综述了土壤微生物多样性研究技术的原理、进展,并对不同技术的优缺点及应用进行探讨,并对相关领域研究提出思考。     

广东海丰湿地生态恢复进程中不同生境的土壤微生物特征分析

土壤微生物能够敏感反应湿地生态系统质量变化及功能演变.为了探索土壤微生物在生态恢复措施下的变化及响应机制,采用高通量测序技术研究了广东海丰湿地在生态恢复进程中4种不同生境(植被恢复区、乡土植被区、潮沟和光滩)的土壤微生物群落结构与多样性特征及其影响因素.结果表明,4种不同生境土壤理化性质差异显著,表现为潮沟土壤TC、TN、TOC和TK含量最高,且植被恢复区土壤的TC、TN和TP含量显著高于光滩.潮沟和光滩上EC值显著高于植被恢复区和乡土植被区.细菌在潮沟中多样性指数和丰度最高,且植被恢复区土壤细菌丰度和多样性显著高于光滩;古菌群落结构在潮沟中比其他3种生境显著复杂,多样性与丰度更高;而真菌在乡土植被区的多样性指数和丰度显著高于其他生境,群落结构也最为复杂.TN和TC是影响细菌群落的主要因素;TN和EC是影响古菌群落的主要因素,而pH、TP和TN是影响真菌群落关键性因素.由此可见,在生态恢复过程中,光滩上植被的定植增加了土壤微生物群落多样性和丰富度,生态恢复初见成效,研究结果可为光滩生态修复策略的选择提供理论依据.     

不同沼灌年限稻田土壤微生物群落分析

为了探明不同沼灌年限稻田耕层土壤微生物群落多样性变化,明确稻田耕层土壤微生物群落多样性对不同沼灌年限的响应,本文原位系统采集了不同沼灌年限的稻田土壤,并采用高通量测序技术对不同沼灌年限稻田土壤的微生物群落结构进行了分析.结果表明,随着沼灌年限的增加,土壤pH值逐渐下降,有机质、硝态氮、磷酸盐等养分逐渐累积.沼灌不利于水稻产量的形成.高通量测序技术较全面和准确地反映了不同沼灌年限稻田土壤微生物群落结构在门、纲、目、科、属这5个水平上的分布,在沼灌稻田微生物群落多样性的表征方面具有明显的优势.随着沼灌年限的增加,稻田土壤微生物群落的物种丰富度逐渐降低,微生物群落的多样性也逐渐降低.典型对应分析的结果表明,土壤溶解性有机碳(F=2.67,P=0.09)是影响沼灌稻田土壤微生物群落结构的主要环境因子.     

土地整治对土壤微生物多样性的影响分析

为了研究土地整治对土壤微生物的影响,通过田野调查和样品实验,对土地整治区内外土壤中的微生物多样性与种群结构进行了对比分析.结果表明:从微生物多样性来看,土地整治区内土壤细菌和真菌多样性显著提高;从微生物种群结构来看,土地整治区内细菌丰度较高的属有变形菌、绿弯菌、酸杆菌和放线菌,真菌丰度较高的属有被孢霉菌、青霉菌和曲霉菌;有机肥的使用显著提高了微生物多样性及鞘脂单胞菌和地杆菌等土壤有益菌的丰度;通过相关性分析可得,土壤理化性质和重金属污染水平是影响土壤微生物多样性与结构的重要因素.该研究证实了土地整治对提高土壤微生物多样性和改善土壤质量的重要作用,也为土地整治工作的开展提供了科学依据.     

黄河源区高寒沼泽湿地土壤微生物群落结构对不同退化的响应

为研究高寒沼泽湿地退化过程中土壤微生物群落多样性的变化,应用MiSeq高通量测序技术,分析高寒沼泽湿地退化过程中土壤微生物群落多样性以及相关的环境因子.结果表明,高寒沼泽湿地退化改变了土壤微生物在OTUs水平上的物种组成,OTUs种类变化丘间较冻融丘明显,且土壤真菌OTUs种类变化显著;冻融丘和丘间细菌微生物多样性指数大于真菌微生物;不同退化高寒沼泽湿地土壤优势微生物种类相同,细菌为变形菌门（Proteobacteria）和RB41,真菌为子囊菌门（Ascomycota）和被孢霉属（Mortierella）,除RB41外未退化与重度退化间优势微生物丰度有较大差异（P<0.05）,丘间的优势微生物对不同退化较冻融丘敏感;土壤含水量、有机碳、微生物碳、微生物氮和莎草科的盖度是影响土壤微生物群落结构的主要因素.综上所述：高寒沼泽湿地退化导致微生物多样性降低,在湿地恢复中应加强湿地冻融丘和莎草科植物的保护以及土壤水分、有机碳和微生物碳氮的补充.     

戴云山南坡不同海拔森林土壤微生物群落结构特征和影响因素

土壤微生物作为森林生态系统主要驱动力,是影响生态系统物质循环和养分转化的重要因素.探讨不同海拔和季节森林土壤微生物群落的分布规律,对理解土壤生态过程和预测土壤生态系统功能具有重要研究意义.以戴云山南坡不同海拔森林土壤(海拔900～1 500 m)为研究对象,探讨夏季和冬季不同海拔土壤微生物群落结构和功能多样性,揭示驱动土壤微生物群落变化的主要因素.结果表明：(1)夏季土壤微生物群落中革兰氏阳性菌含量最高,冬季土壤真菌含量最高,海拔1 200 m处土壤总磷脂脂肪酸含量均高于其它海拔.随海拔升高,冬季土壤微生物群落中土壤真菌群比细菌群占据更大优势.(2)冗余分析表明,夏季7个海拔土壤微生物群落磷脂脂肪酸(PLFA)含量主要受环境因子和地形因子共同作用,累计解释量达56.72%;冬季土壤微生物群落磷脂脂肪酸含量主要受环境因子驱动,单独解释量达52.23%,环境因子和地形因子累计解释量为55.37%.(3)土壤全碳含量、土壤pH和多酚氧化酶是驱动夏季土壤微生物群落变化的主要因子;土壤有效磷、全钾、全碳含量和土壤pH是驱动冬季土壤微生物群落变化的主要因子.     

水位波动和植被恢复对三峡水库消落带土壤原核微生物群落结构的交互影响

水库消落带是典型的生态脆弱敏感区.水位波动是影响消落带土壤环境的主要因素,植被恢复是消落带土壤保育的重要手段.然而,在水库消落带中,水位波动和植被恢复对土壤微生物群落结构的交互影响尚不清楚.为此,选取三峡水库消落带中不同水位高程的撂荒草地和人工林地为研究对象,利用16S rRNA高通量测序技术探究土壤原核微生物群落组成和多样性,并探讨驱动土壤原核微生物群落结构的主要环境因子.结果表明,消落带的低水位高程中土壤原核微生物α多样性最高,其中163 m高程的Pielou_e指数、Shannon指数和Simpson指数显著高于168 m高程,Chao1指数和Shannon指数显著高于173 m高程.但撂荒草地和人工林地的土壤菌群α多样性并无显著差异.同时,水位波动和植被恢复均对土壤原核微生物的群落组成产生显著影响,不同样地中生物标志物类别具有明显差异.值得注意的是,植被恢复模式差异对土壤原核微生物群落结构的影响强于水位波动.此外,层次分割结果显示土壤pH是三峡水库消落带土壤原核微生物群落结构变化的主要驱动因子.以上结果可深化对水库消落带土壤微生物群落结构的认识,并为水库消落带生态系统的恢复重建提供科学参考.     

土壤微生物对环境胁迫的响应机制

微生物在生态系统物质循环和能量流动过程中起重要作用.研究土壤微生物对各种环境胁迫的响应有助于认识微生物对环境变化的适应与演变机理,维持土壤生态系统功能的稳定.土壤微生物群落多样性是衡量土壤生态系统稳定性的一个重要指标.多数研究表明,土壤微生物群落多样性越高,土壤生态系统越稳定.本文在总结土壤微生物群落多样性及其与环境胁迫响应关系的基础上,进一步讨论了土壤微生物对环境胁迫响应的生态学机制,包括:①抗性微生物的出现及抗性基因的水平转移.该过程导致了土壤微生物群落结构和多样性的改变,产生了更多抵抗能力较强的微生物类群,从而达到对外源干扰的适应,使土壤微生物群落对环境胁迫的抵抗力和恢复力随之提高.②土壤微生物群落功能的冗余.这些冗余程度越高,冗余组分缓冲维持生态系统正常功能的能力越强,从而提高微生物群落对环境胁迫的抵抗力和恢复力.研究土壤生态系统的稳定性与微生物多样性之间的关系,不仅有助于揭示土壤生态系统稳定性的内在机制,为合理调控提供科学依据,也可以为土壤环境质量管理提供参考.     

Nitrogen deposition alters soil chemical properties and bacterial communities in the Inner Mongolia grassland

Nitrogen deposition has dramatically altered biodiversity and ecosystem functioning on the earth; however, its effects on soil bacterial community and the underlying mechanisms of these effects have not been thoroughly examined. Changes in ecosystems caused by nitrogen deposition have traditionally been attributed to increased nitrogen content. In fact, nitrogen deposition not only leads to increased soil total N content, but also changes in the NH₄⁺-N content, NO₃^--N content and pH, as well as changes in the heterogeneity of the four indexes. The soil indexes for these four factors, their heterogeneity and even the plant community might be routes through which nitrogen deposition alters the bacterial community. Here, we describe a 6-year nitrogen addition experiment conducted in a typical steppe ecosystem to investigate the ecological mechanism by which nitrogen deposition alters bacterial abundance, diversity and composition. We found that various characteristics of the bacterial community were explained by different environmental factors. Nitrogen deposition decreased bacterial abundance that is positively related to soil pH value. In addition, nitrogen addition decreased bacterial diversity, which is negatively related to soil total N content and positively related to soil NO₃^--N heterogeneity. Finally, nitrogen addition altered bacterial composition that is significantly related to soil NH₄⁺-N content. Although nitrogen deposition significantly altered plant biomass, diversity and composition, these characteristics of plant community did not have a significant impact on processes of nitrogen deposition that led to alterations in bacterial abundance, diversity and composition. Therefore, more sensitive molecular technologies should be adopted to detect the subtle shifts of microbial community structure induced by the changes of plant community upon nitrogen deposition.     

连作对党参根际土壤理化性质、微生物活性及群落特征的影响

为探究连作对党参根际土壤理化性质、土壤微生物活性和群落特征的影响.以休耕5 a再种植党参的地块(CK)和不同连作年限的党参种植田为研究对象,采用Illumina高通量测序技术结合土壤理化性质分析,探讨了党参根际土壤理化性质、微生物活性和微生物群落特征对连作年限的响应.结果表明,党参根际土壤有机碳、全磷、全氮和盐分的含量随着连作年限的延长而增加,而土壤pH值则随着连作年限的延长而降低.较CK处理,连作1 a、 2 a、 3 a和4 a的党参根际土壤有机碳含量分别增加了11.1%、 80.5%、 74.9%和78.2%,全磷含量分别增加了11.8%、 52.9%、 66.7%和78.4%,全氮含量分别增加了31.3%、 68.8%、 52.1%和56.3%.连作3 a和4 a时土壤盐分含量显著增加,较CK处理,土壤电导率分别增加了54.2%和84.7%.根际土壤中微生物生物量碳氮比随着连作年限的延长而呈现增加的趋势,土壤呼吸熵和微生物熵则呈现降低的趋势.随着连作年限的增加,土壤中细菌多样性和丰度降低,真菌多样性和丰度增加.此外,随着连作年限的增加,土壤中细菌群落之间的拮抗作用增强,而真菌群...     

A review of diversity-stability relationship of soil microbial community: What do we not know?

The impact of decreased biodiversity on ecosystem stability, or the diversity-stability (D-S) relationship, is one of the major concerns of modern ecological studies. Studies on the D-S relationship for soil microbial communities began in 2000 when the fumigation method was developed to generate different levels of soil microbial biodiversity. The studies used various measures and levels of biodiversity, and covered several functional parameters. Due to the lack of general concepts and reliable approaches to define microbial species, studies on the D-S relationship of soil microbial communities concentrate on genetic diversity and functional diversity more than species diversity. Contradictory results were observed in various studies on D-S relationship with possible factors affecting or even changing the directions of the D-S relationship including: (1) the methods of stability measurement, (2) the techniques in microbial diversity measurement, (3) the measures and levels of diversity, (4) the type and strength of disturbance, (5) the traits of functions, and (6) the hidden treatments stemming from diversity manipulation. We argue that future studies should take diversity, species composition and interaction, and soil environmental conditions holistically into account in D-S studies to develop modeling to predict soil functional stability. We also suggest that studies should be carried out on a wider range of disturbance types and functional parameters, and efforts be shifted towards long-term field studies.     

不同相伴阴离子对镉污染红壤微生物区系及群落功能多样性的影响

通过外加醋酸镉和氯化镉的室内培养试验研究了不同相伴阴离子对镉污染红壤中微生物区系及群落功能多样性的影响 .结果表明 :在相同镉浓度下相伴OAc-对镉污染红壤的细菌、放线菌和真菌数量及微生物群落功能多样性的抑制作用大于相伴Cl-.统计分析显示 ,在供试红壤中OAc-与Cl-对其微生物区系及微生物群落代谢剖面 (AWCD值 )、Shannon指数的影响均达到显著差异 (P <0 0 5 ) ,且在红砂土上表现更为明显 .外加醋酸钾和氯化钾的培养试验结果表明 ,阳离子为钾时 ,相伴OAc-与Cl-对红壤微生物区系结构及群落功能多样性没有产生明显抑制作用 ,相伴OAc-甚至存在一定的刺激作用 .可见 ,相伴OAc-对镉污染红壤微生物的毒害作用大于相伴Cl-,其原因并非是阴离子本身的毒性效应 ,而镉的生物有效性变化可能是不同相伴阴离子镉盐导致毒性差异的原因之一 .     

三江平原湿地开垦对土壤微生物群落结构的影响

过度开垦会导致湿地生态系统的快速退化,湿地土壤微生物能够敏感地反映湿地土壤质量及湿地生态系统功能的演变.为研究土地利用变化对湿地微生物群落结构的影响,以黑龙江抚远三江湿地保护区为研究对象,采集其中的原始泥炭湿地、开垦后改种豆科植物及水稻的3种湿地土壤.采用基于细菌16S rRNA基因的高通量测序技术研究上述土壤细菌的群落结构,并探讨其与土壤环境因子间的关系.结果表明,不同土地利用方式湿地土壤中的优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)及酸杆菌门(Acidobacteria),但土地利用方式明显改变了湿地土壤细菌属的组成.改种豆科植物土壤中Blastocatella、Coxiella、Rickettsia丰度较高,水稻田土中Massilia、Nitrosomonas、Bradyrhizobium聚集较多,而泥炭湿地中含较高丰度的Rhizomicrobium、Arthrobacter、Bacillus.结合Chao值与Shannon指数,水稻田土微生物多样性高于改种豆科植物土壤及泥炭湿地土壤,而后两种土壤细菌群落多样性则未见明显差异.相关性分析表明,土壤p H及含水率是影响微生物群落组成的重要驱动因子,说明湿地土壤开垦后改变了土壤p H、含水率及土壤养分,从而对微生物群落结构产生影响.