有机肥配施生物炭对果园土壤反硝化微生物和酶活性的影响

为研究有机肥配施生物炭对土壤反硝化势和反硝化微生物群落结构的影响,以柠檬果园土壤为研究对象,采用盆栽试验,设置不施肥（CK）、常规施肥（F）、有机肥（P）、化肥+生物炭（FP）和有机肥+生物炭（PP）共5个施肥处理,通过实时荧光定量PCR技术和末端限制性片段长度多态性分析（T-RFLP）分别研究了反硝化微生物的丰度和群落结构;采用冗余分析（RDA）明确影响反硝化微生物群落结构的环境因子,运用PLS-PM分析揭示影响柠檬果园土壤反硝化势的环境因子.结果表明：①与单施化肥处理（F）相比,有机肥和生物炭（P、FP和PP）处理均显著提高了土壤反硝化势,提高范围为147.8%~1445.3%.有机肥配施生物炭处理较单施有机肥土壤反硝化势降低了23.8%.②与CK处理相比,施肥处理明显提高了nirS和nirK型反硝化微生物丰度;化肥处理（F和FP）显著降低nosZ型反硝化微生物丰度.施加生物炭的处理显著改变反硝化微生物的多样性和均匀度,但具体规律及机质尚不清晰.③ RDA分析结果表明,施肥能通过改变C/N、WC、NO₃^--N、SOC、AK和AP等土壤环境因子,从而影响土壤nirS、nirK和nosZ型反硝化微生物的群落结构.④ PLS-PM结果分析表明,土壤反硝化势与pH和nirK型反硝化微生物丰度呈极显著正相关,NO₃^--N通过影响nirK型反硝化微生物群落丰度间接影响土壤反硝化势.此外,nirK型反硝化微生物群落是柠檬果园土壤反硝化作用的主导菌群.综上,有机肥主要通过调控土壤pH直接影响土壤反硝化势,通过调控NO₃^--N含量影响nirK反硝化微生物丰度间接影响土壤反硝化势,有机肥配施生物炭能减缓单施有机肥造成的土壤反硝化势提高的情况,更适合在该地区果园中进行推广.     

不同水分管理条件下添加生物炭对琼北地区水稻土N2O排放的影响

干湿交替会影响土壤硝化和反硝化等N₂O主要的产生过程,频繁的干湿交替在以海南为代表的热带水稻种植地区十分常见.生物炭作为一种土壤改良剂在改良土壤理化性质,减少土壤温室气体排放方面应用广泛,然而当前关于生物炭在琼北地区水稻土频繁干湿交替过程中减排效果研究并未深入.本试验以海南琼北地区典型水稻土为供试土壤,以400℃厌氧条件下炭化的玉米秸秆生物炭为供试生物炭,探究不同水分管理条件下添加生物炭对土壤温室气体排放及微生物相关功能基因的影响.试验设置干湿交替条件下不添加生物炭（AWD1）,干湿交替并添加2%生物炭（AWD2）,干湿交替并添加4%生物炭（AWD3）,持续淹水不添加生物炭（CF1）,持续淹水并添加2%生物炭（CF2）,持续淹水并添加4%生物炭（CF3）共6个处理,进行为期30 d的25℃恒温避光培养.结果表明：①不同水分条件下添加玉米秸秆生物炭均可减少酸性水稻土中N₂O的排放（P<0.05,下同）,AWD3处理N₂O排放总量为0.43 mg·kg^-1,相比AWD1处理减少了68%;②玉米秸秆生物炭在不同水分管理条件下均可以显著提高土壤pH,添加生物炭处理相对于不添加生物炭处理在培养结束后土壤pH平均提高了0.5个单位,同时提高土壤NH₄⁺-N含量,但会导致Eh的降低;③玉米秸秆生物炭的添加显著降低了氨氧化细菌（AOB）丰度,显著提高了nosZ基因丰度,降低了（nirK+nirS）/nosZ的比值,抑制了硝化过程,同时促进了反硝化过程N₂O的还原,从而降低了N₂O排放.结果表明,干湿交替过程添加生物炭有利于减少水稻田土N₂O排放,在琼北地区农业温室气体减排方面有较大的应用前景.     

生物质炭影响下土壤呼吸温度敏感性及细菌群落结构的变化

为探究生物质炭对土壤呼吸及微生物群落结构的影响,在不同生物质炭用量及不同温度条件下进行室内土壤培养试验,分析土壤CO₂释放规律、不同有机碳组分的变化以及土壤细菌群落结构特征.结果表明：①生物质炭处理对各温度条件下的土壤呼吸均表现为前期激发和后期抑制的效应,且在培养14 d之后,生物质炭处理显著降低了土壤呼吸温度敏感性Q₁₀值.②就土壤有机碳而言,未添加生物质炭的CK处理土壤惰性有机碳含量的下降幅度随温度升高而增大,对温度变化较敏感,但生物质炭的输入显著降低了土壤惰性有机碳的温度敏感性,使各温度条件下土壤惰性有机碳的降幅收窄,且降幅并未随温度的升高而增大.③16S rDNA高通量测序结果显示,至培养末期,CK处理土壤中马赛菌属（Massilia）的相对丰度随温度升高而降低,且生物质炭的输入显著提高了马赛菌属的温度敏感性,使其相对丰度随温度升高降幅增大.与马赛菌属相反,CK处理土壤中嗜盐囊菌属（Haliangium）的相对丰度随温度的升高显著增加,生物质炭的输入降低了其温度敏感性,使温度梯度间相对丰度差异不显著.本研究表明,生物质炭的输入可显著降低土壤呼吸温度敏感性,这与土壤惰性有机碳温度敏感性的降低及马赛菌属和嗜盐囊菌属相对丰度的改变有关.     

酒糟生物炭短期施用对贵州黄壤氮素有效性及细菌群落结构多样性的影响

为实现酱香型酒糟资源化综合利用和黄壤氮素有效性提升,采取田间培养试验,通过设置5个生物炭施用量0%（MB₀）、0.5%（MB_0.5）、1.0%（MB_1.0）、2.0%（MB_2.0）和4.0%（MB_4.0）,研究酒糟生物炭短期施用对贵州黄壤氮素有效性及细菌群落结构多样性的影响.结果表明,施用酒糟生物炭使土壤全氮（TN）和硝态氮（NN）含量分别提高35.79%~365.26%和122.96%~171.80%,微生物量氮（MBN）含量降低34.10%~59.95%,且随着生物炭施用量的增加,铵态氮/全氮（AN/TN）、硝态氮/全氮（NN/TN）和微生物量氮/全氮（MBN/TN）呈现出降低趋势.施用酒糟生物炭显著降低了土壤细菌OTU数量、群落丰富度和多样性,且随酒糟生物炭施用量的增加,该影响程度随之增加.与未施用酒糟生物炭MB₀处理相比,酒糟生物炭的施用显著改变土壤细菌群落结构,随着生物炭施用量的增加,拟杆菌门（Bacteroidetes）相对丰度提高了1.76~2.11倍,而酸杆菌门（Acidobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）、浮霉菌门（Planctomycetes）、装甲菌门（Armatimonadetes）、奇古菌门（Thaumarchaeota）和硝化螺旋菌门（Nitrospirae）相对丰度均出现不同程度的降低,均以MB_4.0处理降幅最为显著.同时,酒糟生物炭的施用还增加了一些土壤功能细菌的相对丰度,如链霉菌属（Streptomyces）、极小单胞菌属（Pusillimonas）等,降低了溶杆菌属（Lysobacter）和芽孢杆菌属（Gemmatimonas）等优势菌属的相对丰度.此外,冗余分析（RDA）结果显示,MBN/TN、NN和MBN是引起土壤细菌群落结构变化的主要氮素环境因子,而且MBN/TN、MBN与奇古菌门（Thaumarchaeota）和硝化螺旋菌属（Nitrospira）均呈显著正相关性,说明短期内酒糟生物炭的施用可以显著降低氨氧化古菌和硝化细菌的丰度,抑制土壤氨氧化作用和硝化速率,提高土壤氮素有效性.综上所述,短期内施用酒糟生物炭可以提高黄壤氮素养分,改变土壤细菌群落结构和多样性,并可以通过抑制土壤氨氧化作用和硝化作用有效阻控土壤氮素淋溶发生的风险,提高土壤氮素有效性.     

集约化柑橘种植抑制土壤磷循环微生物活性

微生物是调节土壤磷循环的关键驱动力.阐明土壤解磷菌的微生物矿化过程对于提高植物养分吸收率和作物产量具有重要意义.通过测定柑橘园与毗邻的自然林地土壤编码碱性磷酸酶基因（phoD）丰度、解磷细菌群落多样性和土壤无机磷组分,探究柑橘种植对土壤微生物获取磷策略的影响机制.结果表明,柑橘种植导致土壤pH下降,土壤有效磷累积,ω（有效磷）平均值高达112 mg·kg^-1,显著高于毗邻的自然林地（3.7 mg·kg^-1）.柑橘种植也会影响土壤磷素组成,柑橘土壤含有较高的可溶态磷（CaCl₂-P）、柠檬酸提取态磷（Citrate-P）和矿物结合态磷（HCl-P）.自然林地土壤各磷组分均显著低于柑橘土壤,而phoD基因丰度和碱性磷酸酶活性显著高于柑橘土壤.高通量测序结果表明,柑橘土壤解磷细菌Shannon指数（4.61）显著低于自然林地（5.35）,群落结构也有别于自然林地.柑橘种植改变了土壤解磷菌的群落组成,自然林地变形菌门的相对丰度显著低于柑橘土壤.土壤有效磷含量与碱性磷酸酶活性呈显著负相关,表明土壤高磷累积抑制土壤解磷细菌的活性.柑橘种植改变了土壤微生物对磷的获取策略,在柑橘园中,土壤微生物主要依赖外源磷,而自然林地土壤微生物主要以微生物分泌碱性磷酸酶矿化有机磷来获取磷的方式满足其生长需求.     

稻田落干过程砷甲基化效率变化与关键影响因素分析

研究稻田落干过程砷甲基化效率变化规律,分析关键环境和生物因素的影响,为今后水稻直穗病防控提供科学依据.开展室内培养模拟稻田落干过程,以采集自贵州兴仁（XR）和广西南丹（ND）的两种砷污染水稻土壤为供试土壤,各土壤设置添加（RS）和不添加（CK）水稻秸秆处理,分析自然落干0、24、36、48和60 h过程中Eh、pH、孔隙水总有机碳（TOC）、砷形态、砷甲基化功能基因（arsM）、硫酸盐还原菌（dsrA,砷甲基化相关微生物）、产甲烷菌（mcrA,砷去甲基化相关微生物）丰度和arsM功能微生物多样性变化.稻田落干过程土壤Eh由完全淹水状态下的-300~-200 mV向落干后的-150~-50 mV变迁,而pH值变化规律不明显;孔隙水无机砷（iAs）和二甲基砷（DMAs）浓度随落干过程变化更为显著,总体呈现增加趋势,且RS处理DMAs浓度显著高于CK,ND土壤孔隙水比XR土壤孔隙水DMAs浓度更高;随落干时间延长,XR-CK和XR-RS处理土壤砷甲基化效率有一定提升,但变化不显著,而ND-CK和ND-RS处理土壤砷甲基化效率显著增加.当培养为60 h时,ND-CK和ND-RS处理砷甲基化效率相比培养初期分别提高约61.8%和23.2%;随落干时间延长arsM和dsrA基因拷贝数明显增加,而mcrA基因拷贝数显著下降.秸秆添加后显著提高全细菌和arsM、dsrA和mcrA基因丰度;进一步基于多因素方差分析和冗余分析发现,供试土壤、秸秆添加、落干时间和其交互作用对于各砷形态、砷甲基化效率和关键基因丰度变化影响显著,TOC、Eh和砷甲基化相关基因与甲基态砷呈正向关联,而与无机砷iAs呈负向关联;基于arsM微生物测序发现,伴随落干过程还发生着砷甲基化功能微生物群落的更替.研究结果有助于提升稻田落干过程中砷甲基化变化的理论认知,为今后水稻直穗病科学防控提供指导.     

生物质炭施用对再生水灌溉空心菜根际微生物群落结构及多样性的影响

再生水利用是缓解农业灌溉水资源短缺的重要途径之一.生物质炭作为生物质废弃物一种有效的处置方式,已被广泛用于农业环境的改良与修复等方面,但关于施加生物质炭对再生水灌溉根际土壤微生物群落结构及病原菌丰度变化的影响研究较少.基于盆栽试验,采用高通量测序技术和定量PCR方法考察生物质炭种类对再生水灌溉根际土壤微生物群落结构多样性与病原菌丰度特征的影响及差异性.结果表明,不同种类生物质炭对改善土壤养分状况存在差异,稻壳生物质炭和水稻秸秆生物质炭导致再生水灌溉根际土壤pH显著增加,4种生物质炭均显著增加根际土壤的EC值（P<0.05）.水稻秸秆生物质炭处理下根际土壤细菌群落的Sobs指数、Shannon指数和Chao1指数显著增加,而添加花生壳生物质炭、稻壳生物质炭和小麦秸秆生物质炭使Simpson指数均显著降低（P<0.05）.不同处理根际土壤细菌群落相对丰度存在差异,门水平的优势类群主要为Proteobacteria、Actinobacteria、Chloroflexi、Bacteroidetes和Acidobacteria,优势菌属包括Pseudomonas、Rheinheimera、Arthrobacter、Sphingomonas和Aeromonas（相对丰度>5%）.RDA和相关性Heatmap分析表明,不同处理根际土壤细菌群落多样性和组成与土壤EC值、有机质、总氮和镉含量显著相关（P<0.05）.生物质炭种类对病原菌Aeromonas hydrophila和Bacillus cereus丰度均无显著影响,水稻秸秆生物质炭和花生壳生物质炭能够显著降低γ-Proteobacteria的相对丰度,而稻壳生物质炭和小麦秸秆生物质炭显著降低AOA的相对丰度（P<0.05）.综上所述,再生水灌溉对土壤质量未产生明显的负面效应,添加生物质炭能够显著改善土壤理化性质,生物质炭的种类对根际土壤细菌群落结构和功能菌群丰度会产生一定的影响,并且这种影响与土壤性质密切相关.     

华北平原典型城市土壤微生物群落时空变化规律及其驱动因子

微生物群落结构和功能受多种环境因素的共同影响,为阐明典型城市土壤中微生物群落的时空变化规律及其主要影响因素,亟需开展典型城市土壤中微生物群落时空动态变化特征研究.鉴于此,选取华北平原典型城市——石家庄市为研究区,共设置12个采样点,分别于2021年6月（夏季）和9月（秋季）采集表层土壤,并利用16S rRNA高通量测序技术对土壤中微生物群落结构及功能进行研究,探究其时空变化规律;同时运用Pearson相关性分析建立微生物群落与环境因子间的相关性,识别微生物群落时空变化的主要驱动因子.结果表明：①石家庄市表层土壤中主要优势菌门为放线菌（Actinobacteriota）和变形菌（Proteobacteria）;就季节变化而言,在门水平上,Actinobacteriota和Proteobacteria相对丰度均呈降低趋势;在属水平上,夏季主要优势菌属为节杆菌属（Arthrobacter）和未知分类菌属,秋季主要优势菌属为Arthrobacter和Candidatus_Nitrocosmicus,且优势菌属呈显著季节差异（P<0.05）;②就季节变化而言,Simpson、Ace和Chao指数均值呈升高趋势,而OTU均值呈降低趋势;就空间差异而言,Shannon指数和Simpson指数呈显著空间差异（P<0.01和P<0.05）;③各类功能基因无显著季节和空间差异;其中能源生产和转换类功能基因相对丰度最高,在夏季和秋季的相对丰度分别为24.06%~24.84%和24.63%~25.98%;④微生物群落结构组成、多样性指数和功能基因与喹诺酮类抗生素（QNs）、总磷（TP）和硝氮（NO₃^--N）呈显著相关,且与QNs显著相关性最强（|r| >0.900）;这表明在石家庄市表层土壤中抗生素成为影响微生物群落变化的主要驱动因素.因此,为保障城市土壤中微生物群落结构和功能稳定,应进一步加强土壤中抗生素污染的综合管控.     

原始及铁改性生物质炭对污染土壤中As、Pb生物有效性和微生物群落结构的影响

为探讨原始和铁改性生物质炭对污染土壤中砷（As）和铅（Pb）生物有效性和土壤微生物群落结构的影响,利用As-Pb复合污染水稻土进行水稻盆栽试验,分别在土壤中施加3%（质量分数）的原始法国梧桐枝条炭（法桐炭）、铁改性法国梧桐枝条炭（Fe-法桐炭）、原始猪炭（猪炭）、铁改性猪炭（Fe-猪炭）.试验结束后测定土壤pH、有机碳等理化性质、土壤养分有效性、土壤有效态As和Pb、稻谷中As和Pb的含量及土壤微生物群落结构等指标.结果表明,与对照相比,施用Fe-法桐炭对土壤中As的钝化效果较好,降幅为39%;施用猪炭对土壤中Pb的钝化效果较好,降幅为19%;Fe-法桐炭的施用使稻谷中As含量降低了80%.施用两种原始生物质炭后,土壤中的微生物群落多样性指数（Chao1、Shannon）和OTUs总数均显著）增加（p<0.05）,但相较于原始生物质炭,施用铁改性生物质炭均提高了土壤中优势菌群的相对丰度,且两种铁改性生物质炭处理土壤中的优势菌属为Actinobacteria_unclassified、Gaiellales_unclassified和Nocardioides.冗余分析表明,土壤中微生物群落组成与土壤pH和有效态As关系密切.因此,施用生物质炭可以通过改变土壤pH和降低As胁迫等性质影响土壤微生物群落结构.综上所述,经过铁改性处理的法桐炭更适用于As污染土壤修复,而原始猪炭是一种比较理想的Pb污染土壤修复材料.     

磺胺甲恶唑对赤子爱胜蚓肠道微生物群落的影响

肠道菌群已被证实有助于宿主的健康和代谢功能，但环境污染物对动物肠道微生物的影响却很少报道.因此，本研究将赤子爱胜蚓（Eisenia fetida）暴露于抗生素（磺胺甲恶唑）污染土壤28 d后，基于16S rRNA高通量测序技术分析了蚯蚓肠道微生物群落组成，并探讨了抗生素污染对蚯蚓肠道菌群结构的影响.结果表明，土壤中磺胺甲恶唑对蚯蚓的存活率和生长无明显影响，但可以引起蚯蚓肠道微生物群落的紊乱.磺胺甲恶唑的添加能够使蚯蚓肠道微生物群落多样性水平降低，并引起肠道内支杆菌属（Mycobacterium）和Luteolibacter的丰度显著降低，也能显著增加肠道内拜纳蒙纳斯属（Balneimonas）和疣微菌科（Verrucomicrobiaceae）的丰度，而芽胞杆菌属（Bacillus）等优势菌的丰度在肠道内较为稳定.同时，赤子爱胜蚓肠道微生物群落主要以放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）和厚壁菌门（Firmicutes）为主，并与周围土壤菌群组成存在显著差异.此外，蚯蚓肠道细菌群落多样性低于周围土壤细菌群落多样性，这可能是由于蚯蚓肠道自身微环境和共选择造成的.这些结果有助于更好地理解抗生素污染在土壤动物肠道微生态系统中的风险传播.     

生物质炭对双季稻水稻土微生物生物量碳、氮及可溶性有机碳氮的影响

生物质炭可影响土壤微生物量,但生物质炭对双季稻田土壤微生物生物量碳、氮(MBC、MBN)及可溶性有机碳、氮(DOC、DON)的影响还不清楚.基于此,本研究选取亚热带2种典型双季稻田土壤(花岗岩母质发育的水稻土S1和第四纪红壤发育的水稻土S2)作为研究对象,开展室内培养试验来研究不施氮肥条件下生物质炭添加对土壤微生物生物量碳、氮及可溶性有机碳、氮的影响.每种土壤设置3个小麦秸秆生物质炭添加量,即土重的0%、1%和2%,分别用CK、LB和HB表示.培养70 d后,2种水稻土的MBC均值:S1为877. 03、832. 11和849. 30 mg·kg~(-1),S2为902. 94、874. 19和883. 22mg·kg~(-1). S1+LB、S1+HB和S2+LB均显著降低了土壤MBC均值(P 0. 05),这可能是由生物质炭吸附土壤有机碳及其他有机物,阻碍了微生物的生长而造成的. S1土壤中低生物质炭添加量较对照显著降低了土壤MBN均值(P 0. 05),降幅达9. 45%.生物质炭对S1土壤MBC/MBN均值影响不明显,但LB降低了S2土壤MBC/MBN均值(P 0. 05).由于生物质炭本身含有部分可溶性有机碳及其高p H值,添加到2种水稻土中均增加了土壤DOC均值,增幅分别达4. 42%～22. 20%和10. 57%～35. 47%.但生物质炭(除S2+HB处理)显著降低了土壤DON均值,这可能归因于生物质炭对土壤有机氮的吸附作用及生物质炭本身有机碳分解过程中对N的消耗作用.生物质炭显著增加了2种水稻土的DOC/DON均值,且随着生物质炭添加量的增加而增加.综上所述,在双季稻田土壤中单施生物质炭虽然可增加土壤可溶性有机碳,但对土壤微生物量有一定的降低作用,且会加重土壤氮亏缺状况.因此,在亚热带双季稻田中生物质炭应与化肥等配合施用.     

粪肥和有机肥施用对稻田土壤微生物群落多样性影响

为探究典型粪肥施用对稻田土壤微生物的影响,开展崇明岛稻田粪肥施用现场实验.采用高通量测序技术分析对照组(CK)和鸡粪(CM)、猪粪(PM)和有机肥(OF)施用稻田土壤微生物群落组成及多样性.结果表明,与CK相比,施用有机肥可提高土壤有机质(SOM),施用鸡粪可显著提高土壤氨氮(NH~+_4-N)和总氮(TN)含量(P0.05).PM组土壤微生物多样性显著高于CK组(P0.05),OF组土壤微生物群落丰富度显著高于CM组(P0.05).pH值、总磷(TP)、总氮和Pb是影响稻田土壤微生物群落组成的重要因素,CM组微生物群落结构与其他3组差异较大.与CK相比,OF组增加了硝化螺菌属(Nitrospira)的相对丰度,CM组显著降低了反硝化细菌Ignavibacteriae的相对丰度(P0.01),达40.56%,但显著增加了硝化细菌陶厄氏菌属(Thauera)的相对丰度(P0.05),达203.00%; PM组显著增加了氨化细菌Armatimonadetes的相对丰度(P0.05),达57.51%,还增加了厌氧绳菌属(Anaerolinea)的相对丰度,达102.00%.施用鸡粪和猪粪分别显著增加致病菌假单胞菌属(Pseudomonas)和黄杆菌属(Flavisolibacter)的相对丰度(P0.05),而有机肥施用则降低了黄杆菌属的相对丰度.粪肥的施用增加了参与稻田土壤氮循环过程细菌的丰度,对调节稻田土壤氮平衡起着正向作用,然而鸡粪和猪粪的直接施用会导致病原菌增多,对稻田土壤健康有一定的胁迫.     

黄壤稻田土壤微生物量碳氮及水稻品质对生物炭配施氮肥的响应

探讨生物炭与氮肥减量配施对黄壤稻田土壤微生物碳、氮（SMBC、SMBN）和稻谷产量及品质的影响,旨在为该区域土壤培肥及氮肥减施增效提供科学依据.采用大田试验,设置5个氮肥减施梯度（T0~T4）：0、10%、20%、30%和40%,用等氮量生物炭氮替代,以不施氮肥为对照（CK）,在水稻成熟期进行测产采样,并对样品进行室内分析.结果表明,生物炭与氮肥减量配施处理的SMBC和SMBN变化范围分别在208.42~303.16 mg·kg^-1和32.28~54.73 mg·kg^-1之间.SMBC、SMBN、土壤微生物熵（qMB）、土壤微生物量氮与全氮比值（SMBN/TN）及稻谷产量随生物炭与氮肥配施比例的增加均呈先增加后降低趋势,T2处理的SMBC、SMBN及稻谷产量均最高,较T0处理依次增加了28.0%、30.0%和13.4%（P<0.05）,而T4处理略有降低（P>0.05）.各处理的SMBC、qMB、SMBN及SMBN/TN两两之间均呈极显著正相关关系（P<0.01）.与T0处理相比,T2处理可显著增加稻米精米率、胶稠度和直链淀粉含量.本试验条件下生物炭（5.0 t·hm^-2）与氮肥减量（20%）配施可有效提高土壤微生物量碳氮,稻谷增产提质,可作为贵州黄壤稻田水稻氮肥减施增效的较好选择.     

化肥减量配施秸秆对双季稻田固氮微生物群落的影响

基于3 a田间定位试验,研究了双季稻田化肥减量配施秸秆后第3 a对水稻产量、土壤肥力属性和固氮微生物群落结构特征的影响.设置了3种施肥模式：常规施化肥（CF）、化肥减量配施3 t ·hm^-2干重秸秆（CFLS）和化肥减量配施6 t ·hm^-2干重秸秆（CFHS）.结果表明,在化肥减量配施秸秆后第3 a,CFLS和CFHS在没有显著减少水稻籽粒产量（P>0.05）的情况下显著中和土壤酸化并提高土壤微生物量碳和氮、可溶性有机碳和有机碳含量（P<0.05）,同时显著减少了土壤氧化还原电位、铵态氮和硝态氮含量（P<0.05）,更有利于提高土壤氮素利用率.与CF处理相比,CFLS和CFHS的天然固氮功能群由于土壤碳储量增加和酸化程度降低等条件的改善而增加了Shannon、PD和Evenness指数（P<0.05）.化肥减量配施秸秆使Ferrigenium、硫氧化菌属（Sulfurivermis）、甲基单胞菌属（Methylomonas）、Methylovulum、外硫红螺菌属（Ectothiorhodospira）和念珠藻属（Nostoc）等固氮、固碳和植物促生功能微生物类群相对丰度显著提高（P<0.05）.综上所述,化肥减量配施3 t ·hm^-2和6 t ·hm^-2秸秆是改善土壤固氮微生物群落结构和提高土壤固氮潜力的有效措施.     

红壤区退化林地表土真菌群落结构对土壤改良措施的响应

真菌群落结构和多样性对于土壤改良效果具有高敏感性.研究南方红壤区侵蚀退化林表土真菌群落对有机肥、生物炭和石灰+微生物肥的响应,以明晰不同改土措施的作用.结果表明：(1)3种土壤改良措施均降低了表土真菌丰富度,其中石灰+微生物肥降低作用最大,3种土壤改良措施对表土真菌多样性也有影响,但影响不显著;(2)表土中优势真菌门为子囊菌门(Ascomycota, 31.29%～46.55%)、担子菌门(Basidiomycota, 30.07%～70.71%),优势真菌属为阿太菌属(Amphinema)和单形古根菌属(Archaeorhizomyces),3种土壤改良措施对表土真菌群落结构的影响不同,有机肥提高了子囊菌门和单形古根菌属的相对丰度,生物炭提高了担子菌门和阿太菌属的相对丰度,而石灰+微生物肥则提高了担子菌门和单形古根菌属的相对丰度;(3)土壤pH是影响表土真菌丰富度的关键因子,而表土真菌群落结构则受pH、全氮和有机碳的影响.研究结果为南方红壤区侵蚀退化林地土壤改良,林下植被生态恢复提供科学指导.     

化肥和有机肥配施生物炭对根际土壤反硝化势和反硝化细菌群落的影响

为明确化肥和有机肥配施生物炭对根际土壤反硝化细菌和反硝化势的影响,以柠檬根际土为研究对象,设置不施肥(CK)、化肥(CF)、有机肥(M)、化肥配施生物炭(CFBC)和有机肥配施生物炭(MBC)等5个处理,通过测定根际nirS型、nirK型和nosZ型反硝化菌群落特征、反硝化势和土壤环境因子,明确化肥和有机肥配施生物炭对根际反硝化作用的影响.结果表明,与CK相比,CF处理显著降低根际土壤反硝化势47.7%,M和MBC处理分别显著增加反硝化势的2 192.7%和1 989.9%; M和MBC处理显著增加nirS型和nosZ型反硝化菌的基因拷贝数,CF和CFBC处理显著降低nirS型和nosZ型反硝化菌基因拷贝数,而4个施肥处理均显著增加nirK型反硝化菌基因拷贝数.逐步回归分析结果表明：pH是nirS型反硝化菌丰度的主要影响因子,有机质(SOM)和铵态氮(NH⁺₄-N)是nirK型反硝化菌的主要影响因子,pH、硝态氮(NO^-₃-N)和氮磷比(N/P)则是nosZ型反硝化菌的主要影响因子.偏最小二乘法分析...     

磷差异性调控水稻根际nirK/nirS型反硝化菌组成与丰度

磷作为一种重要的生命元素,对反硝化微生物的活性和功能有重要影响.反硝化功能基因nir K和nir S是编码亚硝酸还原酶的两种同工酶基因,但是,磷对具有同种功能的nir K和nir S型反硝化菌的调控是否存在差异尚不十分清楚.本文采集严重缺磷红壤性水稻土设置水稻盆栽试验,通过外源添加磷肥设置对照(CK,P:0 mg·kg-1),低磷(P1,P:15 mg·kg-1),高磷(P2,P:30 mg·kg-1)这3个磷添加水平,研究不同磷水平对水稻亚硝酸还原酶基因的组成与丰度的调控作用.结果表明,在长期缺磷土壤上施用磷肥对含亚硝酸还原酶基因nir K和nir S的细菌种群的调控作用有明显差异.不管是根际还是非根际土,含nir S的微生物种群均对施磷水平表现敏感,尤其是高磷(P2)水平,施磷可导致nir S丰度提高2～3倍,同时显著改变nir S型反硝化微生物的组成结构.相比之下,施磷后含nir K基因的微生物组成结构和丰度变异较小.与非根际土壤相比,高磷水平条件下根际土中nir S的基因拷贝数和群落结构均发生了显著变化,缺磷和低磷条件下水稻生长只引起根际土nir S种群组成结构发生显著变化,但其丰度与非根际无显著差异.但不同磷水平条件下nir K的基因丰度和组成结构在根际和非根际土之间几乎无显著变化.综上所述,在严重缺磷水稻土中加施磷肥会显著提高水稻根际和非根际土中nir K和nir S型反硝化菌数量,并改变其种群组成结构,且nir S比nir K型种群响应更敏感.不同磷水平条件下的水稻根系生长均显著改变了根际土壤中nir K和nir S种群组成结构,但除了在高磷水平条件下显著增加了nir S丰度外,对nir K和nir S丰度均影响较小.研究结果可为进一步深入探究施肥对土壤反硝化过程的影响提供理论依据.     

生物质炭对华北平原4种典型土壤N2O排放的影响

生物质炭作为一种新型的土壤改良剂,在降低土壤温室气体排放方面发挥着重要作用.为明确生物质炭对冬小麦苗期土壤N_2O排放的影响,以华北平原的4种典型土壤(水稻土、砂姜黑土、褐土和潮土)为研究对象,进行田间试验,设置了4个处理:对照(CK)、单施化肥(NPK)、单施生物质炭(BC)和化肥与生物质炭配施(NPK+BC).结果表明,单施化肥显著增加了4种土壤N_2O排放,与对照相比,水稻土、砂姜黑土、褐土和潮土N_2O排放分别增加了314%、116%、240%和282%.添加生物质炭对华北平原4种土壤N_2O排放影响存在差异,与CK相比,单施生物质炭水稻土、褐土N_2O排放显著增加了72. 4%和50. 9%,而砂姜黑土和潮土BC与CK处理无显著差异.与NPK相比,生物质炭与化肥配施显著降低了4种土壤N_2O排放.添加生物质炭提高了4种土壤pH,其中,初始pH最低的水稻土,受生物质炭影响较显著,施肥则降低了4种土壤pH.砂姜黑土、褐土和潮土施肥处理N_2O排放通量均与铵态氮含量呈显著正相关,水稻土和砂姜黑土单施生物质炭处理N_2O排放通量与硝态氮含量呈显著正相关.     

秸秆还田配施化肥对稻-油轮作土壤酶活性及微生物群落结构的影响

秸秆还田是农业生态系统提高土壤肥力和维持作物生产力的有效管理措施.为了研究秸秆还田配施化肥对巢湖地区稻-油轮作农田土壤养分含量、酶活性和微生物群落的影响,开展连续4 a （2016~2020年）的田间定位试验,设置无秸秆+无施肥（CK）、常规施肥（F）、秸秆还田+常规施肥（SF）和秸秆还田+常规施肥减20%（SDF）这4个处理,探究不同处理下影响土壤酶活性与细菌、真菌群落发生变化的关键环境因子.结果表明,秸秆还田配施化肥较常规施肥处理能够提高土壤养分含量,SF处理的土壤养分含量最高.与F相比,SF处理的水稻季土壤有机质（OM）和全磷（TP）含量显著提高了7.94%和24.07%（P<0.05）,油菜季碱解氮（AN）含量显著提高了13.62%（P<0.05）.SF较F处理的土壤磷酸酶和脲酶在水稻季显著提高了28.54%和24.13%,在油菜季显著提高了38.97%和30.70%,而SDF处理的4种土壤酶中仅脲酶活性较F处理显著提高,水稻季和油菜季分别提高了20.31%和24.33%（P<0.05）.秸秆还田对水稻季土壤细菌的Chao1和Shannon指数有所增加,油菜季则有所减少,而对真菌群落的Chao1和Shannon指数均增加.对于微生物群落结构而言,SF和SDF较F处理的变形菌门相对丰度在水稻季分别增加了8.22%和7.88%,油菜季分别增加了18.53%和5.68%.与F相比,SF和SDF处理的绿弯菌门相对丰度在水稻季分别增加了12.00%和11.25%,油菜季分别增加了15.02%和8.43%.水稻季SF和SDF处理的担子菌门较F相比相对丰度显著提高了70%和43.42%（P<0.05）,油菜季SF和SDF处理的子囊菌门与F相比显著提高了69.79%和43.72%（P<0.05）.综上,秸秆还田配施化肥可提高土壤养分含量,土壤脲酶和磷酸酶对秸秆还田的响应更为敏感,稻-油轮作农田土壤的细菌群落构成发生改变主要受土壤TP和速效磷（AP）影响,而土壤OM、AN和pH则是引起真菌群落构成变化的主要环境因子,因而秸秆还田有利于提高农田土壤肥力和维护生态系统健康.     

解淀粉芽孢杆菌生物有机肥防控土壤氨挥发

为了验证解淀粉芽孢杆菌生物有机肥防控农田土壤氨挥发的效果,并了解其微生物生态学机制,通过温室蔬菜大棚盆栽生菜的方式,探究在施用解淀粉芽孢杆菌生物有机肥（BB）与化肥的条件下,土壤氨挥发量、作物品质及产量、土壤微生物的变化.设置4组盆栽试验,依次为不施肥对照（CK）、100%化肥处理（C）、50% BB+50%化肥处理（B1）和100% BB处理（B2）,3组处理的施氮量相同.采用动态箱法对施肥后土壤氨挥发通量进行测定.基于16S rDNA高通量测序分析,对土壤氨挥发峰值期间的细菌群落进行分析.结果发现,与C组相比,B1和B2组的氨挥发总量分别降低79.5%和84.8%;B2组生菜硝酸盐含量最低、产量最高,相对于CK和C组分别增产50.5%和12.3%;B1组生菜的维生素C含量最高,为67.6mg ·kg^-1;施用BB提高了土壤细菌群落的多样性及丰富度,特别是芽孢杆菌、硝化螺菌属相对丰度明显提升;显示出施用BB对防治空气污染和提高氮素利用率具有重要作用.