稻田土壤氧化亚氮产生潜势、反硝化功能基因丰度和群落结构的垂向分布

土壤中氧化亚氮（N₂O）的释放量占全球N₂O释放总量的60%.其中，稻田土壤是N₂O最主要的释放源.反硝化过程是稻田土壤N₂O生成的主要微生物过程之一.本研究选取广东韶关稻田垂向土壤（0~100 cm）为研究对象，通过乙炔抑制剂法测定了N₂O产生潜势和反硝化潜势，并利用针对特异性功能基因的实时荧光定量和高通量测序技术分别分析反硝化功能基因丰度和反硝化微生物群落结构.结果显示：0~10 cm深度的土壤样品N₂O产生潜势最高，可达（0.020±0.0035）μg·g^-1·h^-1.反硝化功能基因中，nirK基因的丰度峰值（（1.51±0.0015）×10⁸ copies·g^-1）出现在0~10 cm深度，而nosZ和nirS基因的丰度峰值（（4.29±0.0015）×10⁷ copies·g^-1和（8.86±0.0010）×10⁷ copies·g^-1）均出现在10~20 cm深度.稻田垂向土壤中N₂O产生潜势和相关的反硝化功能基因（nosZ、nirK和nirS）丰度均随土壤深度的增加而逐渐降低.其中在所有深度的土壤样品中nirK基因的丰度均高于nirS.基于nirK基因的高通量测序结果发现慢生根瘤菌（Bradyrhizobium）的相对丰度最高（44.06%±6.14%，n=6）.相关性分析表明，稻田土壤中N₂O产生潜势与环境因子（TN、TC和含水率）、反硝化功能基因丰度以及慢生根瘤菌（Bradyrhizobium），罗河杆菌属（Rhodanobacter）和亚硝化螺菌属（Nitrosospira）的相对丰度呈正相关.上述结果表明稻田土壤中环境因子和反硝化功能基因丰度影响了N₂O产生潜势的垂向分布.     

连续4个生长季大气CO2升高与土壤铅(Pb)污染耦合下刺槐幼苗根际土壤微生物特征

阐明CO₂升高和土壤重金属污染耦合对植物根际微生物群落的影响对明确大气CO₂升高背景下土壤重金属污染的植物根际生态效应意义明显.利用开顶箱系统模拟了连续4个生长季大气CO₂浓度升高［（700±27）μmol·L^-1］与土壤Pb污染（15.6 mg·kg^-1和515.6 mg·kg^-1）耦合对刺槐幼苗根际土壤微生物群落的影响.结果表明,与Pb污染相比,高浓度CO₂提高了（P<0.05）Pb污染下幼苗根际土壤总N含量,同时也提高了根际土壤pH、总C和水溶性C含量及C/N,降低了（P<0.05）根际土壤总Pb和可溶性Pb含量.细菌丰富度和多样性在耦合条件下较Pb污染增加（P<0.05）,而真菌丰富度降低（P<0.05）和多样性增加（P<0.05）;细菌和真菌群落中相对丰度最高的前两位优势属变化不显著,但其它类群如Anaerolineaceae、Solirubrobacterales、Eurotiomycetes、Aspergillus和Trichocomaceae的相对丰度受大气CO₂浓度升高与土壤Pb污染耦合影响显著;相对丰度较高的前10位细菌和真菌优势属与根际土壤环境因子的冗余分析表明,根际土壤总C和可溶性Pb是显著（P<0.05）影响细菌优势属环境因子,总C对真菌优势属影响显著（P<0.05）.结果表明刺槐幼苗根际土壤总C和可溶性Pb是根际土壤细菌群落变化的显著影响因子,而真菌群落仅受总C的显著影响.     

作物秸秆材料处理养殖废水中氮的周年去除效果及其对氮循环微生物丰度的影响

基于前期研究,利用秸秆材料处理养殖废水,能够有效降低养殖废水中氮的浓度,但周年去除效果及其对氮循环微生物丰度的影响尚不清楚.设置麦秸、玉米秆、稻草和空白对照这4个处理,试验周期为1 a,研究秸秆材料处理养殖废水中氮的周年去除效果及其氮循环微生物功能基因丰度动态变化.结果表明：① 3种作物秸秆对养殖废水TN和NH₄⁺-N等主要污染物的去除效率均以前6个月为最佳,后6个月去除效率明显下降;稻草及麦秸对TN和NH₄⁺-N的周年去除效果较好,其中稻草和麦秸对TN去除率分别为（32.81±11.34）%和（32.99±9.60）%,对NH₄⁺-N去除率分别为（35.3±13.23）%和（34.97±12.00）%;②添加秸秆材料生物基质消纳系统中氮循环微生物功能基因nirK、nirS和hzsB基因丰度为6.45×10⁹、6.18×10⁹和2.31×10⁹copies·L^-1,AOA和AOB基因丰度分别为6.12×10¹⁰copies·L^-1和4.93×10⁹copies·L^-1;16S rRNA高达8.90×10¹⁰copies·L^-1,均显著高于空白处理（P<0.05）.其中添加稻草和麦秸处理中hzsB基因和nirS基因丰度相对较高,表明添加稻草和麦秸显著增强了生物基质消纳系统厌氧氨氧化和反硝化微生物作用.同时,相较于其他处理,添加麦秸增加了生物基质池AOA和AOB基因丰度,表明麦秸能够促进生物基质消纳系统的硝化作用.以上研究结果为秸秆材料处理养殖废水中氮去除分子机制提供了数据支撑.     

土壤改良剂对再生水滴灌根际土壤菌群多样性及病原菌和抗生素抗性基因丰度的影响

基于再生水农业灌溉利用引发的人体健康和环境风险,通过施用土壤改良剂揭示再生水灌溉根际土壤菌群组成与多样性变化特征,并探讨土壤改良剂对根际土壤病原菌和抗生素抗性基因丰度变化的影响规律,对于土壤改良剂的合理施用具有指导意义.采用高通量测序技术和定量PCR检测方法,研究了生物质炭、生物有机肥、腐植酸、松土精和玉米酒糟对再生水滴灌根际土壤细菌群落多样性及特定基因丰度的影响.结果表明,生物质炭处理显著增加根际土壤有机质和总氮含量;生物有机肥处理显著增加EC值和有机质含量;玉米酒糟处理显著增加EC值、总氮和总磷含量（P<0.05）.除生物质炭处理外,其他各处理均能显著降低根际土壤pH （P<0.05）.5种改良剂处理下根际土壤细菌群落组成与多样性在纲和属水平上较相似,但其相对丰度存在差异.α-Proteobacteria、γ-Proteobacteria、Bacteroidia、Actinobacteria、Acidimicrobiia和Anaerolineae为所有处理中的优势菌纲,优势菌属组成包括：Pseudomonas、Sphingobium、Sphingomonas、Cellvibrio、Allorhizobium-Neorhizobium-Pararhizobium-Rhizobium、Flavobacterium和Algoriphagus（相对丰度>1%）.环境因子关联分析表明,根际土壤细菌群落组成与pH、EC、总氮和总磷含量之间存在较强的关联.病原菌与抗生素抗性基因的检出丰度分别在10³~10⁷ copies ·g^-1和10⁴~10⁸ copies ·g^-1.改良剂对病原菌和抗生素抗性基因检出水平存在较大差异,生物有机肥、松土精和玉米酒糟处理均会导致部分抗生素抗性基因丰度显著增加,而腐植酸和玉米酒糟处理下丁香假单胞菌、茄科雷尔氏菌和大肠菌群丰度显著降低（P<0.05）.弓形菌、蜡样芽孢杆菌、成团泛菌和粪拟杆菌与四环素类（tetA、tetB、tetO和tetQ）、磺胺类（sul1）和红霉素类（ermB和ermC）抗性基因丰度存在显著相关性.研究认为监测再生水灌溉下农业环境中病原菌和抗生素抗性基因的同时,也要关注土壤改良剂的合理施用避免加剧生物污染的散播.     

寒冷地区IFAS+磁混凝污水厂菌群结构和抗生素抗性基因分析

为探究寒冷地区IFAS+磁混凝污水厂中菌群及其携带的抗生素抗性基因（ARGs）变化,采用16S rRNA基因测序和宏基因组测序方法对新疆某城市污水厂进行研究.结果表明,绿弯菌门（Chloroflexi）和硝化螺旋菌门（Nitrospirae）在活性污泥中的相对丰度平均值分别为3.50%和0.03%,在生物膜中的相对丰度分别达到10.02%和2.12%,NH₄⁺-N和TN去除率平均值分别由改造前的91.89%和66.76%提升至改造后的97.71%和91.90%,表明IFAS增强了寒冷地区污水厂的生物脱氮能力;生物处理段内与铁氧化还原有关的Ferruginibacter和红育菌属（Rhodoferax）的相对丰度平均值分别达到5.24%和3.72%,出水中红育菌属（Rhodoferax）的相对丰度达到9.48%,表明磁粉对菌群产生了影响;该厂对ARGs有明显的去除效果,ARGs的相对丰度由进水中的191.08×10^-3‰降至出水中的32.58×10^-3‰,活性污泥中ARGs相对丰度为63.25×10^-3‰~72.38×10^-3‰,明显高于生物膜中的41.31×10^-3‰,但sul2、floR和rpoB 2等ARGs优势亚型在生物膜中的相对丰度分别为5.77×10^-3‰、2.52×10^-3‰和2.03×10^-3‰,高于活性污泥中的3.15×10^-3‰~3.57×10^-3‰、1.73×10^-3‰~2.24×10^-3‰和1.28×10^-3‰~1.76×10^-3‰;网络分析结果表明,Caldilineaceae_norank与sul2呈显著正相关,毛球菌属（Trichococcus）与floR呈显著正相关.     

巢湖完全氨氧化细菌的丰度、群落结构及其影响因素研究

完全氨氧化过程（complete ammonia oxidation, comammox）的发现使研究者们对硝化作用和氮循环都有了新的认识.本研究选取巢湖冬夏季表层（0~10 cm）沉积物样品,运用高通量测序、实时定量PCR等分子生物学技术对comammox细菌的丰度和群落结构进行研究.结果表明：基于amoA基因的comammox细菌的丰度为（5.20±0.72）×10⁶~（4.06±1.23）×10⁷ copies·g^-1;氨氧化古菌的丰度为（5.39±1.01）×10⁵~（1.60±0.18）×10⁷ copies·g^-1;氨氧化细菌的丰度为（6.16±1.57）×10⁵~（4.30±0.19）×10⁶ copies·g^-1.comammox细菌的绝对丰度显著高于氨氧化古菌和氨氧化细菌.多样性分析表明冬季巢湖表层沉积物中的comammox细菌的物种多样性大于夏季.其中Candidatus Nitrospira nitrificans、Candidatus Nitrospira nitrosa和Candidatus Nitrospira inopinata的相对丰度最高占比分别为78.72%、49.80%和6.28%,且夏季样点中Candidatus Nitrospira inopinata的相对丰度显著高于冬季样点.主坐标分析（Principle Coordinate Analysis, PcoA）结果表明,comammox细菌的群落结构具有明显的时间异质性.理化因子中,NH₄⁺和NO₃^-与comammox细菌的丰度呈负相关关系.本研究在一定程度上揭示了comammox细菌的丰度、群落组成、多样性及其与理化因子的关系.     

升级A/O工艺污水处理系统中抗生素抗性基因的分布与去除研究

针对北方某采用升级A/O工艺的生活污水处理厂,使用实时荧光定量PCR技术,探究污水厂中ARGs的分布及各处理工艺段对ARGs的去除效果.结果表明：四环素抗性基因（tetA、tetC和tetM）、磺胺抗性基因（sul1和sul2）、大环内酯抗性基因（ermA和ermF）和喹诺酮抗性基因（parC和gyrA）在污水和污泥中均被检出.污水厂进水中ARGs的绝对丰度为2.65×10³~1.01×10⁶ copies·mL^-1,升级A/O工艺未能有效削减ARGs,出水中ARGs的绝对丰度为9.22×10³~1.15×10⁶ copies·mL^-1,污泥中ARGs的绝对丰度为8.07×10⁷~2.65×10¹¹ copies·g^-1.深度处理工艺对ARGs的去除效率对比结果显示,生物活性炭工艺对ARGs的削减效果优于紫外消毒.     

短期氮磷添加对祁连山亚高山草地土壤呼吸组分的影响

为探究短期氮磷添加对祁连山亚高山草地土壤呼吸及其组分的影响,于2019年6~8月采用随机区组设计,设置氮添加［10 g ·（m² ·a）^-1,N］、磷添加［5 g ·（m² ·a）^-1,P］、氮磷混施［10 g ·（m² ·a）^-1N、5 g ·（m² ·a）^-1P,NP］、对照（CK）和完全对照（CK''）这5个处理,测定了土壤总呼吸速率及其组分.结果表明,氮添加对土壤总呼吸和异养呼吸的降低速率均低于磷添加［-16.71% vs.（相对照,下同）-19.20%;-4.41% vs.-13.05%］,但对自养呼吸的降低速率高于磷添加（-25.03% vs.-23.36%）,而氮磷混施则对土壤总呼吸速率无显著影响.土壤总呼吸速率及其组分与土壤温度均呈显著的指数相关,其中氮添加降低了呼吸速率的温度敏感性（Q₁₀：-5.64%~0.00%）,而磷添加增加了Q₁₀（3.38%~6.98%）,氮磷混施降低了自养呼吸速率但增加了异养呼吸速率的Q₁₀（16.86%）,从而降低了土壤总呼吸速率的Q₁₀（-2.63%~-2.02%）.土壤pH、土壤全氮和根系磷含量与自养呼吸速率均具有显著相关性（P<0.05）,而与异养呼吸速率无显著相关,且根系氮含量只与异养呼吸速率呈显著负相关（P<0.05）.总体上,自养呼吸速率对氮添加更加敏感,而异养呼吸速率对磷添加更加敏感,氮或磷添加均显著降低了土壤总呼吸速率,而氮磷混施并未显著影响土壤总呼吸速率,此结果可为准确评估亚高山草地土壤碳排放提供科学依据.     

高量秸秆还田配施芽孢杆菌对沙化土壤细菌群落及肥力的影响

探讨高量秸秆还田模式协同配施芽孢杆菌等功能菌群对沙化土壤的培肥潜能,解析土壤碳氮磷组分和菌群功能活性的变化特征,可为高效提升沙化土壤肥力提供依据.采用随机区组试验,设置秸秆不还田（CK）、高量还田梯度分别为6.00 kg ·m^-2（ST1）、12.00 kg ·m^-2（ST2）、24.00 kg ·m^-2（ST3）、6.00 kg ·m^-2+芽孢杆菌（SM1）、12.00 kg ·m^-2+芽孢杆菌（SM2）和24.00 kg ·m^-2+芽孢杆菌（SM3）这7个处理组.利用16S rRNA高通量测序技术分析细菌多样性和群落结构,土壤农化分析方法测定土壤化学性质.结果发现：①高量秸秆还田协同配施芽孢杆菌显著降低土壤细菌群落α多样性;②高量秸秆还田单一模式显著富集变形菌门,降低放线菌门的相对丰度,配施芽孢杆菌对细菌群落结构变异性的影响更显著,在属水平上表现为假单胞菌、罗河杆菌和芽孢杆菌等有益菌属的相对丰度显著增加;③基于FAPROTAX的功能预测发现：高量秸秆还田配施芽孢杆菌显著提高了土壤菌群对有机物质的分解潜力和氮组分转化潜力;④与对照相比较,高量秸秆还田配施芽孢杆菌显著提升了ω（SOM）、ω（TP）和ω（AP）,分别提高了31.20~32.75 g ·kg^-1、0.11~0.18 g ·kg^-1和29.69~35.09 mg ·kg^-1.因此,高量秸秆还田配施芽孢杆菌可显著提升沙化土壤有机质与磷组分含量、细菌功能活性与有益菌属丰度,对旱区沙化中低产田地力快速提升具有重要意义.     

基于同位素示踪和分子生物学技术对潮白河沉积物中氮还原功能特征的研究

沉积物氮还原功能对于调控和管理河流氮负荷具有重要作用.本研究选取潮白河不同区域河段表层沉积物作为研究对象,采用¹⁵N同位素示踪技术、16S rRNA扩增子测序和实时荧光定量PCR（qPCR）技术,研究了潮白河沉积物中氮还原过程（反硝化、厌氧氨氧化（anaerobic ammonia oxidation,anammox）和DNRA过程（dissimilatory nitrate reduction to ammonium,异化硝酸盐还原为铵））速率特征、相关功能基因丰度和微生物群落结构特征.结果表明：潮白河沉积物潜在反硝化、anammox、DNRA和N₂O释放速率分别为（25.82±0.98）~（142.32±17.06）、（0.58±0.10）~（4.51±0.78）、（2.91±0.46）~（19.59±4.15）和（-1.09±0.17）~（3.30±0.57）nmol·g^-1·h^-1（以N计,下同）.沉积物氮还原以反硝化过程为主（贡献率71.86%~91.65%）,DNRA也有较高的贡献率（7.03%~25.32%）,anammox过程贡献较小.相关分析表明,氮还原相关功能基因丰度与潮白河沉积物氮还原过程速率存在显著正相关关系,微生物群落中α-变形菌纲、硝基螺旋菌纲、疣微菌纲、脱硫杆菌门、硬壁菌门丰度与沉积物氮还原过程速率存在显著的相关关系.     

艾比湖湿地盐节木根际土壤氨氧化微生物多样性和丰度及其与环境因子的相关性分析

氨氧化反应是硝化作用的关键步骤,参与这一反应的微生物是氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA).对新疆艾比湖湿地盐节木根际和非根际土壤的氨氧化微生物进行群落结构和丰度分析,并探究其与土壤理化因子的相关性.同时,以氨单加氧酶基因(amo A)为分子标记,构建克隆文库和测序并与q-PCR法结合研究AOA、AOB的群落结构和丰度,利用Pearson相关分析法探究其与环境因子的相关性.结果表明,根际土壤中AOB的多样性高于AOA,amo A基因序列多属于土壤/水体沉积物分支,AOB克隆文库中的所有序列均属于亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas).根际土壤中AOA amo A和AOB amo A的数量分别为2.09×104和2.91×105copies·g~(-1),AOB/AOA的比值为13.9;非根际土壤中AOA amo A和AOB amo A的数量分别为3.85×104和4.76×105copies·g~(-1),AOB/AOA的比值为12.36.相关分析显示,氨氧化微生物的群落结构和丰度与电导率(EC)、有机质(OM)、速效氮(AN)、氨氮(NH_4~+-N)和总氮(TN)等环境因子显著相关.这些结果表明,根际土壤中AOB的群落多样性高于AOA,根际和非根际土壤中AOB的丰度均高于AOA,说明在艾比湖湿地AOB是氨氧化微生物的优势种群,且EC、OM、AN、NH_4~+-N和TN可能会影响氨氧化微生物的群落结构和丰度.     

转cry1Ab和epsps基因玉米C0030.3.5对土壤固氮细菌丰度和群落结构的影响

为评估转基因玉米种植对土壤氮周转功能微生物的潜在风险,以转cry1Ab和epsps基因玉米C0030.3.5(TM)及其亲本玉米DBN318(PM)为研究对象,于2015年拔节期、抽雄期、乳熟期、完熟期采集根际土和非根际土进行试验,并采用荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,q PCR)和末端限制性片段长度多态性(terminal restriction fragment length polymorphism,TRFLP)技术分析土壤固氮微生物nif H基因丰度和多样性.结果表明,TM和PM根际土和非根际土固氮细菌nif H基因丰度随生长时期整体呈现先升高后降低的变化趋势,无论是根际土还是非根际土,同一生长时期2种玉米nif H基因丰度间差异均不显著.相关分析显示,土壤固氮细菌nif H基因丰度与有机质含量呈极显著正相关.T-RFLP结果表明,所获得的14种TRFs中,43 bp和155 bp片段所代表的固氮细菌为共有优势种群,无论是根际土还是非根际土,同一生长时期各T-RFs的相对丰度在TM和PM间差异同样不显著.土壤固氮细菌的Shannon指数和Evenness指数随生长期整体呈现出先升高后降低的变化趋势,无论是根际土还是非根际土,同一生长时期TM和PM的Shannon指数间及Evenness指数间均无显著差异.主成分分析(principal component analysis,PCA)表明TM和PM土壤固氮细菌群落结构组成无显著差异.冗余分析(redundancy analysis,RDA)显示土壤铵态氮和p H对固氮细菌群落结构组成影响显著.     

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.     

有机质提升对酸性红壤氮循环功能基因及功能微生物的影响

外源有机物质输入是提升酸性红壤有机质含量的主要方式,氮素是土壤肥力的重要限制因子.有机质提升后土壤生态系统的变化会影响土壤氮循环过程及功能微生物,但目前还未见报道.本研究选择长期施有机肥的酸性旱地红壤及不施肥对照土壤作为研究材料,基于宏基因组测序及氮循环功能基因数据库比对,研究32 a的连续有机物质输入导致的土壤有机质含量上升对酸性红壤氮循环功能基因及相关功能微生物的影响.结果表明,酸性红壤有机质提升显著增加了土壤总有机碳和总氮含量,缓解了土壤酸化.有机质提升增加了土壤净硝化活性和氨氧化潜势.有机质提升显著增长了编码古菌氨单加氧酶amoA基因和反硝化过程还原酶的功能基因nar、nap、nir、nor和nos的丰度,降低了编码羟胺氧化酶hao基因及执行硝酸盐异化还原成铵过程的功能基因nrf的丰度,提升了有机氮代谢功能基因glnA、gdh、glsA、ansB和nao丰度,改变了硝酸盐同化过程功能基因丰度以及硝化过程功能微生物群落组成.有机质提升后土壤酸化的缓解和总有机碳含量的提升是影响氮循环各过程功能基因丰度及功能微生物组成的最主要因子.本研究全面研究了无机氮和有机氮循环功能基因,关联了氨氧化过程的功能基因、功能微生物类群和功能活性,可为把握酸性红壤氮循环特征提供数据依据,也可为酸性土壤改良提供思路.     

石油污染土壤生物修复过程中氮循环功能基因的动态检测

氮循环相关功能微生物在土壤发挥其生态功能中起着重要的作用.为定量分析其中的固氮细菌、反硝化细菌和硝化细菌在石油污染土壤生物修复过程中的演变情况,采用了实时定量PCR技术对其相关功能基因nifH、narG和amoA的拷贝数进行检测.结果表明,污染土壤中nifH、narG和amoA基因拷贝数及其占总16S rRNA基因拷贝数的比例远低于正常土壤,修复后土壤中的同类分析结果与正常土壤接近.表明石油污染物破坏了氮循环相关菌落结构,而生物修复则使其得以恢复.进一步分析了不同修复方式下氮循环功能基因的恢复情况以及土壤中石油烃降解率.也表明同时添加秸秆和菌剂具有最好的修复效果,处理40 d后其nifH、narG和amoA基因拷贝数（以干土计）分别恢复到2.68×106、1.71×106和8.54×104g-1,石油烃降解率达到48%.投加真菌-细菌复合菌剂的效果优于只投加细菌菌剂的效果.本研究结果表明氮循环功能基因的动态监测可以从基因和物种水平上反映土壤修复的效果,为土壤修复的监控和效果评估提供参考.     

有机物料投入对喀斯特地区土壤磷素赋存形态与含phoD基因细菌群落的影响

针对喀斯特地区有机物料盈余、土壤养分贫瘠和易流失的特点,设置长期有机物料还田小区定位试验,试验包括6个处理：不施肥对照（CK）、无机肥（NPK）、无机肥+玉米秸秆（NPKS）、无机肥+农家肥（NPKM）、无机肥+滤泥（NPKL）和无机肥+甘蔗灰（NPKA）.研究不同有机物料投入对土壤磷赋存形态和磷活化功能微生物（含有机磷矿化基因细菌）群落结构的影响.通过3 a断续的观测,结果表明,土壤全磷（TP）、速效磷（Olsen-P）和二钙磷（Ca₂-P）含量呈逐年增加趋势,而氯化钙磷（CaCl₂-P）含量呈先降低再增加的趋势;与不施肥对照相比,有机物料投入尤其是滤泥配施能显著提高土壤全氮（TN）、TP、Olsen-P、CaCl₂-P和Ca₂-P含量,其次是甘蔗灰和农家肥配施处理;相关分析表明,CaCl₂-P、Ca₂-P和Olsen-P均与土壤交换性钙（Ca-ex）含量显著正相关;冗余分析（RDA）表明土壤TN、Ca-ex、有机碳（SOC）和土壤全钾（TK）含量是影响土壤磷组分的关键因子.高通量测序分析含有机磷矿化基因（含phoD基因）细菌群落结果表明,与不施肥对照相比,秸秆还田配施无机肥处理显著增加土壤含phoD基因细菌丰富度,但各处理间含phoD基因细菌群落结构无显著差异.RDA分析结果表明,土壤Ca-ex、TK、Olsen-P、pH和SOC是驱动含phoD基因细菌群落变化的关键因子.总体上看,无机肥配施滤泥、甘蔗灰和农家肥是广西喀斯特地区农田土壤较为合适的养分管理方式.研究可为喀斯特地区有机废弃资源利用与土壤磷素管理提供科学依据.     

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.     

添加磷素对低磷稻田根际土壤固碳自养微生物数量的影响

为了探讨磷素添加对低磷稻田土壤固碳自养微生物数量的影响,以低磷水稻土为研究对象,设置添加磷素(P添加量为80 mg·kg~(-1))和不添加磷素两种处理土壤,种植水稻进行室内培养实验.利用实时荧光定量PCR(real-time PCR)技术分析了水稻分蘖期(移栽后14 d)和拔节期(移栽后22 d)添加磷素(P)和对照(CK)处理根际土壤固碳自养微生物cbb L、cbb M、acc A和acl B基因数量的差异,同时测定了土壤理化性质,并分析了不同处理方式下固碳功能基因丰度与土壤理化性质之间的关系.结果表明,分蘖期磷素添加降低了土壤MBC和NH+4-N含量,提高了土壤DOC、Olsen-P和p H;分蘖期P处理NO-3-N含量比CK处理低,而拔节期反而比CK处理高.分蘖期,磷素添加显著提高了cbb L、cbb M、acc A和acl B基因的数量,与CK处理相比,分别提高156%、99%、110%和193%.而磷素添加对拔节期cbb L、acc A和acl B基因数量的促进作用并不明显,对cbb M基因数量反而产生了抑制作用.冗余分析(RDA)显示,土壤Olsen-P含量是影响固碳自养微生物丰度最显著的环境因子.     

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...     

野鸭湖湿地芦苇根际微生物多样性与磷素形态关系

以野鸭湖湿地芦苇(Phragmites communis)根际微生物为研究对象,采用化学连续提取法分析了芦苇根际/非根际土壤中各形态磷随植物生长(4、7、10月)的变化规律,同时基于细菌的16S rRNA高通量测序技术,分析了芦苇根际/非根际土壤微生物多样性,进一步采用CCA法分析了土壤样品中特定微生物与磷素形态转化关系.结果表明,无机磷含量的总体顺序大小为:钙磷(Ca-P)闭蓄态磷(Oc-P)铁磷(Fe-P)交换态磷(Ex-P)铝磷(Al-P),无机磷含量变化主要受芦苇生长状况影响,在芦苇旺盛期达到最低,且根际土壤中的总无机磷含量普遍低于非根际.有机磷含量分布为高稳定性有机磷(HR-OP)中稳定性有机磷(MR-OP)中活性有机磷(ML-OP)活性有机磷(L-OP),各组分含量均随芦苇生长先降低后升高.芦苇根际/非根际土壤微生物中的优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria),但在芦苇生长过程中,其根际和非根际微生物群落结构受季节影响变化显著,且根际和非根际的变化有所差异.同时发现了芽孢杆菌属(Bacillus)、肠杆菌属(Enterobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)、伯克霍尔德氏菌属(Burkholderia)、不动杆菌属(Acinetobacter)等可能是与磷形态转化有关的主要功能菌属,这些菌属能利用大部分的有机磷和无机磷,在湿地土壤磷素转化中起着关键作用.