稻田土壤光合细菌群落对镉污染的响应

稻田重金属污染每年造成水稻产量的巨大损失,重金属污染问题日益受到人们的关注.因此,了解不同镉污染水平下水稻土微生态及理化性质的变化具有重要意义.本研究通过16S测序技术探讨稻田土壤光合细菌群落对不同镉污染水平的响应.结果表明,随着镉污染程度升高,pH值、总镉和有效镉含量逐渐降低.高镉组、中镉组和低镉组的土壤α多样性差异较小,富集的光合细菌种群具有显著差异,光合细菌群落之间也均具有显著差异.高镉组光合细菌物种之间有效连接明显多于中镉和低镉组,连接更紧密且密度更高.碱性氮、pH、有效磷、有效钾、总氮、总磷、有机质、总镉和有效镉是影响光合细菌群落的重要因素,与光合细菌群落显著相关,解释了59.90%的光合细菌群落变异,其中有效镉含量与Methylorubrum populi、Methylorubrum extorquens、Methylobacterium sp.Leaf125和Rhodopseudomonas sp.AAP120显著正相关（R>0.05,P<0.05）.本研究对了解镉污染对稻田土壤特定功能微生物种群的影响具有重要意义.     

棉秆炭调控对碱性镉污染水稻根际土壤真菌群落结构和功能的影响

为研究棉秆炭对碱性镉污染水稻根际土壤真菌多样性、结构及功能的影响,采用室外水稻盆栽试验,在土壤中添加了0、 1和8 mg·kg~(-1)的镉和炭土质量比分别为0%、 1%和5%的棉花秸秆生物质炭,以水稻成熟期根际土壤为研究对象,借助Illumina HiSeq高通量测序手段分析棉秆炭与镉污染条件对碱性水稻根际土壤真菌群落多样性、结构及潜在功能的影响,探寻不同土壤环境因子与真菌群落结构间的关联性.结果表明:①施用棉秆炭显著提高了土壤pH、速效养分和有机质等指标,并降低土壤中可还原态镉的含量(P0.05).②水稻根际土壤真菌菌门分布主要为子囊菌门、Aphelidiomycota门和壶菌门,占所有菌门的57%.菌属分布主要为被孢霉属、链格孢属和镰刀菌属.各处理间真菌群落α-多样性差异显著(P0.05).未添加棉秆炭处理下(C0),镉浓度的增加降低了土壤中壶菌门、被孢霉属和链格孢属的相对丰度和真菌多样性指数(Shannon指数).在不同浓度镉处理下(Cd0、 Cd1和Cd8),增加棉秆炭会降低真菌群落丰富度指数(Chao1指数)和Shannon指数.镉污染导致土壤中壶菌门相对丰度增多,却使子囊菌门丰度下降,施用棉秆炭可显著提升壶菌门的相对丰度(P0.05).镉污染使被孢霉属和链格孢属丰度下降,但是施用棉秆炭可使链格孢属相对丰度增多.增加棉杆炭施用量,土壤中会存在更多的内生菌、植物病原体和腐生菌;而镉污染程度增加会减少土壤中内生菌、植物病原体和腐生菌.③影响真菌群落多样性及结构的主要环境因子有土壤速效钾、有机质和pH.水稻土壤镉含量中占比最大的可还原态镉与轮形动物门、Aphelidiomycota门和子囊菌门呈显著正相关(P0.05),但与其它菌门呈负相关(P0.05).研究结果说明棉秆炭在碱性镉污染土壤微生态调控方面具有一定的作用.     

生物质炭对镉污染土壤微生物多样性的影响

通过向模拟镉污染土壤中添加生物质炭,研究其对土壤中微生物活性及功能的影响,以期揭示生物质炭钝化镉污染土壤的作用机制.采用Biolog-Eco微平板法,围绕各粒级土壤团聚体中微生物在碳代谢功能方面对不同量生物质炭的响应机制开展室内试验.实验结果表明:Cd污染条件下,生物质炭的施用提高了土壤中微生物群落碳源代谢活性及功能多样性,2.5%生物质炭处理下的提高效果尤为突出;土壤微生物的碳源代谢活性及功能多样性在不同粒级团聚体中呈"V"型分布,5-1mm、0.25mm团聚体中最高.0.25mm微团聚体中微生物碳代谢功能多样性重金属Cd胁迫效应与生物质炭保护效应均最显著;土壤微生物McIntosh指数上升了32.68%-135.52%,群落物种均一度发生巨大的变化;Cd污染土壤中微生物对其他类碳源化合物有偏嗜性,进一步分析显示,生物质炭处理组与单施Cd对照组微生物碳源利用上起分异作用的是羧酸类和糖类2类碳源化合物.     

玉米和籽粒苋镉累积特征与根际微生物的关系

该研究针对北方典型污灌区农田开展大田作物玉米与镉富集植物籽粒苋的田间种植试验。通过分析土壤及植株的镉含量特征,并利用高通量测序技术,对比2种植物的根际土壤及非根际土壤的细菌多样性与群落结构,探究土壤不同镉浓度对细菌群落的影响。结果表明,研究区根际土壤总镉及有效态镉含量高于非根际土壤,玉米作物的根、茎、叶部位保留了从土壤中吸收的大部分镉,籽粒部位镉含量最低;土壤镉浓度对土壤细菌多样性与群落结构没有产生显著性影响;植物的根际微生物和土壤镉之间存在一定的交互作用;不同土壤生境细菌的物种组成存在一定差异,变形菌门(19.33%～25.73%)、奇古菌门(16.09%～24.67%)和放线菌门(15.82%～20.86%)为研究区土壤中的优势菌群。研究结果可对中国大面积污灌区镉污染农田修复效果评估及土壤健康评价提供科学依据。     

稀土元素镧对红壤微生物区系的影响

通过纯培养试验、室内培养试验和水稻盆栽试验研究了稀土元素镧对红壤微生物区系的影响 .结果表明 :镧对纯培养细菌、放线菌、真菌均有较强的毒害作用 .对镧的敏感性顺序为 :放线菌 >细菌 >真菌 .在低浓度下 ,镧对土壤细菌、放线菌、真菌的作用不明显 ,在高浓度下 ,表现为抑制作用 .在低浓度下 ,镧对土壤硝化细菌有强烈的刺激作用 ,最大刺激率达到 70 % ,随着浓度的升高则产生抑制作用并不断增强 .镧对土壤反硝化细菌作用不明显 .在低浓度下 ,镧对土壤自生固氮菌有某些刺激作用 ,随着浓度的升高 ,则产生显著的抑制作用 .土壤硝化细菌可以作为稀土对作物增产效应的指示菌 ,硝化细菌和自生固氮菌可以作为稀土污染土壤生态环境的指示菌 .外源稀土对红壤微生物区系产生抑制作用的临界浓度在 150 mg/ kg左右 .     

黄土区侵蚀坡面土壤微生物群落功能多样性研究

为研究不同有机碳水平下坡面土壤侵蚀对微生物群落功能多样性的影响,以黄土区典型侵蚀坡面为对象,通过Biolog-Eco方法测定了高、低2个有机碳水平坡面沉积区、侵蚀区和对照区3个不同部位的土壤微生物活性、碳源利用能力和微生物群落功能多样性.结果表明：1）高碳水平下3个部位的微生物活性和碳源利用能力均显著高于低碳水平;2）在不同侵蚀部位上,沉积区微生物活性高于侵蚀区,在低碳水平下,沉积区微生物碳源利用能力显著大于侵蚀区（P<0.05）,但在高碳水平下沉积区与侵蚀区无显著差异;3）在6类碳源中,微生物对氨基酸类、酯类的利用率最高,对醇类、胺类的利用率较低,从31种碳源中提取的主成分1和主成分2分别可解释变量方差的53.8%和11.9%,对主成分1起分异作用的主要是氨基酸类和酯类碳源;对主成分2起分异作用的主要为糖类和酸类碳源.4）高碳水平下3个部位微生物群落的Shannon指数、丰富度指数和McIntosh指数均显著大于低碳水平（P<0.05）,但不同部位间的土壤微生物群落多样性指数并无明显差异.侵蚀对微生物群落功能多样性的影响主要表现在有机碳水平决定的微生物活性差别上,不同部位微生物的碳源利用能力在有机碳水平较低时差异显著,有机碳水平较高时则没有明显差别.     

复垦红壤中牧草根际微生物群落功能多样性

通过盆栽试验研究了浙江省诸暨铜矿区复垦红壤牧草根际微生物生物量及群落功能多样性的变化.结果表明,种植不同牧草使矿区土壤根际微生物生物量碳发生了显著的变化,其影响大小因矿区土壤污染程度而异.无污染和轻度污染土壤根际微生物生物量碳变化表现为黑麦草+三叶草>三叶草>黑麦草>未种植土壤,处理间差异均达显著水平(P<0.05),重度污染环境下各处理间差异不明显.Biolog数据分析显示,种植不同牧草的矿区土壤根际微生物群落结构和功能多样性也发生了相应改变,根际土壤微生物群落代谢剖面(AWCD)均显著高于未种植牧草土壤,处理间差异达极显著水平(P<0.001).典型变量分析揭示了不同牧草根际微生物群落利用碳源种类和数量存在明显差异.     

生物质炭对邻苯二甲酸二丁酯污染土壤微生物群落结构多样性的影响

在邻苯二甲酸二丁酯(DBP)污染的不同类型土壤(有机质含量低的新垦红壤、有机质含量高的熟化红壤)中添加不同种类(稻草炭、毛竹炭)以及不同用量(0%、0.5%和2%)的生物质炭,温室种植上海青并在56 d后采集土样,采用磷脂脂肪酸法(PLFA)考察了土壤类型、生物质炭种类以及用量对土壤微生物群落结构多样性的影响.结果表明:对细菌、真菌及微生物总PLFA这三者的含量而言,熟化红壤显著(p0.05)高于新垦红壤,熟化红壤中添加2%稻草炭使其显著(p0.05)增加,新垦红壤中添加毛竹炭使其显著(p0.05)降低.新垦红壤中添加2%稻草炭对革兰氏阴性菌/革兰氏阳性菌比值的增加效果最显著(p0.05),添加2%毛竹炭对土壤微生物群落Shannon指数的降低效果最显著(p0.05).添加2%稻草炭对DBP污染土壤中微生物压力指数降低效果最显著(p0.05).生物质炭对熟化红壤中真菌/细菌、革兰氏阴性菌/革兰氏阳性菌及微生物群落Shannon指数均无显著影响.PCA分析表明,土壤有机质含量以及生物质炭的种类和用量均会对土壤微生物群落结构产生一定影响,且生物质炭的影响与土壤有机质含量密切相关.     

生物炭复合青霉菌修复砷污染土壤对其微生物群落功能多样性的影响

真菌修复砷污染土壤是一种能够有效吸附固化环境中砷的重要措施.生物炭作为目前修复重金属的热点,其多空疏松的结构、较高的离子交换量、丰富的有机碳含量等都说明了其在土壤修复中的地位.为了探究生物炭与青霉菌在修复砷污染土壤的同时对土壤中微生物活性及其多样性的影响,在室内孵育条件下,运用Biolog法研究了3×3随机区组试验（3个生物炭梯度分别为0%、2%、4%,3个青霉菌梯度分别为0%、10%、20%）下土壤微生物对不同类型碳源的利用能力以及多种功能性指数的影响.结果表明:①添加青霉菌与生物炭后,土壤中有效砷含量较对照组显著下降,从而影响其微生物群落功能多样性.②砷污染土壤中微生物群落功能多样性、碳源利用丰富度随生物炭浓度梯度的升高呈先升后降的趋势.③高接菌量（20%）与低接菌量（10%）对砷污染土壤中微生物群落功能多样性的影响没有显著性差异.④2%生物炭与10%青霉菌处理土壤中微生物群落功能多样性、碳源利用丰度最高.⑤青霉菌对胺类及少部分酸类碳源的利用能力较弱（AWCD < 0.5,AWCD为Biolog微平板孔中溶液吸光值平均颜色变化率）,对氨基酸类中大部分碳源以及脂类碳源的代谢能力较强（AWCD>1.0）,对糖类、酚酸类的代谢能力稍弱（AWCD为0.3~1.0）,青霉菌对D-半乳糖醛酸、L-天冬酰胺酸、L-丝氨酸、L-精氨酸、r-羟基丁酸这5种碳源的利用率最高（AWCD>1.2）.研究显示,低浓度生物炭可增加砷污染土壤中微生物群落多样性,生物炭含量的继续增加会对微生物产生抑制作用;青霉菌添加到砷污染土壤后,会显著提升砷污染土壤中微生物的群落功能多样性,改善砷污染土壤中微生的物群落结构;青霉菌的优势碳源大多为植物根系分泌物,可为后续青霉菌与超积累植物复合修复砷污染土壤提供参考.      

市政污泥接种焦化废水好氧降解能力及微生物群落演替的响应分析

焦化废水是毒性很大的典型工业废水,生物处理过程中需要微生物具备很强的适应能力.以探讨焦化废水对微生物的毒性抑制以及微生物对焦化废水的适应过程为目的,通过于焦化废水原水中接种市政污泥,在考察COD、苯酚、氨氮和硫氰化物等主要污染物指标降解的基础上,运用Illumina高通量测序平台分析降解过程微生物群落组成及多样性变化的响应关系.结果表明,接种了市政污泥的焦化废水培养16 h后COD开始下降,40 h时苯酚降解了97.14%,72 h时硫氰化物开始降解,96 h时硫氰化物浓度低于检测限,氨氮浓度随着硫氰化物的降解而升高.群落测序分析表明,不同培养阶段污泥中微生物表现出群落结构及丰度上的差异:在苯酚降解阶段,苯酚优势降解菌Acinetobacter、Pseudomonas的丰度增大,48 h总相对丰度为13.04%;在硫氰化物降解阶段,Sphingobacterium、Brevundimonas、Lysobacter、Chryseobacterium为主导菌属,96 h时其总相对丰度为16.13%;在144 h阶段,优势菌属则变为Fluviicola、Stenotrophomonas和Thiobacillus,总相对丰度为22.45%.由此认为,市政污泥克服了焦化废水中毒性成分的抑制作用之后能迅速适应环境,表现出微生物群落结构随着废水降解成分的变化而改变,环境因子和降解功能菌之间的竞争是群落结构演变的主要因素.     

Effect of copper on phospholipid fatty acid composition of microbial communities in two red soils

The phospholipid fatty acid （PLFA） composition was analyzed in two red soils experimentally contaminated with copper at different concentrations. The total amounts ofphospholipid fatty acids （PLFAs） in both red soils were significantly correlated with soil microbial biomass C and N, which decreased consistently with increasing levels of copper. The relative quantities of the PLFAs 17：0 （10 Me）, i16：0, il 5：0 and 16：1w5c, decreased with increasing heavy metal concentration, while those of cyl7：0, which is an indicator of gram-negative bacteria, increased. The Shannon index calculated from the PLFA data indicated that Cu addition in the red soils decreased the population diversity of soil microbial communities. Multivariate analysis of PLFA data demonstrated that high levels of Cu application had a significant impact on microbial community structure and there is a threshold metal concentration for PLFA composition. Comparatively higher toxic effect on microbial biomass and community structure were found in the red sandy soil than those in the red clayey soil. The differential effect of Cu addition on microbial communities in the two soils may be due to differences in soil texture and cation exchange capacity.     

Alteration of microbial properties and community structure in soils exposed to napropamide

The effect of pesticide napropamide (N,N-diethyl-2-(1-naphthalenyloxy) propanamide) on soil microorganisms for long-term (56 d) was assessed by monitoring changes in soil microbial biological responses. Soils were treated with napropamide at 0, 2, 10, 20, 40, and 80 mg/kg soil and sampled at intervals of 1, 3, 7, 14, 28, 42, and 56 d. The average microbial biomass C declined in napropamide-treated soils as compared to control. The same trend was observed on microbial biomass N after napropamide application.We also determined the basal soil respiration (BSR) and observed a high level in soils treated with napropamide during the first 7 d of experiment. But with the passage of incubation time, BSR with napropamide decreased relatively to control. Application of napropamide at 2–80 mg/kg soil had inhibitory e ects on the activity of urease and invertase. Activity of catalase was enhanced during the initial 7 d of napropamide application, but soon recovered to the basal level. The depressed enzyme activities might be due to the toxicity of napropamide to the soil microbial populations. To further understand the e ect of napropamide on microbial communities, a PCRDGGE- based experiment and cluster analysis of 16S rDNA community profiles were performed. Our analysis revealed an apparent di erence in bacterial-community composition between the napropamide treatments and control. Addition of napropamide apparently increased the number of bands during the 7–14 d of incubation. These results imply that napropamide-induced toxicity was responsible for the disturbance of the microbial populations in soil.     

酸性矿山废水对稻田土壤微生物菌群结构的影响

为探究酸性矿山废水(AMD)对稻田土壤微生物群落结构的影响,通过取自矿区受AMD污染和未受污染的稻田土壤进行微宇宙灌溉模拟实验,研究了AMD污染过程中土壤理化性质和微生物群落的变化,同时建立环境条件变化引起土壤微生物群落结构改变的相关性关系.结果表明,受AMD污染的土壤中SO_4~(2-)、Cd、Zn含量显著上升,土壤酸化且土壤中细菌群落的多样性下降;而恢复清洁水灌溉可提高土壤细菌群落的多样性,有利于修复AMD的污染.采用高通量测序技术分析了不同处理稻田土壤中微生物群落在门和属分类水平上的相对丰度分布变化,冗余分析(RDA)表明,土壤pH和重金属(Pb、Cu)含量是影响稻田土壤微生物群落结构的主要环境因子.研究结果不仅有助于进一步揭示AMD污染、土壤因子与土壤微生物群落的相互关系,同时可为恢复AMD污染农业土壤提供理论依据.     

Changes in enzymes activity, substrate utilization pattern and diversity of soil microbial communities under cadmium pollution

Heavy metal pollution has received increasing attention in recent years mainly because of the public awareness of environmental issues. In this study we have evaluated the effect of cadmium （Cd） on enzymes activity, substrate utilization pattern and diversity of microbial communities in soil spiked with 0, 20, 40, 60, 80, and 100 mg/kg Cd, during 60 d of incubation at 25℃. Enzyme activities determined at 0, 15, 30, 45, and 60 d after heavy metal application（DAA） showed marked declines for various Cd treatments, and up to 60 DAA, 100 mg/kg Cd resulted in 50.1%, 47.4%, and 39.8% decreases in soil urease, acid phosphatase and dehydrogenase activities, respectively to control. At 60 DAA, substrate utilization pattern of soil microbial communities determined by inoculating Biolog ECO plates indicated that Cd addition had markedly inhibited the functional activity of soil microbial communities and multivariate analysis of sole carbon source utilization showed significantly different utilization patterns for 80 and 100 mg/kg Cd treatments. The structural diversity of soil microbial communities assessed by PCR-DGGE method at 60 DAA, illustrated that DGGE patterns in soil simplified with increasing Cd concentration, and clustering of DGGE profiles for various Cd treatments revealed that they had more than 50% difference with that of control.     

荧光假单胞菌对洞庭湖湿地镉污染土壤碳氮生理类群和微生物活性的影响

为探讨功能微生物对洞庭湖湿地镉污染土壤环境质量的影响,以从洞庭湖湿地植物蒌蒿体中分离获得的荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)Y5为对象,通过室内培养试验研究其对洞庭湖湿地镉污染土壤碳氮生理类群和微生物活性的影响。结果表明菌株Y5可明显增加洞庭湖湿地镉污染土壤的氨化菌、硝化菌、好氧性自生固氮菌、好氧性纤维素分解菌的数量,明显提高洞庭湖湿地镉污染土壤的脲酶和蔗糖酶活性,显著增加土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN),明显降低土壤基础呼吸及代谢墒,从而有利于改善洞庭湖湿地镉污染土壤的营养状况和环境质量。     

Effect of acetate on lead toxicity to microbial biomass in a red soil

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｏｌｕｔｉｏｎｂｙｌｅａｄ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇｆｒｏｍｍｉｎｉｎｇａｎｄｓｍｅｌｔｉｎｇａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ，ｓｅｗａｇｅｓｌｕｄｇｅｕｓａｇｅｉｎａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅａｎｄｃｏｎｔａｍｉｎａｔ...     

重金属复合污染农田土壤的微生物群落遗传多样性研究

采集了浙江省富阳市环山乡某冶炼厂小高炉附近受铜、锌、铅、镉不同程度复合污染的4个农田土壤样品，首先扩增土壤总DNA中的16S rDNA，然后进行变性梯度凝胶电泳(Denaturing Gradient Gel Electrophoresis)，分析了长期受重金属复合污染的农田土壤的微生物群落遗传多样性变化．结果表明，不同程度的重金属复合污染明显改变了农田土壤的微生物群落遗传多样性，但与多样性的改变不是简单的负相关关系，最大的多样性指数出现在中等污染程度的土壤中．     

土壤-青菜系统中铅污染对土壤微生物活性及多样性的影响

采用盆栽方法研究了青菜种植条件下2种不同类型的人为铅污染土(黄松田土和黄红壤)中不同处理对土壤微生物生物量、生理生态参数以及群落结构的影响.结果表明,2种土壤在外源铅含量为100和300 mg·kg-1时,土壤微生物生物量有微小增加,而高浓度铅污染使土壤微生物生物量显著降低.在高浓度铅污染土壤中,微生物生理生态参数发生明显变化,微生物生物量碳/土壤有机质碳(Cmic/Corg)逐渐下降,代谢熵(qco2)明显上升,表明土壤微生物群落处于胁迫状态.结果还显示,铅污染对土壤微生物的影响与不同的管理方式(青菜种植情况)以及土壤中有机质、粘粒含量等有关,在种植青菜、有机质和粘粒含量高的土壤中,土壤微生物各项参数变化要小.对21种磷脂脂肪酸(PLFA)的图谱进行分析,结果表明,受铅污染土壤的微生物群落结构组成伴随着功能参数的变化而发生了改变;随着铅污染程度的增强,指示真菌和放线菌类的脂肪酸增加,而革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌脂肪酸比值下降.     

Degradation of chlorpyrifos in laboratory soil and its impact on soil microbial functional diversity

Degradation of chlorpyrifos at different concentrations in soil and its impact on soil microbial functional diversity were investigated under laboratory conditions. The degradation half-lives of chlorpyrifos at levels of 4, 8, and 12 mg/kg in soil were calculated to be 14.3, 16.7, and 18.0 d, respectively. The Biolog study showed that average well color development (AWCD) in soils was significantly (P < 0.05) inhibited by chlorpyrifos within the first two weeks and thereafter recovered to the similar level as the control. A similar variation in the diversity indices (Simpson index 1/D and McIntosh index U) in chlorpyrifos-treated soils was observed, no significant difference in the Shannon-Wiener index H' was found in these soils. With increasing chlorpyrifos concentration, the half-lives of chlorpyrifos were significantly (P ≤ 0.05) extended and its inhibitory effects on soil microorganisms were aggravated. It is concluded that chlorpyrifos residues in soil had a temporary or short-term inhibitory effect on soil microbial functional diversity.