铀尾矿污染土壤微生物活性及群落功能多样性变化

采用常规微生物活性评价法和Biolog方法研究了铀尾矿区不同污染程度、不同深度土壤微生物活性及群落功能多样性的变化特征。结果表明,尾矿区土壤微生物活性发生了显著的变化,微生物生物量和可培养细菌数量显著降低,而土壤基础呼吸和代谢熵则明显升高,在取样深度方面,15 cm处土壤的微生物活性指标值基本都低于30 cm处。与对照相比,矿区土壤微生物群落结构多样性有所降低,其中放射性核素含量与Shannon指数、Simpson指数呈正相关关系,与AWCD值和McIntosh指数呈负相关关系;在深度上,上层土壤微生物的AWCD值、Shannon指数、Simpson指数均高于下层,随污染程度的增加,对碳源的选择性利用上也存在差异,在深度方向上则变化不一。该文研究结果可为尾矿区环境质量评价以及生态修复提供一定参考。     

施用秸秆和生物炭的茉莉园土壤微生物量及细菌多样性的差异

土壤微生物在农田生态系统的生物地球化学循环中起着重要作用，然而目前尚不清楚秸秆直接还田和炭化还田对土壤微生物量及细菌多样性影响的差异.本研究在福州茉莉(Jasminum sambac)种植基地开展了田间实验，并设置对照(0 kg·hm^-2)、秸秆(8000 kg·hm^-2)、生物炭(8000 kg·hm^-2)3个添加处理，测定了土壤微生物量碳、氮、磷(MBC、MBN、MBP)含量，分析了细菌群落多样性和组成，以期为该区域土壤配肥和改良提供科学的理论依据.结果表明：与对照相比，秸秆施用下土壤MBC含量显著降低了16.85%(p<0.05)，而生物炭施用下土壤MBC、MBN、MBP含量分别显著增加了23.17%、329.15%和40.09%(p<0.05).其次，秸秆处理对细菌群落多样性无显著影响，而生物炭的施用显著提高了细菌群落多样性(p<0.05).再之，施用生物炭促进了植物生长有益菌，如芽孢杆菌纲、α-变形菌纲、γ-变形菌纲、黏球菌纲的相对丰度.冗余分析(RDA)结果表明，土壤磷含量是影响茉莉园土壤细...     

微生物有机肥对樱桃园土壤细菌群落的影响

采用田间试验,探究微生物有机肥对樱桃园土壤细菌群落的影响.利用高通量测序和实时定量PCR技术,研究不施肥（CK）、常规施肥（CN）和施微生物有机肥（CB）处理土壤细菌数量、多样性和群落结构的变化.结果表明,施微生物有机肥显著提高了土壤有机质、全氮、碱解氮和速效磷含量.结合16S rRNA基因拷贝数和α^-多样性指数结果,发现施微生物有机肥能提高细菌数量,且提高细菌多样性和丰富度.不同施肥处理显著改变了细菌群落结构.门水平上,变形菌门、酸杆菌门、厚壁菌门、芽单胞菌门、放线菌门为优势类群,共占细菌总量的74.3%~85.1%.目水平上,CB处理中Acidobacteria_Gp4和Gp6相对丰度显著低于CK处理,而Acidobacteria_Gp7较CK处理增加了75.4%.冗余分析结果表明,环境因子解释了细菌群落变化的92.3%,土壤有机质、全氮含量和pH值是造成樱桃园土壤细菌群落结构差异的主要原因.因此,施用微生物有机肥能显著提高土壤养分含量、土壤细菌数量及群落多样性,对于培肥地力极为重要.     

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.     

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.      

有机物料还田对稻田土壤DOM碳源代谢能力的影响

以成都平原典型稻麦轮作长期定位施肥试验土壤为研究对象,设置常规施肥(T1)、猪粪替代50%氮肥(T2)和猪粪替代50%氮肥+秸秆全量还田(T3)这3种处理,采用Biolog-ECO方法,研究长期有机物料还田下土壤和土壤可溶性有机质(DOM)的碳源代谢能力.结果表明,T3处理较T1和T2处理显著增加了土壤的碳源代谢能力,平均颜色变化率(AWCD)分别增长16%和48%;同时T3处理提高了土壤DOM的碳源代谢能力,其AWCD值为0.43.从微生物碳代谢功能多样性指数来看,土壤和土壤DOM中微生物的碳代谢功能多样性指数均以T3处理最高,其中土壤DOM中微生物的Shannon、 Simpson和McIntosh指数分别为2.73、 0.91和3.75.主成分分析和富集分析结果显示,不同施肥处理下土壤和土壤DOM的主要利用碳源类型存在差异,对于DOM而言,T1和T2处理的DOM主要利用碳源仅为糖类,而T3处理增加了对氨基酸类、羧酸类、聚合物类和胺类的利用.土壤pH和质地的改变是引起土壤DOM碳源代谢能力差异的主要因素.综上,猪粪配合秸秆施用显著增加了土壤和土壤DOM的微生物群落多样性和碳源代谢能...     

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 .     

改良剂对土壤铜镉有效性和微生物群落结构的影响

以一次性添加木炭、石灰和磷灰石稳定化修复4年后的土壤为研究对象,探讨了土壤中铜镉有效性和土壤微生物群落结构的变化.结果表明,3种改良剂的添加提高了土壤pH值,降低了土壤交换性酸和交换性铝的含量,使铜镉由活性态向非活性态和潜在活性态转化,其中磷灰石和石灰的处理效果优于木炭处理; Biolog测试发现,培养192h,木炭、石灰和磷灰石处理土壤AWCD值(0.61、0.76和0.70)分别是对照的1.33、1.65和1.52倍;且Shannon和McIntosh指数均较对照有所提高,表现为:石灰 > 磷灰石 > 木炭,表明改良剂处理后增加了土壤微生物对碳源的利用能力,提高了其功能多样性.PCR-DGGE分析结果显示,改良剂处理后土壤细菌优势群的数量显著增加,木炭、石灰和磷灰石处理Shannon指数分别比对照提高了0.22、0.39和0.24.相关性分析表明,土壤酸度和重金属有效性是影响稳定化修复重金属污染土壤细菌结构多样性差异的主要因素.     

不同湿地植物脱氮效果与根际土壤微生物群落功能多样性特征分析

为研究水平潜流型人工湿地中不同植物脱氮效果及对土壤微生物的影响,采集水样测定脱氮效率,采集芦苇根际土壤、香蒲根际土壤和对照土壤（不种植物）,利用Biolog技术研究不同处理土壤微生物群落代谢功能多样性特征.结果表明:①与对照相比,种植芦苇和香蒲可提高水平潜流型人工湿地7%~33%的NH₃-N去除率.②芦苇和香蒲根际土壤的碳源利用率增加,并显著高于对照土壤;香蒲根际土壤的碳源利用率高于芦苇根际土壤.芦苇和香蒲根际土壤微生物均对碳水化合物的相对利用率较高（> 48.0%）,对照土壤微生物对碳水化合物和聚合物的相对利用率均较高,分别为34.4%和32.7%.③芦苇和香蒲根际土壤微生物的丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Shannon-Wiener均匀度指数均显著高于对照土壤.④主成分分析（principal component analysis,PCA）结果表明,芦苇和香蒲根际土壤微生物与对照土壤微生物对碳源的利用特征均存在显著差异,而不同植物对土壤微生物碳源利用多样性的影响较小.研究显示,种植植物可改善水平潜流型人工湿地的脱氮效率,增加根际土壤微生物群落功能多样性,而不同植物（芦苇和香蒲）对脱氮效率和根际土壤微生物群落组成的影响无显著差异,因此在种植植物时可根据当地条件进行选择.      

黑龙江中央站黑嘴松鸡国家级自然保护区不同森林类型土壤微生物功能多样性分析

土壤微生物在森林生态系统中起着重要作用,因此研究不同森林类型下土壤微生物功能多样性具有重要意义.采用Biolog-Eco微平板法对位于黑龙江中央站黑嘴松鸡国家级自然保护区内的3种典型森林类型——白桦林、蒙古栎林、兴安落叶松林下的土壤微生物功能多样性进行研究.结果表明:白桦林、蒙古栎林、兴安落叶松林土壤微生物AWCD（平均颜色变化率）值、Shannon-Wiener指数和McIntosh指数差异显著（P < 0.05）.AWCD随着培养时间的延长而逐渐增加,其中白桦林的AWCD值最高,而落叶松林的AWCD值最低.主成分分析（PCA）结果表明,3种森林类型土壤微生物群落代谢功能差异显著,主成分1和主成分2分别可以解释方差变量的38.81%和30.30%.从碳源利用率来看,糖类和氨基酸类是影响3种森林类型土壤微生物功能的主要碳源.典型相关分析（CCA）表明,w（SOC）（SOC为土壤有机质）、w（TN）（TN为全氮）和pH是影响土壤微生物功能多样性的主要环境因子.研究显示,3种森林类型土壤微生物功能多样性和碳源利用方式均有显著差异,其主要受到土壤pH、w（SOC）和w（TN）的影响.      

不同秸秆还田方式对旱地红壤细菌群落、有机碳矿化及玉米产量的影响

为探讨长期不同秸秆还田方式对旱地红壤细菌群落、有机碳矿化及玉米产量的影响,基于中国科学院鹰潭红壤生态实验站设置的不同秸秆还田方式长期定位试验(9 a),选取不施肥(CK)、单施化肥(N)、化肥+秸秆(NS)、化肥+秸秆猪粪配施(NSM)和化肥+生物质炭(NB)这5个处理,通过高通量测序技术研究旱地红壤细菌多样性和群落结构差异,揭示了细菌群落对土壤有机碳矿化和玉米产量的影响机制.结果表明:①不同秸秆还田处理下,红壤化学性质发生显著变化,其中NSM处理对旱地红壤肥力的综合提升效果最好,并显著提高了玉米产量.②相比于CK和N处理,秸秆还田处理均提高了细菌多样性.主成分分析发现,秸秆还田处理改变了土壤细菌群落结构.③秸秆还田处理提高了土壤有机碳矿化能力,NSM处理的土壤有机碳矿化速率和累积矿化量最高.④相关性分析表明土壤AN/AP比值显著改变了细菌群落结构,结构方程模型结果表明,土壤AN/AP比可能通过影响土壤细菌多样性和群落结构,间接提高了土壤有机碳矿化能力和玉米产量.本研究结果为协同提升旱地红壤生物多样性和耕地地力水平,保障健康红壤生态系统和粮食安全提供了科学依据.     

秸秆炭化还田对滴灌棉田土壤微生物代谢功能及细菌群落组成的影响

通过5 a田间定位试验,研究持续秸秆直接还田和炭化还田对滴灌棉田土壤微生物功能多样性以及细菌群落组成的影响.试验设置3个处理:单施化肥(对照,CK)、秸秆直接还田+化肥(ST)和秸秆炭化还田+化肥(BC).秸秆直接还田和炭化还田均显著提高土壤有机质、全氮及速效养分含量,其中秸秆炭化还田的作用更显著.秸秆直接还田处理土壤微生物碳源代谢活性最高,其次是秸秆炭化还田,均显著高于对照.秸秆直接还田主要促进了碳水化合物类和胺类碳源的代谢;秸秆炭化还田显著提高多聚物类碳源的代谢.秸秆直接还田和炭化还田显著提高土壤细菌群落多样性.与对照相比,秸秆直接还田显著增加变形菌门、放线菌门、拟杆菌门以及黄单胞菌科、酸微菌科、微杆菌科和噬纤维菌科的相对丰度;秸秆炭化还田处理酸杆菌门、芽单胞菌门、硝化螺旋菌门以及Blastocatellaceae (Subgroup_4)菌科、芽单胞菌科、亚硝化单胞菌科的相对丰度显著增加.相关性分析表明黄单胞菌科、酸微菌科与碳水化合物类、氨基酸类、羧酸类、胺类碳源代谢显著正相关,噬纤维菌科、微杆菌科与碳水化合物类、胺类碳源代谢显著正相关,Blastocatellaceae (Subgroup_4)菌科、芽单胞菌科、亚硝化单胞菌科与多聚物类碳源代谢显著正相关.持续秸秆炭化还田显著增加滴灌棉田土壤养分,改变细菌群落组成,提高多聚物类碳源的代谢活性.     

早稻秸秆还田和减钾对晚稻产量和土壤肥力的影响

水稻秸秆是华南双季稻区重要的有机肥资源,为探讨早稻秸秆还田条件下钾肥减量施用对晚稻产量和土壤肥力的影响,于广东省白云区和惠阳区开展大田试验,设置常规施肥（CK）、秸秆还田+常规施肥处理（RS）和秸秆还田+钾肥减施20%（RS-K）这3个处理,分析不同处理的晚稻生物量、钾含量和产量,及土壤速效钾、有机碳、细菌多样性和群落结构等土壤肥力性质的变化.结果表明,RS-K处理的水稻生物量和产量与CK处理无显著差异.与CK相比,RS处理的水稻植株钾含量平均提高了3.97%（白云）和6.91%（惠阳）.RS-K处理的植株钾含量在水稻生长前期显著低于CK处理,但在水稻生长后期两者无显著差异.与CK相比,RS处理显著提高了土壤速效钾含量,平均增幅达13.90%（白云）和21.67%（惠阳）;RS-K处理的土壤速效钾也较CK处理提高了3.56%（白云）和4.23%（惠阳）.秸秆还田处理显著提高了土壤可溶性有机碳含量,但对土壤pH值、有机碳、微生物量碳、硝态氮、铵态氮和有效磷含量无显著影响.与CK相比,秸秆还田处理显著提高了土壤细菌的Chao1和Shannon指数;秸秆还田处理还显著提升了变形菌门、放线菌门和硝化螺旋菌门的相对丰度,而降低了酸杆菌门、拟杆菌门和厚壁菌门的相对丰度;冗余分析表明,土壤有机碳、可溶性有机碳、微生物量碳、有效磷和速效钾含量是驱动土壤细菌结构群落变化的主要环境因素.综上,早稻秸秆还田可提高土壤速效钾含量和晚稻钾含量,在早稻秸秆还田条件下钾肥减施20%对晚稻钾营养水平和产量均没有产生明显负面影响,且能提高土壤有机碳和细菌多样性.因此,在华南双季稻区,早稻秸秆还田配合钾肥减施20%有利于化肥减施、粮食稳产和培肥地力,对农业绿色发展具有重要意义.     

紫云英还田与化肥减量配施对稻田土壤细菌群落组成和功能的影响

紫云英是豫南稻区土壤培肥的重要有机肥资源,探究紫云英还田与化肥减量配施对稻田土壤理化性质和细菌群落特性的影响,旨在为该区域的土壤培肥和化肥减量提供依据.开展连续12 a田间定位试验,设置了6个施肥处理(空白对照,CK;单施化肥,F100;80%化肥和22.5t·hm^-2紫云英还田量配施,MV1F80;80%化肥和45 t·hm^-2紫云英还田量配施,MV2F80;60%化肥和22.5 t·hm^-2紫云英还田量配施,MV1F60;60%化肥和45 t·hm^-2紫云英还田量配施,MV2F60).通过采用高通量测序方法比较不同施肥处理对土壤细菌群落多样性、组成和结构特性的影响;采用FAPROTAX功能预测的方法分析不同施肥处理间功能类群的丰度差异,并结合土壤理化性质,探究改变土壤细菌群落结构与功能特性的关键土壤环境因子.结果表明,紫云英还田与化肥减量配施降低了土壤容重,提高了土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)和全钾(TK)含量,较CK提高的范围分别为12.7%～35.5%、38.2%～65.7...     

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.     

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.     

生物炭对土壤酶活和细菌群落的影响及其作用机制

生物炭因其独特的理化性质能够提高土壤碳氮矿化速率及改善土壤微生态环境,因此探索生物炭调控土壤微生态环境与土壤酶活及其作用机制对改善土壤质量具有重要意义.采用大田试验方式研究不同生物炭施用水平0（CK2）、0.6（T1）、0.9（T2）、1.2（T3）和1.5（T4）t·hm^-2以及完全空白对照（CK1：不施任何肥料和生物炭）对土壤养分、土壤酶活和细菌群落结构的影响.结果表明,生物炭施用后土壤容重降低,pH值、速效磷、速效钾、有机质含量和碳氮比均升高,较CK2处理提高的范围分别为0.32%~5.83%、14.09%~23.16%、0%~38.70%、7.49%~14.16%和4.06%~10.13%.随着生物炭用量的增加,4个土壤酶活性均呈现先升高后降低的趋势;蔗糖酶（INV）、脲酶（URE）、过氧化氢酶（CAT）和中性磷酸酶（NPH）分别较CK2处理提高的范围为63.73%~166.37%、117.52%~174.03%、12.98%~23.59%和60.84%~119.71%.与此相对应的细菌多样性显著提升,尤其是增加了芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）和变形菌门（Proteobacteria）等促生菌的丰度;减少酸杆菌门（Acidobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）的丰度.相关性分析表明土壤碳氮比是影响土壤酶活性的关键因素,且土壤酶活又与细菌多样性存在显著的正相关关系;上述4种土壤酶活与芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）的相对丰度呈现极显著正相关关系（P<0.01）,其中CAT是影响细菌群落结构的关键因子.本研究揭示了生物炭对土壤酶活及微生物菌落影响作用机制,为生物炭调控土壤酶体系和微生态生物学环境提供了理论依据.     

不同阴离子钠盐对土壤Cd形态与微生物群落的影响

为了探明污染土壤在盐碱胁迫条件下镉（Cd）有效性与微生物群落的响应,采集污灌区Cd污染农田土壤,模拟北方土壤典型盐碱胁迫情景,设置不同阴离子钠盐配置处理,利用微生境培养实验,采用高通量测序技术,结合对土壤性质、土壤Cd形态等的测定.结果表明：施用钠盐可显著提高钠吸附比（SAR）、碱化度（ESP）,降低有机碳（SOC）含量、阳离子交换量（CEC）;促进土壤中小粒径团聚体（<0.002mm）的形成,增加了Cd在小颗粒团聚体的质量负载;与对照相比,两种土壤中T1处理（主要阴离子为SO₄^2-、Cl^-）均显著（P<0.05）增加交换态Cd含量（27.06%和11.00%）.钠盐的添加降低了土壤中细菌的丰度和多样性,其中T1处理的微生物群落均匀度最低;盐碱胁迫处理改变了土壤细菌的关键类群,如增加了耐盐碱腈基降解菌科、葡萄球菌科、假单胞菌科和耐重金属芽孢杆菌科的菌群丰度,不同处理菌群结构差异与土壤阴离子组成有关,如相比而言,T1处理可增加变形菌门、芽单胞菌门、拟杆菌门的丰度.冗余分析结果表明土壤pH值、交换态Cd含量、SAR和ESP是影响细菌群落组成变化的关键环境因子,拟杆菌门、芽单胞菌门和变形菌门的丰度与pH值呈正相关,而酸杆菌门、绿弯菌门的丰度与交换态Cd含量、SAR呈现显著正相关.可见,盐碱胁迫增加了土壤Cd的有效性,显著改变了土壤微生物群落结构.     

微生物群落驱动AM真菌、生物炭及联合改良沙化土壤作用潜力

沙化土壤作为土地荒漠化的重要过渡形式,实现其有效恢复对减缓土地荒漠化进程意义重大.本研究显示,丛枝菌根（arbuscular mycorrhizal,AM）真菌和生物炭已应用于沙化土壤改良过程,但二者联合对沙化土壤改良影响研究较少;此外,细菌和真菌群落在沙化土壤改良过程中的作用尚不清楚.采用温室盆栽试验的方法,分别设置对照处理（CK）、单独接种AM真菌处理（RI）、单独施加生物炭处理（BC）和二者联合改良处理（BC_RI）,研究不同改良方式对小果白刺（Nitrariasi birica Pall.）菌根侵染率、生物量、矿质营养元素（N、P、K、Ca和Mg）含量及土壤有机碳、营养元素（全N、全P和全K）、水稳性团聚体组成影响.采用高通量测序技术,考察细菌和真菌群落在沙化土壤改良过程中的作用,结合多元分析手段,探究不同改良方式改良作用机制,旨在为合理有效改良沙化土壤提供基础数据和理论依据.结果表明,接种处理（RI和BC_RI）小果白刺根系均观察到明显的菌根侵染现象,但RI和BC_RI处理间菌根侵染率无显著性差异.与CK相比,RI处理显著增加了小果白刺地上部生物量和地上部N、K、Ca和Mg含量,BC和BC_RI处理显著增加了小果白刺地上部、根部生物量及N、P、K、Ca和Mg含量;BC_RI处理与RI和BC相比,根部生物量及P、K、Ca和Mg含量显著增加.与CK相比,BC和BC_RI处理显著增加了土壤有机碳含量,RI处理使得土壤全N含量显著增加了152.54%,BC处理使得土壤全P和全K含量分别显著降低了12.5%和18.18%.各处理0.25~0.05 mm粒径土壤团聚体比例最高,BC_RI处理能够显著促进大粒径（>0.25 mm）土壤团聚体形成.与CK相比,RI和BC_RI处理显著降低细菌、真菌群落Sobs指数和Shannon指数;各处理细菌及真菌菌门组成及丰度存在显著差异性.RDA及网络分析结果显示,AM真菌、生物炭及二者联合改良方式对土壤基质环境及土壤微生物群落结构影响显著,不同改良方式下微生物分子生态网络关系发生显著变化,不同改良处理中核心物种组成具有差异性;BC和BC_RI较RI处理,网络连接密集程度更高且核心物种组成更丰富;生物炭与AM真菌联合,弱化了Rhizophagus intraradices的核心作用,并增强其他微生物（特别是细菌菌种）的核心地位.SEM结果显示,AM真菌和生物炭施用通过直接影响土壤细菌和真菌群落结构,进而实现对植物生长及土壤性质变化的影响,微生物群落结构差异（特别是微生物间的互作关系变化）是导致土壤改良效果差异的主要驱动力.综上所述,不同改良方式对沙化土壤改良效果影响具有差异性,微生物群落在土壤改良过程中具有关键影响作用,AM真菌和生物炭联合对加速沙化土壤生态恢复具有潜在优势和应用价值.