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.      

不同森林土壤微生物群落对Biolog-GN板碳源的利用

应用Biolog方法研究了不同森林恢复类型（人工恢复的湿地松林、杉木林、油茶林和自然恢复的天然次生林）土壤微生物群落对Biolog-GN板不同类型碳源的利用情况,结果表明,自然恢复的天然次生林土壤微生物群落的碳源代谢能力比3种人工林强,其次是油茶林.4种森林类型土壤微生物群落比较偏好、利用率较高的3类碳源是糖类、羧酸类和氨基酸类.对4类森林恢复类型土壤微生物群落具有分异作用的主要碳源类型亦为糖类、羧酸类和氨基酸类,这3类碳源是研究森林恢复后导致土壤微生物群落变化的敏感碳源.     

喀斯特高原退化湿地草海土壤微生物群落碳源代谢活性研究

为了揭示土壤微生物群落功能多样性对湿地退化过程的响应及其与环境因子的关系,采用BIOLOG-ECO微平板法对喀斯特高原湿地草海不同植被演替阶段根际土壤微生物的碳源代谢活性进行了研究.结果表明,沿湿地植被演替梯度,根际土壤微生物群落碳源代谢强度逐渐增加,原生湿地竹叶眼子菜(Comm.Potamogeton malaianu)根际土壤微生物碳源利用能力最低,碳源代谢类型单一;草甸灯芯草(Juncus effusus L.)群落利用能力最强,碳源代谢类型丰富;Shannon指数(H')和Mc Intosh指数(U)均沿植被演替梯度逐渐升高,这可能与地上植物和土壤理化环境变化有关;主成分分析(PCA)提取的3个主成分累计贡献率为92.85%,能够很好解释不同阶段碳源利用的分异,醇类和氨基酸类是引起碳源利用分异的主要基质;冗余分析(RDA)表明,环境因子对微生物碳源代谢活性具有重要影响,p H、DOC是引起碳源利用分异的主要环境因子.土壤微生物群落碳源代谢活性影响湿地碳循环功能.     

人工湿地基质微生物群落的碳源代谢特性

利用Biolog微平板技术研究了水平潜流人工湿地基质微生物群落结构及代谢特性,结果表明,供试人工湿地基质微生物群落的碳源代谢能力,床体上层高于床体下层,前部高于后部.在实验期内,前部上层样点平均色度变化(AWCD)值增长速率较前部下层、后部上层及后部下层分别高出83.3%、15.8%和57.1%.主成分分析(PCA)结果表明,不同部位的基质微生物群落具有不同的群落结构和代谢特征,其对不同碳源的利用能力也存在显著性差异(P<0.05),前部上层基质微生物利用率较高的碳源为糖类和氨基酸,而前部下层对聚合物和羧酸的代谢程度最高.功能多样性指标分析表明,基质上层微生物群落丰度、均匀性和多样性指标均高于下层,前部下层微生物群落的均匀性指数显著低于其他取样点,存在较强的优势种;后部下层的丰度指数则明显低于其他采样部位.     

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.     

莠去津对野生植物群落下土壤微生物功能多样性的影响

为探明亚致死剂量农药对土壤微生物多样性影响,基于大田控制试验,采用Biolog-ECO微平板技术分析喷施亚致死剂量的莠去津对野生植物群落下土壤微生物群落功能多样性的影响.结果表明:① 莠去津的喷施浓度对土壤微生物群落利用全部碳源的能力无显著影响（P>0.05）,但与喷施处理后第30天相比,处理后第60天的土壤微生物群落利用全部碳源的能力有所降低,其中处理Ⅰ〔喷施浓度（以质量浓度计）为1 200 g/hm2〕、处理Ⅲ（喷施浓度为300 g/hm2）显著下降（P < 0.05）,而CK（对照组）、处理Ⅱ（喷施浓度为600 g/hm2）降低程度不显著（P>0.05）,并且其各处理间土壤微生物群落对全部碳源的利用能力大小为CK >处理Ⅲ >处理Ⅱ >处理Ⅰ.② 喷施处理后第30天土壤微生物群落对碳水化合物类碳源的利用能力最强,对羧酸类碳源的利用能力相对较弱;喷施处理后第60天土壤微生物群落对碳水化合物类碳源的利用能力降幅最大,处理Ⅰ、处理Ⅱ、处理Ⅲ分别下降了0.63、0.78、0.85、0.76.③ 喷施除草剂后第30天处理Ⅱ的Shannon-Wiener指数和Simpson指数显著低于其他处理（P < 0.05）,而第60天各处理间多样性指数无显著差异;与喷施处理后第30天相比,第60天各处理多样性指数都有所下降,但没有显著差异（P>0.05）.④ 对土壤微生物群落碳源利用能力进行主成分分析结果显示,提取的与土壤微生物碳源利用相关的主成分累积贡献率为86.6%,主成分1能够区分喷施处理后两个时期的土壤微生物群落特征.⑤ 冗余分析（RDA）表明,pH是土壤微生物利用碳源能力差异的重要影响因素之一.研究显示,除草剂莠去津的施用可在一定程度上降低野生植物群落下土壤微生物群落功能多样性.      

人工湿地空气微生物群落碳源代谢特征

采用BIOLOG-GN微平板分析自由表面流人工湿地空气微生物群落碳源代谢特征,阐明空气微生物群落代谢功能与环境因子相关性.结果表明,不同季节人工湿地空气微生物AWCD值、优势群落及Mc Intosh指数均存在差异,春季和夏季空气微生物碳源代谢强度明显高于秋季和冬季(P0.01);4个季节人工湿地空气微生物优势群落依次为羧酸类代谢群落、糖类代谢群落、聚合物类代谢群落和羧酸类代谢群落,夏季空气微生物对6类化合物的利用水平高于其他季节(P0.05).主成分分析显示,秋季和冬季空气微生物碳源代谢特征相似,但与春季和夏季差别较大,胺类是区分人工湿地夏季与春季、秋季和冬季的主要碳源类型,羧酸类是区分春季与秋季和冬季空气微生物代谢差异的主要碳源类型.不同季节人工湿地空气微生物群落结构主导影响因子存在差异.     

杭州市空气微生物群落碳代谢特征研究

利用Biolog技术,研究了杭州市4个样点,即延安路商业街(Yan’an Road Business Street,YRBS)、天目山路与教工路口(Tianmushan Jiaogong Cross Road,TJCR)、浙江工商大学教工路校区(Zhejiang Gongshang University Jiaogong Campus,ZJGUSJC)、西湖曲院风荷(Breeze-ruffled Lotus at Quyuan Garden,BLQG)空气微生物群落碳代谢特征.结果表明,不同样点空气微生物样品平均颜色变化率(Average Well Color Development,AWCD)在培养240 h后达到稳定,并且4个样点的AWCD值即对单一碳源的利用能力具有显著差异,YRBS>TJCR≈ZJGSUJC>BLQG;YRBS、TJCR、ZJGSUJC和BLQG空气中微生物物种的多样性和丰富度依次减少;不同样点空气微生物对糖类和氨基酸类碳源利用程度较高,对其它碳源利用程度较低,且同一样点对不同单一碳源的利用程度也存在显著差异,YRBS对糖类碳源的利用程度最高,对聚合物类碳源利用程度最低,BLQG对糖类碳源的利用程度最高,对胺类碳源利用程度最低;不同样点空气微生物群落碳代谢基质主成分1(PC1)贡献度为43.8%,主成分2(PC2)贡献度23.4%,YRBS、BLQG和TJCR的空气微生物群落差异较大,碳代谢功能差异显著,而TJCR与ZJGSUJC碳代谢功能无显著差异.     

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.      

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...     

抚顺盆地西露天组油页岩微生物碳代谢多样性分析

为探讨油页岩微生物的碳代谢功能多样性,以抚顺盆地西露天组油页岩为研究对象,利用Biolog-GN2和GP2微孔板检测法,在连续7d的培养期内,测定油页岩本源微生物群落水平生理图谱(CLPP),并根据化学基团的不同,分析微生物对不同类型碳源的代谢能力和代谢差异.结果显示,微生物对不同类型碳源的代谢程度和代谢速率存在明显的差异.革兰氏阴性和阳性细菌群落均对氨基类碳源的利用较好,其次是羧酸类以及糖和糖衍生物,而对磷酸糖利用较差.连续多点测算Shannon-Wiener,Simpson和McIntosh多样性指数,分析表明微生物群落碳代谢功能多样性总体较高,但是随着培养时间的增加,多样性略有降低.     

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.     

砷污染湿地生境下土壤微生物多样性及群落结构特征

为研究As（砷）污染对微生物多样性的影响,找寻有利于As污染修复的抗As菌种,利用高通量测序技术分析As胁迫〔w（As）分别为0、80、100、150、200和400 mg/kg,依次记为AT0组、AT80组、AT100组、AT150组、AT200组和AT400组〕对湿地生境中土壤微生物多样性及群落结构特征的影响.结果表明:As污染会引起微生物多样性和群落结构的变化,但并不是简单的负相关.在各处理组中,AT80组的土壤中微生物多样性最高,OTU（operational taxonomic units）数高达1 849,较未经As处理的AT0组增加了58.9%,说明低As胁迫在一定程度上会刺激As敏感微生物的生长繁殖,如Desulfovibrio（脱硫弧菌属）和Allobaculum等菌属,使群落结构更加复杂多样.高w（As）（400 mg/kg）对微生物有明显的抑制作用,导致某些物种消亡和多样性下降.As胁迫会诱导抗As微生物〔如Pseuomonas（假单胞菌属）〕成为优势类群,群落结构趋于稳定、单一.微生物群落结构对不同w（As）胁迫有明显的响应特征,可作为As污染湿地土壤质量评价的灵敏指标.在AT400组中存在大量的Pseudomonas veronii,可为As污染湿地微生物修复提供借鉴.研究显示,微生物对As污染具有较为敏感的响应,其中,Proteobacteria（变形菌门）和Firmicutes（厚壁菌门）为As污染生境中微生物优势门类并且与非专性吸附态As和谷胱甘肽含量呈正相关.      

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.      

好氧堆肥微生物代谢多样性及其细菌群落结构

好氧堆肥是农业废弃物无害化处理和资源化利用的一条有效途径.为了探究好氧堆肥过程中微生物群落的代谢特征和细菌群落演替现象,了解起关键作用的微生物菌群,通过筛选强降解菌种改善堆肥工艺、提高堆肥效率,采用Biolog法和宏基因组法分析了玉米秸秆和牛粪联合好氧堆肥过程中微生物的碳源代谢能力和细菌群落多样性.结果表明:在第2次翻堆（第14天）时,微生物利用碳源的能力最强,初次建堆时（0 d）和其余翻堆时（第8、20、26天）次之,发酵结束时（第34天）最弱.Simpson、Shannon-Wiener和McIntosh多样性指数表明,建堆时及翻堆时的菌群优势度、丰富度和均匀度均极显著优于好氧堆肥结束.不同好氧发酵时间的微生物群落对同一碳源代谢有差异,同一好氧发酵时间微生物群落对不同碳源的利用率不同.糖类、酸类和醇类是区分好氧堆肥不同时间微生物碳源利用差异的敏感碳源.好氧堆肥不同时间细菌的种类和丰度不同,共享的优势菌门有厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、绿弯菌门（Chloroflexi）、放线菌门（Actinobacteria）和浮霉菌门（Planctomycetes）,在第0、8、14、20、26、34天这6个时间内它们的相对丰度之和分别达90.27%、90.34%、94.26%、84.21%、84.31%和77.61%,且6种门类在不同发酵时间的丰度表达存在消长变化状态.研究显示,参与好氧堆肥不同时间的微生物群落在碳源代谢能力上存在多样性,在细菌菌群的种类和丰度上也存在多样性.      

汶川地震灾区不同气候区土壤微生物群落碳源代谢多样性

为探讨汶川地震灾区不同气候区土壤微生物群落功能代谢的变化,采用Biolog-ECO生态板技术,研究了亚热带湿润季风气候和半干旱干热河谷气候未受损区、受损治理区、受损未治理区土壤微生物碳源代谢的多样性变化特征.结果表明,平均颜色变化率(AWCD)在未受损区和受损治理区表现为亚热带湿润季风气候区半干旱干热河谷气候区,在受损未治理区表现为半干旱干热河谷气候区亚热带湿润季风气候区,不同气候区内受损未治理区AWCD值均处于最低水平;亚热带湿润季风气候区土壤微生物的碳源利用类型明显多于半干旱干热河谷气候区,在不同气候类型区内碳源利用种类均表现为受损治理区未受损区受损未治理区的趋势;不同气候区土壤微生物群落碳源代谢多样性特征差异显著,其中多样性指数和均匀度指数均表现为未受损区受损治理区受损未治理区,而受损治理区均具有最高的丰富度指数;土壤微生物群落的碳源代谢特征与土壤养分、地上植被生物量及植被覆盖度具有一定的相关性,表明地震及其次生灾害主要通过对地表植被和土壤环境的作用间接影响土壤微生物群落的碳源利用能力,在不同气候类型区与不同的受损治理情况下土壤微生物群落的碳源代谢特征具有显著差异.     

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.