长期施肥下水稻根际和非根际土壤微生物碳源利用特征

以红壤丘陵区典型稻田长期定位施肥试验土壤为研究对象,选取不施肥(CK)、化肥(NPK)、秸秆还田+化肥(NPKS)、30%有机肥+化肥(LOM)和60%有机肥+化肥(HOM)这5种处理,研究长期不同施肥条件下水稻根际和非根际土壤微生物碳源利用特征.基于~(18)O-H_2O示踪的结果表明,土壤微生物量碳(MBC)和微生物生长速率(CGrowth)均以HOM处理最高,CK处理最低.根际土中,土壤微生物基础呼吸速率以HOM最高,CK和NPK最低;微生物碳源利用效率(CUE)以NPK最高,LOM和HOM最低.非根际土中,不同施肥处理的基础呼吸速率和CUE均无显著差异. MicroResp~(TM)结果显示,非根际土中微生物对外源碳源代谢能力高于根际土.施用有机物料(秸秆或有机肥)均能提高微生物对羧酸类、氨基酸、碳水化合物的代谢速率,且土壤微生物利用羧酸类碳源的活性最高,其次为氨基酸类和碳水化合物类碳源,对复杂化合物的代谢速率较低. RDA分析表明,微生物对不同碳源代谢情况的聚类总体以根际土与非根际土分开,CK与施肥处理分开,且NPK与NPKS相对聚集,LOM与HOM相对聚集,NPK、NPKS与LOM、HOM分开,即不同施肥处理显著改变土壤微生物对外源碳源代谢特征.结果表明,施肥未改变微生物CUE和基础呼吸速率,但有外源碳源输入(如根系分泌物)的情况下,施用有机物料增加基础呼吸、降低CUE.     

不同碳负荷梯度下稻田土壤有机碳矿化特征

易利用态有机碳是土壤微生物的重要碳源,影响土壤有机碳的矿化和累积过程,而易利用态碳源的输入量尤其是相对于土壤微生物生物量碳的不同输入负荷,对土壤有机碳的矿化影响机制尚不明确.因此,本研究采取室内模拟培养实验,选择不同浓度梯度添加[0. 5、1、3、5倍微生物量碳(MBC)]~(13)C-葡萄糖,分析葡萄糖-C的矿化特征及其激发效应.结果表明,葡萄糖-C矿化率随着外源碳添加量的增加而显著增加;葡萄糖-C向快库、慢库分配的比例也分别与碳添加量呈指数关系(R~2=0. 99,P 0. 05和R~2=0. 99,P 0. 05).在高添加量处理(3×MBC、5×MBC)中,葡萄糖的添加抑制土壤原有有机碳的矿化,即表现出负激发效应;而在低添加量处理(0. 5×MBC、1×MBC)中,表现为正激发效应,60 d培养结束后累积激发效应分别为160. 0 mg·kg~(-1)和325. 1 mg·kg~(-1).相关性分析结果表明在培养实验前期,累积激发效应主要受MBC、MBN和DOC的影响,而在后期主要β-葡糖苷酶、几丁质酶和铵态氮的影响.因此,稻田土壤有机碳矿化和激发效应与易利用态有机碳添加的碳负荷密切相关,并通过微生物量和酶活性调控土壤碳的矿化过程.本研究对于揭示稻田有机碳累积行为与推动农业可持续发展具有重要的科学意义.     

不同水平外源碳在稻田土壤中转化与分配的微生物响应特征

外源碳会改变土壤有机质的转化以及土壤微生物的活性,不同水平的易利用有机碳在稻田土壤中转化与分配的微生物响应特征尚不明确.为阐释外源碳周转过程中的微生物响应特征,选取葡萄糖为典型易利用外源碳,采用13C稳定同位素标记技术,在室内模拟培养实验,基于土壤微生物生物量碳(MBC)设置不同水平葡萄糖碳(0×MBC、0. 5×MBC、1×MBC、3×MBC和5×MBC共5个MBC倍数梯度水平),明确其转化与分配规律;并利用96微孔酶标板荧光分析法,测定参与土壤碳转化过程关键酶纤维二糖水解酶(CBH)和β-葡萄糖苷酶(β-Glu)活性.结果表明,培养2 d时,葡萄糖碳(13C)占可溶性有机碳(13C-DOC)和土壤有机碳(13C-SOC)的比例与其添加量成显著正相关;向13C-MBC的分配在3×MBC处理时达到最大值(18. 96 mg·kg-1),随后降低;13C分配率主要与MBC、Olsen-P和DOC存在显著正相关关系. 60 d时,土壤13C-DOC、13C-MBC和13C-SOC显著下降,分别小于或等于0. 02、2和10 mg·kg-1;与CK相比,添加葡萄糖后CBH酶活性显著提高,其中3×MBC处理提高了22. 6倍,显著高于其它处理(P 0. 05);高量葡萄糖(3×MBC和5×MBC)添加促进了β-Glu酶活性,但促进效果随葡萄糖添加量的增加而减少; NH+4-N、p H、β-Glu和CBH成为13C分配率的主要影响因子.综上,外源碳向土壤有机碳的转化随添加量的增加而增加,改变了土壤酶活性,但微生物对外源碳的利用可能存在一个饱和阈值,饱和阈值之内,有机质的转化速率与添加量成正比;超出饱和阈值,有机质的转化速率反而变慢.因此,适量地添加外源碳有利于提高稻田土壤有机碳,优化作物生长环境质量.     

人工BSCs对稀土尾砂理化性质及抗蚀性的影响

以赣州市定南县岭北镇一座离子型稀土矿尾砂为研究对象,通过采集现场生物土壤结皮与尾砂,采用碎皮接种法在尾砂上培育人工生物土壤结皮(BSCs),以不接种BSCs的尾砂作为对照组,对比分析人工BSCs对离子型稀土矿尾砂的改良作用.在结皮发育300d后,分析了结皮下层尾砂的pH值,容重,有机质含量,全量和速效养分含量,机械组成等基本理化性质,以及土壤侵蚀,土壤径流,保水性能等水文性质.结果表明,碎皮接种法可在短期内快速培育出人工BSCs,且人工BSCs的发育对离子型稀土矿尾砂的理化和水文性质都具有积极影响,与对照相比pH值从5.88提高至6.28,提高了6.8%,土壤酸性减弱;容重降低了11.6%,有机质,全氮,速效氮,全磷,速效磷,全钾,速效钾分别提高了294%,21.6%,81.8%,100%,260%,8.9%和52.4%;粉粒和粘粒的组成有少量提高,土壤被粘化;土壤抗侵蚀能力和保水性能均有显著提高.研究表明适宜的人工生物土壤结皮技术是稀土矿山生态修复的有效选择之一.     

土壤多功能性对微生物多样性降低的响应

土壤微生物群落在驱动多种生态系统功能和生态过程中发挥着重要作用,是维持生物地球化学循环的主要驱动力.鉴于全球背景下观察到土壤微生物多样性随着土地利用集约化、气候变化而降低的现象,对土壤微生物多样性的减少是否会对土壤多功能性产生影响进行调查显得尤为重要.利用稀释灭绝法构建土壤微生物多样性梯度,结合高通量测序等技术手段,探究细菌、真菌和原生生物多样性降低对土壤多功能性的影响.结果表明,与未灭菌土壤相比,稀释处理土壤微生物α多样性（丰富度指数和香农指数）显著降低.主坐标分析（PCoA）表明,未灭菌土壤微生物群落结构与稀释处理土壤存在显著分异,而且细菌和真菌群落对稀释处理的响应高于原生生物.回归模型显示,土壤多功能性与微生物多样性指标呈显著的负线性关系,表明土壤微生物群落变化是调节土壤多功能性的关键因素.其次,通过集成推进树（ABT）和回归模型预测分析发现,一些特定的微生物类群如真菌短柄菌属（Solicoccozyma）、瓦湖胶珊瑚菌（Holtermanniella）和细菌属Rudaea相对丰度与土壤多功能性显著负相关,说明关键微生物类群在生物过程中发挥了指示性作用.进一步通过结构方程模型揭示,细菌、真菌和原生生物多样性都对土壤多功能性存在直接或间接影响,其中细菌是驱动土壤多功能性变化的关键生物因子.研究为土壤微生物多样性对土壤多功能性的影响提供了试验证据,并认为在单一农业生态系统中维持一定的土壤微生物群落多样性,特别是关键微生物类群的多样性对未来生态系统功能的可持续发展具有重要意义.