大气CO2浓度升高对几种土壤微生物学特征的影响

利用中国扬州开放式空气CO2浓度升高(FACE)平台,研究大气CO2浓度升高对土壤微生物活性及群落功能多样性的影响.结果表明,在常氮施肥处理中,大气CO2浓度升高有增加微生物量碳的趋势,而在低氮施肥处理中大气CO2浓度升高的影响不大.在常氮、低氮施肥处理中,大气CO2浓度升高对微生物量氮均没有显著影响,有增加微生物C/N的趋势.在常氮施肥处理中,大气CO2浓度升高显著增加脱氢酶活性,而在低氮施肥处理中的影响不显著.在低氮施肥中大气CO2浓度升高显著增加酸性磷酸酶活性,在常氮施肥处理中的影响不显著.除在常氮施肥、大气CO2浓度升高时,Shannon指数、Simpson指数和微生物利用的碳源有显著变化外,其他处理中土壤微生物群落功能多样性的变化很小.     

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.      

土壤微生物多样性的主要影响因素

土壤微生物是土壤生态系统的主要组成部分。而且不同的土壤具有不同的土壤微生物群落。影响土壤微生物多样性的因素很多,主要可以分为自然因素和人为因素。本文将从土壤微生物多样性的影响因素的两个方面阐述目前国内外土壤微生物多样性的研究现状。     

稻草还田对土壤微生物群落功能多样性的影响

为了探讨稻草还田的微生物学过程与效应,借助平板涂抹法和BIOLOG检测法,比较研究了免耕条件下3种不同稻草还田量(33%、67%和100%,以稻草不还田土壤为对照)对晚稻田土壤微生物群落功能多样性的影响.结果表明:①土壤细菌数量差异显著,以67%稻草还田处理为最高,稻草不还田处理最低,稻草还田提高了土壤细菌数量;②碳源平均颜色变化率(AWCD法)在培养早期各处理间的差异不大,但随着培养时间的延长,67%和100%稻草还田处理土壤微生物的AWCD值显著大于对照和33%稻草还田处理组;③土壤微生物代谢多样性指数(丰富度和多样性)在3种稻草还田量处理土壤中也表现出明显差异,67%和100%稻草还田处理的土壤中微生物功能多样性显著大于33%稻草还田处理和对照;④67%和100%稻草还田处理显著改善了土壤微生物的功能多样性.以67%稻草还田处理改善土壤微生物群落结构和功能的效果最为显著.     

土壤微生物多样性的主要影响因素

土壤微生物是土壤生态系统的主要组成部分,而且不同的土壤具有不同的土壤微生物群落。影响土壤微生物多样性的因素很多,主要可以分为自然因素和人为因素。本文将从土壤微生物多样性的影响因素的两个方面阐述目前国内外土壤微生物多样性的研究现状。     

大气CO2浓度升高对农田生态系统的影响

自由大气CO2浓度升高(简称FACE,即Free A ir CO2Enrichment)对陆地生态系统的影响是全球变化研究中的一个热点。综述了FACE条件下,农田土壤植物生物量质量变化和土壤微生物对植物的反馈作用,以及土壤痕量气体排放的趋势变化。     

土地整治对土壤微生物多样性的影响分析

为了研究土地整治对土壤微生物的影响,通过田野调查和样品实验,对土地整治区内外土壤中的微生物多样性与种群结构进行了对比分析.结果表明:从微生物多样性来看,土地整治区内土壤细菌和真菌多样性显著提高;从微生物种群结构来看,土地整治区内细菌丰度较高的属有变形菌、绿弯菌、酸杆菌和放线菌,真菌丰度较高的属有被孢霉菌、青霉菌和曲霉菌;有机肥的使用显著提高了微生物多样性及鞘脂单胞菌和地杆菌等土壤有益菌的丰度;通过相关性分析可得,土壤理化性质和重金属污染水平是影响土壤微生物多样性与结构的重要因素.该研究证实了土地整治对提高土壤微生物多样性和改善土壤质量的重要作用,也为土地整治工作的开展提供了科学依据.     

微生物群落对土壤微生物呼吸速率及其温度敏感性的影响

通过灭菌和重新接种不同土壤微生物群落的方法,探索了改变土壤微生物群落对土壤微生物呼吸速率及其温度敏感性的影响.结果表明,灭菌海伦黑土接种未灭菌的哈尔滨黑土、封丘潮土和祁阳红壤后,15℃时土壤CO2的累积释放量分别为684.25、753.97和644.91μg,25℃时土壤CO2的累积释放量分别为963.06、1 015.44和852.31μg,35℃时土壤CO2的累积释放量分别为1 252.55、380.36和1 177.88μg;土壤CO2的累积释放量随接种剂土壤pH增加而增加,而与接种剂土壤有机质含量高低、接种剂土壤与被接种土壤的地理距离无关.15、25和35℃时,接种不同微生物群落的土壤呼吸速率表现差异的持续时间分别为104、277和1 177 h,差异持续时间随培养温度增高而延长.接种未灭菌的哈尔滨黑土、封丘潮土和祁阳红壤后,土壤呼吸温度敏感性指数Q10在0～104 h分别为1.63、1.49和1.80,在0～277 h分别为1.43、1.39和1.46,在0～1 609 h分别为1.35、1.35和1.35;呼吸温度敏感性随接种剂土壤pH降低而增加,随培养时间延长而减小.本研究表明改变土壤微生物群落将影响土壤微生物呼吸速率及其温度敏感性.     

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.      

环境因子对土壤微生物呼吸及其温度敏感性变化特征的影响

在田间条件下研究土壤微生物呼吸及其温度敏感性(Q10)的变化特征及其影响因素对准确理解地区的气候变暖潜力具有重要意义.本研究依托长武农田生态试验站的裸地处理,利用土壤碳通量系统(Li～8100)连续6 a (2008～2013年)监测裸地处理下的呼吸速率、土壤温度和水分,探究土壤微生物呼吸及其温度敏感性的变化特征及其影响因素.在日变化尺度上,土壤微生物呼吸速率的变化特征呈单峰曲线,且这种变化趋势主要与土壤温度有关(P 0. 05),然而日平均土壤微生物呼吸速率和Q10在不同土壤水分含量条件下不同.均呈现出:适度的土壤水分条件较高的土壤水分条件较低土壤水分条件的趋势[土壤微生物呼吸速率:1. 20μmol·(m~2·s)~(-1)、0. 95μmol·(m~2·s)~(-1)、0. 79μmol·(m~2·s)~(-1); Q10:2. 12、1. 93、1. 59].在季节尺度上,土壤微生物呼吸速率和Q10均呈现出雨季大于非雨季的趋势[土壤微生物呼吸速率:1. 11μmol·(m~2·s)~(-1)、0. 90μmol·(m~2·s)~(-1); Q10:1. 96、1. 59],且这种变化趋势与土壤温度和水分的变化有关(P 0. 05),然而土壤温度和土壤水分的双变量模型比土壤温度或者土壤水分的单变量模型能解释更多的土壤微生物呼吸季节变异性(R~2:0. 45～0. 82、0. 32～0. 67、0. 35～0. 86;模拟值和实测值的拟合系数:0. 76、0. 64、0. 58).在年际尺度上,年累积土壤微生物呼吸变化于226 g·(m~2·a)~(-1)和298 g·(m~2·a)~(-1)之间,Q10变化于1. 48～1. 94之间,而年累积土壤微生物呼吸和Q10的年际变异性主要与年平均土壤水分含量有关(P 0. 05),且年平均土壤水分别可以解释39%和54%的年累积土壤微生物呼吸和Q10年际变异性.在裸地处理上,土壤有机碳由试验初的6. 5 g·kg~(-1)下降到目前的5. 5 g·kg~(-1),但是年累积土壤微生物呼吸却高达255 g·(m~2·a)~(-1),即裸地处理的呼吸流失量比土壤有机碳的流失量高20倍以上.     

Effect of heavy metals on soil microbial activity and diversity in a reclaimed mining wasteland of red soil area

The microbial biomass, basal respiration and substrate utilization pattern in copper mining wasteland of red soil area, southern China, were investigated. The results indicated that soil microflora were obviously different compared with that of the non-mine soil. Microbial biomass and basal respiration were negatively affected by the elevated heavy metal levels. Two important microbial ecophysiological parameters, namely, the ratio of microbial biomass C（ Cmic ）/organic C（ Corg ） and metabolic quotient（qCO2 ） were closely correlated to heavy metal stress. There was a significant decrease in the Cmic/Corg ratio and an increase in the metabolic quotient with increasing metal concentration. Multivariate analysis of Biolog data for sole carbon source utilization pattern demonstrated that heavy metal pollution had a significant impact on microbial community structure and functional diversity. All the results showed that soil microbiological parameters had great potential to become the early sensitive, effective and liable indicators of the stresses or perturbations in soils of mining ecosystems.     

Effect of chlorpyrifos on soil microbial populations and enzyme activities

Chlorpyrifos is an organophosphate pesticide that acts as an insecticide-acaricide by ingestion, contact, and inhalation, and is now widely used in greenhouse for the control of pests. The dissipation of chlorpyrifos in crops such as orange fruit （Martinez-Vidal et al., 1998）, tomatoes（Aysal et al., 1999）, soil and its effects on soil microbial characteristics （Singh et al., 2002） has been reported frequently. However, little information is available to describe impacts of chlorpyrifos on soil microbial population and enzyme activity in greenhouse. In this study, the effect of chlorpyrifos on soil bacteria, fungi, actinomycetes, and soil enzyme activity was investigated.     

土地整治对工业区周边土壤微生物多样性和群落结构影响分析

为探究土地整治对重金属污染环境下土壤理化性质及其中微生物的影响,本文基于Illumina高通量测序技术,对比分析了工业区周边土地整治区内外的土壤微生物群落结构和多样性.结果表明:①从土壤性质来看,土地整治区重金属污染状况和土壤质量均优于非整治区.②从土壤微生物群落结构来看,水田土壤微生物群落主要的菌门为变形菌门、绿弯菌门、酸杆菌门,而土地整治可能降低了变形菌门相对丰度,提高了绿弯菌门和酸杆菌门的相对丰度,同时在属水平上也提高了鞘脂单胞菌属、地杆菌属的相对丰度.③从土壤微生物多样性来看,土地整治区中土壤微生物多样性和功能性明显得到改善,但随着重金属污染程度的升高,改善效果逐渐减弱.④Spearman相关性分析表明,Cd、Hg、Pb、pH、AP是影响微生物群落的主要环境因子,而硫杆菌属、芽孢杆菌属、鞘脂单胞菌属与多种重金属元素表现出显著的正相关关系.本研究证实了土地整治有助于改善土壤微生物多样性和功能性,并提升土壤质量.     

土壤硝化和反硝化微生物群落及活性对大气CO2浓度和温度升高的响应

硝化和反硝化微生物参与土壤氮循环转化过程,大气CO_2浓度和温度升高可能会影响它们的群落结构和活性.本试验依托稻-麦轮作农田系统气候变化平台研究大气CO_2浓度单独升高(CE)、升温(WA)以及两者同时升高(CW)对麦田土壤硝化和反硝化微生物基因丰度、群落结构和活性的影响.结果表明,在小麦分蘖期,大气CO_2浓度和温度升高对氨氧化细菌(AOB)和反硝化细菌丰度没有影响,而在抽穗和成熟期,CO_2浓度单独升高显著提高了氨氧化古菌(AOA)和反硝化细菌丰度,升温处理对其没有显著影响.通过对T-RFLP数据分析发现,大气CO_2浓度和温度升高对土壤AOA、AOB和反硝化细菌群落结构没有显著影响,但是在一定程度上改变了AOA和反硝化细菌多样性.另外,CO_2浓度单独升高处理显著提高了成熟期的土壤硝化速率,不同气候变化处理对反硝化速率没有显著影响.研究表明大气CO_2浓度和温度升高对不同生育期的微生物群落影响存在差异,而且功能微生物对不同气候变化因子处理的响应也各不相同.     

生态恢复模式对若尔盖高寒沙化草地土壤微生物群落功能多样性的影响

若尔盖高原生态战略地位突出,在维持地区生物多样性、生态系统稳定等方面起到重要作用。研究不同生态恢复模式下土壤微生物群落功能多样性,有助于为在高寒草地以及全国其他类似地区实施退牧还草、退耕还林还草等生态环境重建工作提供科学依据。以若尔盖草地不同恢复模式下的土壤微生物群落为研究对象,采用Biolog微平板法对比研究了生态治理措施对沙化草地生态系统及其土壤微生物功能多样性的影响。结果表明：人工生态恢复模式提高了沙化草地土壤微生物的活性,其中灌草间作模式下的恢复样地与自然恢复样地在稳定时二者的平均颜色变化率差值达到0.761;灌草间作模式下草地土壤微生物群落的Shannon指数、Simpson指数及McIntosh指数分别为3.290、0.960和10.408,均比草地建植模式下高,该模式能为土壤微生物群落提供更多的生态位;灌草间作恢复模式下草地土壤微生物群落利用各类碳源能力较其他恢复模式高,碳水化合物和氨基酸类是若尔盖草地土壤微生物群落利用最多的碳源;采用灌草间作模式的人工治理方式,同时结合增加草地土壤中碳水化合物、氨基酸类等碳源含量的生物措施,可以高效地治理若尔盖高寒沙化草地。     

转Bt水稻土壤微生物多样性对O3浓度升高的响应

利用中国农田开放式O3 浓度升高(O3-FACE)平台,于2010年和2011年对O3浓度升高和田间自然条件下转Bt基因水稻Bt汕优63(Bt-SY63)及其常规水稻汕优63(SY63)根际土壤微生物群落功能多样性进行了研究.结果表明, O3浓度升高使Bt-SY63和SY63水稻土壤微生物总体活性有降低的趋势, O3浓度升高未使两基因型水稻土壤微生物的丰富度、优势度和均一度发生显著变化. O3浓度升高显著地改变了Bt-SY63土壤微生物碳源基质的利用方式,使其土壤微生物由对糖类及其衍生物具有较强的利用能力转向对代谢中产物和次生代谢物具有较强的利用能力,而对SY63土壤微生物碳源基质的利用没有显著影响.因此,从稻田土壤微生物群落对O3浓度升高的不同响应来看,Bt-SY63可能比SY63更敏感.     

多环芳烃污染对桑园土壤微生物结构及种群多样性的影响

采用磷脂脂肪酸(PLFAs)分析法和变性梯度凝胶电泳(DGGE)考察了受多环芳烃(PAHs)污染的桑园3个区域的土壤微生物群落结构及种群多样性的变化.PLFAs分析结果表明,区域2中微生物PLFA总量最高,主要为细菌和真菌;聚类分析揭示,土壤中微生物的PLFAs主要分为3大类群;冗余分析表明,土壤PAHs污染程度对土壤微生物群落结构有一定的影响.DGGE指纹图谱分析结果显示,在PAHs污染较高区域,其电泳条带较多,且3个区域中Shannon指数和Simpson优势度差异达显著水平,区域2种群优势度较高;主成分分析表明,不同区域微生物的种群结构存在显著性差异.     

Effects of repeated applications of fungicide carbendazim on its persistence and microbial community in soil

Carbendazim, a systemic benzimidazole fungicide, is applied repeatedly to control of plant diseases including soilborne diseases, over a growing season. Studies were carried out under laboratory conditions to assess the effects of repeated carbendazim applications on its persistence and microbial community in soil. The results indicate that dissipation of carbendazim in soil was accelerated with its application frequency. The degradation rate constant of carbendazim was increased significantly from 0.074 d-1 to 0.79 d-1. The corresponding half-life was shorten markedly from 9.3 d to 0.9 d after four repeated applications. No significant inhibitory effect of carbendazim on soil microbial utilization of the carbon sources was observed after first treatment, but a slight increase in average well color development (AWCD) was shown after second, third, and fourth applications. It suggested that soil microorganisms become adapted to carbendazim after repeated application. Simpson and Shannon indexes of soil microbial community from carbendazim treated soil were also similar to those from the control soil, indicating that the richness and dominant character of soil microorganisms remain unchangeable after repeated application. However, after first, second, and third addition of carbendazim, McIntosh indexes on day 21 were significantly increased as compared with the control, suggesting that balance of soil microorganisms was altered due to the enrichment of the specific carbendazim-adapting strains in soil.     

Soil CO2 flux in relation to dissolved organic carbon, soil temperature and moisture in a subtropical arable soil of China

IntroductionCarbondioxide(CO2 ) ,concentrationofwhichinatmosphereisincreasingat 0 5%annually ,isthemostimportantgreenhousegascausingglobalwarming(Lal,1 995) .SoilCO2 evolutionfromsoilsisoneoftheimportantsourcesofatmosphericCO2 aswellasamainoutputpathwayofsoilorganiccarbonpool(SOC) (Eswaran ,1 993 ;Batjes,1 996;Mosier,1 998) .ApartfromcontributingCtotheatmosphere ,soilCO2 evolutioncanalsobeusedasanindexofunder groundprocesses,andoftheCcyclingcapacityofsoilecosystems.SoilCO2 evolutionge…