生物炭对施粪肥土壤中根际真菌群落多样性及相互作用的影响

为了研究生物炭对施粪肥土壤中根际真菌群落结构及相互作用的影响,通过黑麦草盆栽试验,比较了添加2%生物炭处理和仅施粪肥条件下,根际真菌的群落演替及分子生态网络. Illumina MiSeq测序结果表明,添加生物炭处理与不添加生物炭的对照处理中真菌的α多样性指数(Shannon指数)无显著差异.两种处理情况下,子囊菌门(Ascomycota,59. 64%～84. 80%)、担子菌门(Basidiomycota,1. 90%～5. 87%)和接合菌门(Zygomycota,4. 34%～16. 11%)均为主要菌群.分子生态网络分析表明,相比不添加生物炭的对照组,添加生物炭后的土壤真菌群落具有更复杂的联系且显著增强了种间积极的相互作用(P 0. 05). Mantel检验分析表明,添加生物炭处理中植物根系与真菌丰度和种间相互作用显著相关(P=0. 001).植物根系是影响真菌丰度和相互作用关系的最重要的因素.     

棉秆炭对碱性水稻土壤-水稻中镉迁移转化的阻控作用

为研究棉花秸秆生物质炭添加对碱性水稻土壤-水稻体系中镉迁移转化的影响,通过室外盆栽试验,以水稻品种特丰优2号为试验材料,在添加外源镉含量为0、 1、 4和8 mg·kg^-1的碱性水稻土中分别施入炭土质量比分别为0%、 1%、 2.5%和5%的棉花秸秆生物质炭,待水稻收获后,分析不同含量镉胁迫处理下,施用不同量棉秆炭对碱性水稻土壤pH、养分和水稻体内镉富集、转移情况及镉在土壤中的赋存形态的影响.结果表明:①添加棉秆炭可以显著提高土壤养分(P<0.05),其中5%量的棉秆炭添加后,相比于对照组土壤有机质增加了25.74～47.53%,速效钾提高了3.16～4.25倍.②施用生物质炭可以显著降低土壤及水稻体内镉含量(P<0.05),尤其5%量的棉秆炭施用后,Cd4和Cd8含量下糙米镉含量分别由0.31 mg·kg^-1和0.43 mg·kg^-1降低到0.15 mg·kg^-1和0.10 mg·kg^-1,达到国家标准范围.生物质炭可以显著降低镉在土壤-水稻体系的富集、转移系数,...     

生物炭对西瓜连作土壤真菌群落结构和功能类群的影响

为明确生物炭施入后对西瓜连作土壤真菌群落结构及功能类群的长期影响,以西瓜成熟期根区土壤为研究对象,借助Illumina NovaSeq高通量测序技术和 FUNGuild平台,探究不同用量（7.5、15.0和30.0 t·hm^-2）生物炭施用3 a后西瓜连作土壤真菌群落组成、多样性及功能的差异,并分析土壤环境因子与真菌群落结构间的关联性.结果表明,添加生物炭3 a后提高了土壤pH、有效磷、速效钾、全氮、有机质和阳离子交换量,降低了土壤碱解氮含量.生物炭的施用改变了西瓜连作土壤真菌群落结构,提高了土壤真菌的丰富度和多样性.所有土壤样本共获得922个OTU,子囊菌门、担子菌门、被孢菌门、壶菌门和球囊菌门为优势真菌类群,占土壤真菌群落的85.70 %~92.45 %,生物炭的施入降低了子囊菌门和担子菌门的相对丰度,增加了被孢菌门和球囊菌门的相对丰度;属水平上,随着生物炭的施用,被孢霉属和囊根壶菌属的相对丰度增加,而镰刀菌属相对丰度降低.Mantel检验分析发现,速效钾、碱解氮、有机质和pH是影响土壤真菌群落结构的主要环境因子.真菌主要营养类型为腐生营养型、病理营养型和共生营养型,中、高剂量生物炭处理显著降低了土壤中病理营养型真菌的相对丰度,显著增加了共生营养型真菌的相对丰度.综上,生物炭施用3 a后可改变西瓜连作土壤理化性质,促进土壤真菌群落结构和功能类群向健康有益方向发展.     

两种生物炭对烤烟生长、根际土壤性质和微生物群落结构的影响

为探明生物炭对烤烟生长影响的作用机理,选取小麦秸秆炭(WB)和烟杆炭(TB)为试验材料,以不添加生物炭处理CK为对照,采用盆栽试验,研究两种生物炭对团颗期烟草的农艺性状和根际土壤理化性质及微生物群落结构的影响.结果表明:与CK处理相比,WB和TB处理烟草的地上部干重分别增加4.4和4.7倍,土壤硝态氮含量分别降低64.7%和47.6%,脱氢酶活性降低56.4%和48.7%.WB和TB两处理土壤细菌和真菌的Shannon和Simpson多样性指数及Chao1丰富度指数均显著降低,细菌的OTUs数分别显著减小20.6%和18.0%,真菌的OTUs数分别显著减小53.8%和77.4%.细菌优势菌种中,WB处理放线菌门相对丰度提高69.5%,TB处理Saccharibacteria的丰度提高129.7%,WB和TB处理疣微菌门丰度分别降低37.6%和40.9%.真菌优势菌种中,TB处理子囊菌门丰度提高133.8%,WB和TB处理接合菌门的丰度分别降低87.5%和92.9%.通过β多样性分析可知,烟杆炭对烤烟根际土壤微生物群落结构的影响大于小麦秸秆炭.     

增氧模式对水稻根际微生物多样性和群落结构的影响

为探讨不同增氧模式对水稻根际土壤微生物数量和群落结构的影响特征,以密阳46（MY）和珍汕97B （ZS）为材料,设置干湿交替（AWD）、长淹充氧（CFA）和长淹（CF）这3种根际氧处理模式,采用Illumina MiSeq高通量测序技术结合土壤理化性质,分析不同氧环境下水稻根际土壤细菌和真菌群落多样性特征及其与土壤理化因子的关系.结果表明,水稻根际土壤中细菌优势菌群为绿弯菌门（Chloroflexi）、放线菌门（Actinobacteriota）、酸杆菌门（Acidobacteriota）、变形菌门（Proteobacteria）和厚壁菌门（Firmicutes）;真菌优势菌群为子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）.不同增氧模式下水稻根际土壤微生物群落组成存在明显差异.各生育期,Chloroflexi和Acidobacteriota在AWD处理时,Actinobacteriota在CFA处理时的相对丰度高于其他处理;Firmicutes在AWD处理下相对丰度低于其他处理.增氧影响根际微生物物种多样性和丰富度.如AWD处理显著增加细菌物种多样性,降低其丰富度;AWD和CFA处理后真菌物种多样性和丰富度均显著增加.土壤理化性质也受增氧模式的影响.不同处理土壤氧化还原电位（Eh）大小表现为：AWD>CFA>CF,处理间差异达显著水平;与CF处理相比,增氧处理（AWD和CFA）显著增加根际土壤NO₃^--N含量,降低NH₄⁺-N含量.相关性分析表明,根际土壤pH和Eh与细菌物种多样性正相关,与丰富度负相关;与真菌物种多样性和丰富度正相关.冗余分析发现,全生育期的Chloroflexi相对丰度与pH和NH₄⁺-N均呈正相关;分蘖期和齐穗期的Chloroflexi相对丰度与Eh和NO₃^--N呈正相关,成熟期则负相关.pH和Eh与Acidobacteriota、Proteobacteria和Basidiomycota相对丰度正相关,与Firmicutes和Ascomycota相对丰度负相关.Ascomycota相对丰度与NO₃^--N负相关,与NH₄⁺-N正相关,Basidiomycota与之相反.综上,增氧模式改善根际土壤氧环境,改变土壤理化性质,影响微生物群落多样性和丰富度,从而优化微生物群落结构.     

活性污泥萃取液施用对水稻根际土壤微生物群落结构的影响

通过根箱试验,从土壤根际微生物角度揭示活性污泥萃取液（简称萃取液）调控水稻苗期生长和改良土壤理化性质的机理。试验设计不同萃取液配施减氮处理（T1,空白对照;T2,常规施肥对照;T3,减氮30%配施0.2 g/kg萃取液;T4,减氮30%配施0.4 g/kg萃取液;T5,施用8 g/kg萃取液全量替代化肥氮,即减氮75%）,研究萃取液配合氮肥减施对水稻根际土壤理化性质和微生物群落结构的影响。结果表明：配施萃取液可显著增加水稻幼苗的叶面积、生物量和叶绿素含量;与常规施肥相比,配施萃取液可以显著提高土壤pH,降低土壤电导率,增加可溶性有机碳含量,降低硝态氮和铵态氮含量。β多样性结果显示,萃取液对土壤微生物性质的影响主要作用在根际及近根际土壤中,不同萃取液处理组与空白及常规施肥对照组间细菌群落结构及多样性存在显著性差异（P<0.05）;萃取液的施用可增加有机污染物降解和碳水化合物代谢相关微生物的相对丰度,如黄色土源菌、Candidatus_Udaeobacter、鞘氨醇单胞菌属,相对丰度分别增加151%~541%、26%~320%和55%~364%。采用FAPROTAX土壤功能预测分析发现,施用萃取液后土壤菌群主要增加的功能为化能异养、有氧化能异养、硝酸盐还原、固氮作用、硝化作用和芳香化合物降解等,这类功能与土壤碳源物质代谢、氮循环及有机污染物降解等行为相关。萃取液施用可通过改善土壤根际及近根际微生物群落结构,增加相关菌群丰度,调控土壤根际及近根际碳、氮循环,进而达到促进水稻幼苗生长和土壤改良的效果。研究结果可为活性污泥的资源化提供新路径。

     

改良剂对根际土壤-水稻系统中镉运移的影响

稻田镉(Cd)污染治理是我国目前农田重金属污染治理的重点和难点.铁的氧化还原过程对Cd在土壤-水稻系统中的运移发挥着极其重要的作用.从铁循环调控入手,研发阻控稻米Cd累积的钝化技术及产品,势必能为农田重金属污染治理提供新的解决途径.本研究以自主研发的改良剂为对象,通过野外田间试验,研究改良剂对Cd从根际土壤向根表铁膜迁移及在水稻不同组织器官间转运的影响,探索铁循环影响Cd在根际土壤-水稻系统中运移的机制.结果表明,改良剂施用促进了根际土壤中铁硫化物的形成,其与Cd共沉淀显著减少了分蘖期、拔节期和灌浆期根际土壤中乙酸铵浸提态Cd(NH4AcCd)的含量;成熟期排水烤田致使铁硫化物被氧化,其对Cd的释放显著增大了根际土壤中NH4Ac-Cd的含量;铁硫化物形成减弱了Fe(Ⅱ)从根际土壤向根表的迁移能力,铁膜中铁(DCB-Fe)的含量随之减小,铁膜对Cd的吸附能力减弱导致分蘖期和灌浆期铁膜中Cd(DCB-Cd)的含量显著减小;改良剂施用有效减弱了根系对Cd的转运能力,增大了拔节期、灌浆期和成熟期Cd在根系的分布比例,而减少了拔节期、灌浆期和成熟期Cd在茎叶、以及成熟期Cd在糙米中的分布比例.本研究成果将为后期改良剂的研发及应用提供理论依据,对解决稻田Cd污染治理难题具有重要意义.     

再生水中的Pb对萝卜根际土壤微生物群落结构的影响研究

采用盆栽方法研究再生水、再生水+Pb、清水+Pb处理浇灌萝卜,以清水浇灌为对照对萝卜根际土壤微生物群落的影响进行研究。结果表明:(1)土壤总PLFA含量及各菌群生物量从大到小依次为:再生水再生水+Pb清水清水+Pb。再生水灌溉有利于萝卜根际微生物各类群数量的增加,丰富微生物多样性。用含铅的溶液(再生水+Pb、清水+Pb)浇灌萝卜,可抑制土壤微生物各类群的数量,G-受到的抑制尤为明显。(2)主成分分析表明,再生水灌溉与对照相比,土壤微生物群落结构差异最大。(3)土壤微生物各类群与土壤速效钾、硝酸盐氮含量呈极显著正相关(P0.01),真菌、放线菌与土壤有机质含量,G~+、G~-菌与p H均呈极显著正相关(P0.01)。G~+、G~-与萝卜地下鲜重均呈极显著负相关(P0.01),土壤微生物各类群与地上部分硝酸盐含量、与根冠比呈极显著正相关(P0.01)。     

不同生育期转基因抗虫棉根际土壤细菌群落特征

为深入理解转Bt基因抗虫棉对根际土壤微生物群落的影响,基于大田试验,采用高通量测序技术,研究了不同生育期(播种前期、苗期和吐絮期)转基因抗虫棉和亲本根际土壤微生物群落组成和多样性.结果表明:①转基因抗虫棉及亲本根际土壤优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria,相对丰度为0.433 8~0.499 3)、拟杆菌门(Bacteroidetes,相对丰度为0.106 0~0.136 6)、放线菌门(Actinobacteria,相对丰度为0.074 9~0.146 4)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes,相对丰度为0.054 2~0.072 3)、酸杆菌门(Acidobacteria,相对丰度为0.053 8~0.089 9).不同生育期转基因抗虫棉对根际土壤细菌优势菌门相对丰度产生显著影响(P < 0.05).②不同生育期转基因抗虫棉与亲本根际土壤细菌群落的Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Sobs指数、PD指数均无显著差异(P>0.05),但PCoA分析发现,苗期和吐絮期转基因抗虫棉和亲本的土壤微生物群落出现空间分异(P < 0.05).③转基因抗虫棉根际土壤Bt蛋白含量在不同生育期具有显著差异(P < 0.05),且苗期和吐絮期转基因抗虫棉根际土壤Bt蛋白含量显著高于亲本(P < 0.05).④根际土壤Bt蛋白含量与细菌优势菌门相对丰度呈显著相关(P < 0.05).研究显示,不同生育期转基因抗虫棉通过根际Bt蛋白对土壤细菌相对丰度及群落结构产生影响,但不影响土壤细菌的alpha多样性.      

化肥和有机肥配施生物炭对根际土壤反硝化势和反硝化细菌群落的影响

为明确化肥和有机肥配施生物炭对根际土壤反硝化细菌和反硝化势的影响,以柠檬根际土为研究对象,设置不施肥(CK)、化肥(CF)、有机肥(M)、化肥配施生物炭(CFBC)和有机肥配施生物炭(MBC)等5个处理,通过测定根际nirS型、nirK型和nosZ型反硝化菌群落特征、反硝化势和土壤环境因子,明确化肥和有机肥配施生物炭对根际反硝化作用的影响.结果表明,与CK相比,CF处理显著降低根际土壤反硝化势47.7%,M和MBC处理分别显著增加反硝化势的2 192.7%和1 989.9%; M和MBC处理显著增加nirS型和nosZ型反硝化菌的基因拷贝数,CF和CFBC处理显著降低nirS型和nosZ型反硝化菌基因拷贝数,而4个施肥处理均显著增加nirK型反硝化菌基因拷贝数.逐步回归分析结果表明：pH是nirS型反硝化菌丰度的主要影响因子,有机质(SOM)和铵态氮(NH⁺₄-N)是nirK型反硝化菌的主要影响因子,pH、硝态氮(NO^-₃-N)和氮磷比(N/P)则是nosZ型反硝化菌的主要影响因子.偏最小二乘法分析...     

生物质炭对Cd污染土壤根际微团聚体Cd形态转化的影响

为明确生物质炭对土壤Cd形态分布的团聚体机制,采用盆栽试验,以秸秆生物质炭为试验材料,研究了秸秆生物质炭对Cd在不同粒级微团聚体中的富集以及根际、非根际微团聚体Cd形态转化的影响.结果表明:外源Cd进入土壤后,主要分布于土壤不同粒级微团聚体中且随粒级减小而增加,富集顺序由大到小为 < 0.01、0.05~0.01、0.25~0.05、 > 2 mm.添加生物质炭后显著降低了Cd在不同粒级微团聚体中的富集系数（P < 0.05）.与对照相比, > 2、0.25~0.05、0.05~0.01、 < 0.01 mm粒级微团聚体土壤对Cd的富集系数分别降低了0.04~0.16、0.04~0.15、0.07~0.17、0.06~0.21.不同处理下,根际、非根际土壤不同粒级微团聚体中Cd主要以残渣态为主且向小粒级团聚体（< 0.01 mm）富集,其中可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机物结合态Cd的含量（以质量分数计）及占比均有不同程度的下降.对于根际、非根际不同粒级微团聚体各形态中有机结合态Cd,与对照相比,在Cd1B10处理下,分别于 < 0.01、0.05~0.01 mm微团聚体中的降幅最高,达49.5%、62.3%;对于残渣态Cd,在Cd1B10处理下,分别于0.25~0.05、0.05~0.01 mm微团聚体中的降幅最高,达19.8%、20.5%,但各处理下残渣态Cd占比趋于上升,最高占比分别达74.0%、78.2%.表明Cd进入土壤后主要转化成了残渣态,土壤中Cd的生物有效性降低,其中,当Cd污染程度（1 mg/kg）较低、生物质炭施用量（10 g/kg）最高时,该效果达显著水平.研究显示,施用高量（10 g/kg）生物质炭能够降低土壤不同粒级微团聚体中各形态Cd的含量,并且Cd污染程度越低、粒级越小,降低效果越显著.      

棉秆还田对咸水滴灌棉田土壤酶活性和细菌群落结构多样性的影响

咸水长期灌溉会增加土壤盐分,对土壤理化性质产生不利影响,改变土壤细菌的多样性.秸秆还田可以改善土壤微环境,进而影响土壤酶活性和细菌群落结构多样性.试验设置淡水(FW,0.35 dS·m-1)和咸水(SW,8.04 dS·m-1)两种灌溉水盐度,在每个灌溉水盐度下秸秆用量分别为0 kg·hm-2和6 000 kg·hm-...     

微塑料和镉复合污染对狼尾草根际土壤微生物群落结构和功能的影响

微塑料和重金属复合污染对植物生长和根际微生物群落和功能的影响目前尚未清晰.以狼尾草为实验材料进行盆栽模拟试验,研究重金属镉（Cd）与不同种类MPs （PE、PS）、粒径（13 μm和550 μm）、质量分数（0.1%和1%）的微塑料复合污染对狼尾草生长、重金属积累和根际微生物群落功能的影响.结果表明,MPs和Cd复合污染条件下整体呈现对植物生长胁迫增加、Cd含量和积累量降低的趋势.MPs和Cd复合污染能改变细菌群落组成,降低细菌多样性,其中550 μm 0.1% PE+Cd处理组ACE指数和Chao1指数降低最显著.与单一Cd污染相比,不同MPs种类、质量分数和粒径的MPs添加能改变新陈代谢、氨基酸的转运和代谢、能量生成和转换等功能组的基因丰度,显著影响狼尾草根际土壤细菌的功能.研究采用宏基因组学的方法分析了MPs和Cd复合污染对狼尾草根际细菌群落和功能的影响,可为MPs重金属复合污染的生态毒理效应及其生物修复提供基础数据和科学依据.     

生物质炭对磷镉富集土壤中两种元素生物有效性及作物镉积累的影响

以磷镉富集土壤(总Cd 0.94mg·kg^-1、全磷0.86g·kg^-1)和低镉积累基因型红菜薹金秋红三号为供试材料,采用盆栽试验的方法,设置了绝对对照CK0(仅施NK无机肥)、相对对照CKp(施NPK无机肥)、生物质炭BC(BC+NK无机肥)和BC-CKp(BC+NPK)这4个处理,考察了土壤磷素和重金属Cd的生物有效性、植株可食部位生物量及其Cd累积特征和土壤基本性状等指标.结果表明,至作物收获时,添加生物质炭的BC和BC-CKp处理与未添加生物质炭的CK0和CKp处理相比,土壤有效Cd含量分别降低了8.23%和5.68%;同时土壤有效磷含量提高了11.60～16.26mg·kg^-1.施加外源磷肥的CKp和BC-CKp处理土壤有效Cd含量与未施加磷肥的CK0和BC处理相比分别降低了31.43%和33.29%.除CK0处理外,其它3个处理(CKp、BC及BC-CKp)的红菜薹作物可食部位Cd含量均未超出我国食品安全国家标准(GB 2762-2017)中Cd的限定值0.1mg·kg^-1.结果表明,将...     

Cd胁迫下城郊农业土壤微生物活性对生物炭输入的响应

为了探究Cd胁迫下生物炭输入对城郊农业土壤微生物活性的影响,通过室内培养试验,分析CK处理(风干土壤)、Cd处理(风干土壤+外源Cd)、CdBC处理〔风干土壤+外源Cd+2%生物炭,即生物炭与土壤(以湿质量计)质量比为2%〕、BC处理(风干土壤+2%生物炭)对土壤呼吸、土壤微生物数量及土壤酶活性的影响. 结果表明:整个培养期(0~60 d)内,各处理下土壤CO₂累积释放量表现为CK处理＜Cd处理＜CdBC处理＜BC处理. 与CK处理相比,CdBC处理下生物炭输入能显著增加土壤CO₂累积释放量(P＜0.05),增幅为43.6%,并且土壤中细菌、放线菌、真菌数量也有显著增加(P＜0.05),增幅分别达到12.7%、62.7%、18.7%. Cd胁迫对土壤酶活性的抑制表现为蔗糖酶＜脲酶＜中性磷酸酶,抑制率分别为3.5%、6.8%、18.0%. 生物炭输入可使受Cd胁迫的土壤脲酶、蔗糖酶的活性有所增强,增幅分别为15.0%、18.4%. 可见,生物炭输入可在不同程度上缓解Cd胁迫对蔗糖酶、脲酶活性及土壤微生物数量的影响.