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.      

三江平原不同类型小叶章湿地土壤细菌群落功能多样性

为全面了解三江平原小叶章湿地土壤细菌功能多样性的变化规律,采用Biolog-ECO微平板法对三江平原内不同类型小叶章湿地(草甸化小叶章湿地、沼泽化草甸小叶章湿地和沼泽化小叶章湿地)的土壤细菌群落功能多样性变化规律和特点进行分析.结果表明:不同类型小叶章湿地土壤理化性质差异显著(P<0.05).土壤细菌群落平均颜色变化率(AWCD)随培养时间的延长而增加,不同类型湿地土壤细菌群落代谢活性表现为草甸化小叶章湿地>沼泽化草甸小叶章湿地>沼泽化小叶章湿地;土壤细菌群落多样性之间差异显著(P<0.05),草甸小叶章湿地土壤微生物的Shannon-Wiener多样性指数和McIntosh指数最高,分别为3.30和64.03;沼泽化草甸小叶章湿地次之,分别为3.23和60.63;沼泽化小叶章湿地最低,分别为3.19和54.21.Shannon-Wiener多样性指数和McIntosh指数与平均颜色变化率变化规律一致,说明土壤细菌群落结构受到土壤理化性质的影响,并且随着土壤含水量的升高,土壤细菌群落的平均颜色变化率和多样性均呈下降趋势.土壤细菌群落对不同碳源的利用强度上存在明显差异,其中对碳水化合物类、氨基酸类碳源的利用强度差异不大(P>0.05),但是对羧酸类、胺类、酚酸类、多聚物类碳源的利用强度差异显著(P<0.05).主成分分析(PCA)表明,两个主成分累计贡献率为80%,能够很好地解释不同湿地土壤细菌在碳源利用上有明显的空间分异这一现象.碳水化合物类碳源对土壤细菌群落多样性的影响最高,其次是氨基酸类和羧酸类碳源.研究显示,土壤理化性质及植被群落组成是影响小叶章湿地土壤细菌群落组成和功能活性的重要因素.      

盐生植被演替对土壤微生物碳源代谢活性的影响

采用Biolog-Eco微平板法,研究了黄河三角洲地区不同盐生植被下土壤微生物的碳源代谢特征,并探讨了土壤微生物碳源代谢水平与盐生植被演替的关系.结果表明,黄河三角洲土壤质量随盐生植被正向演替呈现逐渐改善的趋势,盐生植被从"裸地-强耐盐植物-轻耐盐性植物"演替过程中,土壤微生物碳源代谢活性极显著增强(P0.01).土壤微生物群落的Shannon-Wiener指数、丰富度、Simpson指数和Pielou均匀度指数按演替顺序逐渐增加,且与全氮、碱解氮呈现显著(P0.05)正相关,与土壤盐度呈现极显著负相关(P0.01).随着"光板地-强耐盐植物-轻度耐盐植物"的演替,微生物利用的碳源种类不断增加,所利用的各类碳源数量上也越来越接近.全氮(Total nitrogen)和碱解氮(Available nitrogen)显著促进了微生物的碳源代谢活性,土壤盐度则显著抑制了土壤微生物的碳源代谢活性.     

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.     

武昌湖典型退化湿地菰草根际微生物群落结构

为研究淡水湖泊湿地微生物群落结构与退化湿地环境之间的关系,选取武昌湖湿地菰草根际水体、根际土壤、根下湖泊沉积物3组环境样本,提取样本微生物基因组DNA,并利用16S r DNA基因进行454高通量测序,共得到优质序列17 051条,产生2 062条OUTs。结果表明:武昌湖退化湿地菰草根际具有较为复杂的微生物群落结构,涉及15门48属,其中以变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、酸杆菌门(Acidobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)为主要门类;菰草根际不同微环境微生物群落结构存在明显差异,生物多样性指数Shannon、Chao、ACE指数及OTUs均呈现根际土壤湖泊沉积物根际水体的变化特征。探究湿地退化过程中植被菰草根际微生物群落结构特征,对揭示长江中下游浅水湖泊湿地退化机理具有重要意义。     

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.      

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.     

喀斯特地区植被不同演替阶段土壤细菌代谢多样性及其季节变化

基于土壤细菌代谢多样性和地上植被多样性具有协同关系的假设,利用BIOLOG技术研究西南典型喀斯特地区植被演替的不同阶段(草丛(T)、灌丛(S)、次生林(SF)和原生林(PF))土壤中细菌代谢多样性的分异特征,结果表明,植物群落和土壤细菌代谢Shannon's多样性指数分别遵循如下变化趋势:SF>PF>S>T,SF/PF>S>T,双因素方差分析结果显示,植被和植被与季节的交互效应对土壤细菌代谢Shannon's多样性有显著性影响(分别为P<0.001,P<0.05),季节变化没有显著影响(P>0.05);但同一植被下,独立样本t检验表明,细菌功能多样性仅在PF土壤中有显著的季节变化(P<0.01),而在其余土壤中季节变化不显著(P>0.05).多元方差和主成分分析表明,4种植物群落的土壤细菌利用碳源的模式具有显著差异(p<0.001);土壤细菌群落利用碳源的模式聚为3类:T、S(夏季)、SF(PF)和S(冬季).因此.植被的严重退化会降低土壤的微生物代谢多样性,而适度的人为干扰森林群落不会导致土壤细菌代谢功能的降低;灌丛土壤环境是植被演替过程中的过渡阶段,其孕育的土壤细菌具有森林阶段土壤细菌的部分特征.     

冬季湿地植物根际微生物群落结构多样性分析

文章研究了冬季北运河(通州段)沿岸人工湿地植物的根际土壤微生物群落结构。选择千屈菜、香蒲、鸢尾、芦苇等4种植物作为研究对象,采用磷脂脂肪酸生物标记法对其根际土壤微生物群落结构进行剖析。结果发现,4种湿地植物根际微生物PLFAs总量存在明显的差异,千屈菜的PLFAs总量最低,且多样性最小;相较于香蒲和鸢尾,芦苇根际土壤微生物的均匀度与多样性都较小。对根际土壤各类群微生物比例进行分析发现,不同植物根际土壤各类群微生物的含量呈现出显著性的差异,其中鸢尾根际土壤厌氧微生物比例最高,不利于冬季有机污染物的好氧分解。综合考虑各种因素,相较于千屈菜、鸢尾和芦苇而言,种植香蒲更有利于寒冷地区人工湿地的实际运行。主成分分析的结果表明,千屈菜和香蒲对根际土壤微生物群落结构的影响区分很明显,鸢尾和芦苇差异变化相近,差异不明显。文章从冬季不同湿地植物根际土壤微生物群落结构多样性角度对寒冷地区人工湿地中植物的选择提供了一定的依据。     

石油污染土壤理化性质对微生物代谢特征的影响

采用Biolog技术研究了克拉玛依油田5种不同石油污染梯度下土壤微生物群落代谢特征的变化,探讨石油烃污染程度及土壤理化性质对微生物群落功能多样性的影响。研究表明:随着石油烃污染梯度的增加,土壤微生物代谢活性和细菌数量呈先升高后降低的趋势;中度污染土壤中微生物对不同碳源的相对利用率显著高于其他土样(P<0.05),石油污染土壤微生物代谢模式由氨基酸类转变为羧酸类和聚合物类;经微生物群落多样性指数分析可知,丰富度指数(H)、均一度指数(U)和优势度指数(1/D)均达到极显著差异(P<0.01),石油污染土壤的微生物群落结构复杂但均一性差;冗余分析表明:pH、含水量与碳源的利用程度呈正相关,石油含量与碳源的利用程度呈负相关。     

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.      

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.     

松花江下游滨岸带典型植被根际土壤细菌群落结构与功能多样性

通过分析松花江典型植被(芦苇、白杨、松江柳和修氏苔草)根际土壤细菌群落结构与功能的差异,辨识不同类型植被修复受损滨岸带生境的潜力,为松花江受损滨岸带生境修复和保护提供理论依据.使用Illumina MiSeq PE300二代高通量测序平台对松花江下游滨岸带的4种典型植被根际土壤细菌16S rRNA进行测序,分析不同植被...     

原始红松林退化演替后土壤微生物功能多样性的变化

为了全面了解原始红松林退化演替为次生林后土壤生境及土壤微生物功能多样性的变化规律,以小兴安岭典型的原始阔叶红松林、退化演替后先锋阶段的白桦林及亚顶级阶段的硬阔叶林为研究对象,采用Biolog-ECO微平板检测法,分析三者0~ < 10 cm和10~20 cm表层土的土壤微生物功能多样性变化规律.结果表明:各林型土壤微生物的AWCD值（平均颜色变化率）随培养时间的延长而增加,培养初期表现为原始阔叶红松林>硬阔叶林>白桦林;培养末期表现为原始阔叶红松林>白桦林>硬阔叶林,三者的AWCD值在0~ < 10 cm土层分别为1.06、0.86、0.81,10~20 cm土层分别为0.68、0.47、0.45,原始林显著高于次生林（P < 0.05）,说明原始林土壤微生物对单一碳源的代谢活性显著高于次生林;同一林型下土壤微生物的AWCD值均表现为0~ < 10 cm土层显著高于10~20 cm土层（P < 0.05）. Shannon-Wiener多样性指数、Simpson指数、McIntosh指数和Richness丰富度指数也均表现为原始林显著高于次生林（P < 0.05）.原始林土壤微生物对各类碳源的综合利用强度均大于次生林,不同林型下土壤微生物群落的优势碳源类型存在一定的差异,碳水类、氨基酸类、羧酸类和多聚物类碳源是原始林退化演替后土壤微生物群落在碳源利用上发生变化的敏感碳源.      

Seasonal variations of soil bacterial communities in Suaeda wetland of Shuangtaizi River estuary, Northeast China

Estuarine wetland is the transitional interface linking terrestrial with marine ecosystems, and wetland microbes are crucial to the biogeochemical cycles of nutrients. The soil samples were collected in four seasons (spring, S1; summer, S2; autumn, S3; and winter, S4) from Suaeda wetland of Shuangtaizi River estuary, Northeast China, and the variations of bacterial community were evaluated by high-throughput sequencing. Soil properties presented a significant seasonal change, including pH, carbon (C) and total nitrogen (TN), and the microbial diversity, richness and structure also differed with seasons. Canonical correspondence analysis (CCA) and Mantel tests implied that soil pH, C and TN were the key factors structuring the microbial community. Gillisia (belonging to Bacteroidetes) and Woeseia (affiliating with Gammaproteobacteria) were the two primary components in the rhizosphere soils, displaying opposite variations with seasons. Based on PICRUSt (Phylogenetic Investigation of Communities by Reconstruction of Unobserved States) prediction, the xenobiotics biodegradation related genes exhibited a seasonal decline, while the majority of biomarker genes involved in nitrogen cycle showed an ascending trend. These findings could advance the understanding of rhizosphere microbiota of Suaeda in estuarine wetland.     

内蒙古高原干涸湖泊反硝化及甲烷氧化细菌的群落分析

以内蒙古高原半干旱草原区干涸湖泊为研究对象,应用末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)技术对湿地土壤中的反硝化和甲烷氧化关联菌群的关键功能基因nosZ和pmoA进行了研究,根据末端限制性片段(T-RFs)分析了两种菌群的群落结构及多样性变化,以及环境因素所产生的影响,并探讨了土壤微生物群落对湖泊干涸的响应机制.结果表明:干涸湖泊的湖心、湖底土壤反硝化和甲烷氧化细菌多样性指数较高,群落结构较复杂;而较早干涸的湖坡以及相邻草原对照区,两个菌群多样性指数较低,群落结构相对单一.从湖心到相邻草原,反硝化和甲烷氧化细菌的群落相似度逐渐降低,显示两个菌群处于动态演替中.湖泊干涸过程中,水分含量和有机质含量对反硝化和甲烷氧化细菌的群落结构影响显著;高pH值和高铵态氮分别对反硝化和甲烷氧化细菌有抑制作用.随着湖泊干涸,土壤微生物群落因环境扰动而受到胁迫,这一过程会加剧CO2等温室气体的排放.     

北京城市公园绿地土壤微生物群落碳源代谢活性特征

为深入理解城市土壤微生物碳源代谢活性,以北京城市公园绿地土壤为研究对象,采用Biolog-ECO微平板技术,研究了不同历史年限公园[AT（奥林匹克森林公园）、CHY（朝阳公园）、YYT（玉渊潭公园）、TRT（陶然亭公园）、RT（日坛公园）、TT（天坛公园）,其建设历史年限分别为8、32、52、317、486、592 a]土壤微生物群落碳源代谢特征.结果表明:北京市不同城市公园绿地土壤微生物利用碳源能力不同,AT的AWCD（平均颜色变化率）显著低于其他历史年限较长的公园（P < 0.05）.不同城市公园绿地土壤微生物群落对不同类型碳源利用能力存在差异,AT土壤微生物对多聚物类碳源代谢能力较强,其他公园绿地土壤微生物对糖类和氨基酸类碳源的利用能力较强,所有公园绿地土壤微生物群落对羧酸类碳源的利用能力相对较弱.AT土壤微生物群落功能多样性显著低于其他公园（P < 0.05）.对土壤微生物群落碳源利用能力进行主成分分析显示,提取与土壤微生物碳源利用相关的主成分的累计贡献率为89.00%,对主成分分离起主要作用的碳源为糖类和氨基酸类物质.冗余分析（RDA）表明,不同城市公园绿地土壤微生物碳源代谢能力的主要影响因素是总碳（TC）,但值得注意的是,公园历史年限对不同城市公园绿地土壤微生物碳源代谢能力也有很强的影响.