不同施氮水平下再生水灌溉对土壤细菌群落结构影响研究

微生物是土壤环境变化的敏感因子,为探明再生水灌溉和氮素减量施用对土壤环境的影响,以温室棚栽番茄为研究对象,借助Miseq高通量技术,比较研究了再生水灌溉下氮素常规施肥和氮肥减量施用对土壤细菌群落结构所产生的影响,并采用冗余分析(Redundancy Analysis,RDA)方法分析导致土壤细菌群落结构差异的因素.结果表明:再生水灌溉对土壤硝化螺菌门(Nitrospirae)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)群落结构的影响明显;再生水灌溉土壤细菌共53个属,其中41个属是再生水灌溉和清水灌溉土壤的共有菌属,其余12个属是再生水灌溉土壤的特有菌属.随氮素施用水平的降低,土壤细菌种群优势度呈先增加后降低然后再增加的趋势,减少氮肥施用有利于土壤细菌种群丰富度和多样性的增加.土壤微生物群落结构受土壤化学特性的影响.再生水灌溉能够促进与土壤碳、氮转化相关的微生物的增长,改变土壤微生物的群落结构.     

温度对ABR反应器处理效果和微生物群落结构的影响

采用厌氧折流板反应器(Anaerobic baffled reactor, ABR)工艺处理模拟养猪场废水,考察低温(15±1)℃、中温(35±1)℃、高温(50±1)℃等3个温度条件对ABR处理效果和微生物群落结构的影响.同时,在水力停留时间HRT为24 h,进水COD为2000 mg·L^-1的条件下,考察了不同温度条件对ABR系统出水COD、pH、挥发性脂肪酸(Volatile fatty acid, VFA)的影响.最后,采用扫描电镜和荧光原位杂交技术(Fluorescence in situ hybridization, FISH)分别考察了不同温度条件对污泥微生物形态、种群结构和相对丰度的影响.结果显示,中温条件下系统的COD去除率最高,保持在96%以上,而低温和高温条件下系统的COD去除率均在70%左右;温度变化对反应器内pH值的影响不大;VFA含量在中温条件下最低,表示反应器运行最稳定;FISH结果显示,中温条件下系统真细菌和古细菌的总相对丰度最高,比低温和高温条件下分别高出12%和27%.     

西枝江流域浮游植物群落结构特征与主要环境因子的关系研究

于2012年枯水期、丰水期与平水期(2、8、11月)在西枝江全流域开展浮游植物群落的种类组成、密度和生物多样性指数研究,并分析环境因子与浮游植物群落之间的关系.结果表明,西枝江流域共检出浮游植物6门98种,其中卵形隐藻(Cryptomonas ovata)为流域全年常见种,西枝江流域浮游植物种类数由上游至下游逐渐增加,且支流淡水河浮游植物种类和数量高于干流;西枝江流域水体浮游植物群落密度变化范围为2.2×104~6.72×106cell·L~(-1);Shannon-Weaver多样性指数、Pielou均匀度指数、Margalef丰富度指数评价结果表明,西枝江流域部分点位浮游植物群落生物多样性受到一定程度的损害.西枝江流域平水期总氮浓度显著高于枯水期、丰水期(p0.05);西枝江干流总磷全年差异不明显(p0.05),支流淡水河总磷在枯水期显著高于丰水期、平水期(p0.05).氮磷含量空间分布特征为淡水河高于西枝江下游高于西枝江中游,西枝江上游水质最优,且浮游植物指示种的演替与流域内水质变化情况相吻合;RDA分析结果表明,氮磷营养盐、T以及CODMn是西枝江流域浮游植物群落结构的重要影响因子.     

不同水温分层水库沉积物间隙水营养盐垂向分布与细菌群落结构的关系

为探究不同水温分层水库沉积物间隙水营养盐垂向分布规律及其与细菌群落结构的关系,运用16S rRNA高通量测序技术,分析了2018年1月澜沧江小湾、漫湾水库建库后沉积物细菌群落结构特征,并采用Cannoco软件对细菌群落与环境因子关系进行了冗余分析.结果表明,调查期间小湾水库水体表底温差3. 3℃,最大温度梯度为0. 2℃·m~(-1)属于分层水体,漫湾表底温差0. 1℃属于混合水体.小湾间隙水NH_4~+-N和NO_3~--N平均质量浓度分别为2. 233 mg·L~(-1)和0. 030 mg·L~(-1),漫湾分别为2. 569 mg·L~(-1)和0. 016 mg·L~(-1).间隙水NH_4~+-N在两个水库沉积物中均表现垂向向下增大的趋势,而NO_3~--N垂向变化则不明显但均在深层质量浓度最底,库区间比较来看,只有NO_3~--N具有极显著性差异,其中小湾明显高于漫湾.菌群分类发现,小湾与漫湾沉积物细菌群落具有相同的优势菌门和优势菌属,水温分层对间隙水营养盐及细菌群落结构无显著影响.而漫湾相比小湾沉积物中反硝化菌相对丰度更高,硝化菌和厌氧氨氧化菌相对丰度更低,同一库区沉积物深层中反硝化菌相对丰度较高,有机物降解菌、硝化菌、厌氧氨氧化菌和溶磷菌相对丰度较低,是造成沉积物营养盐库间差异和垂向差异的原因.     

模拟酸雨对毛竹阔叶林过渡带土壤真菌结构及其多样性的影响

为探究酸雨对毛竹扩张形成的竹阔混交林土壤真菌群落的影响程度,于2017～2018年在浙江省杭州临安天目山国家级自然保护区开展酸雨模拟实验,选取T1(pH=4.0)和T2(pH=2.5)两个模拟酸雨梯度,并以CK(pH=5.5)对照,利用Illumina MiSeq高通量测序技术,分析不同强度酸雨胁迫下,土壤真菌群落多样性变化及影响因素.结果表明与对照相比,T1处理显著提高了真菌群落的OTU数量、Chao1指数和Ace指数(P0.05).竹阔混交林土壤主要由13个门类群的菌群组成,优势菌群包括子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、被孢霉门(Mortierellomycota)和毛霉门(Mucoromycota).主坐标(PCoA)分析和相似性检验结果表明模拟酸雨改变了土壤真菌结构.Bifiguratu属、Geminibasidium属、Purpureocillium属和Oidiodendron属相对丰度变化显著,可作为酸雨胁迫下土壤真菌群落结构变化的指示种.冗余分析(RDA)和相关性分析表明,土壤pH和全氮对土壤真菌群落结构影响显著(P0.05).综上所述,酸雨提高了真菌群落多样性指数,改变土壤真菌群落结构.该研究结果有助于了解森林生态系统中的真菌群落,以及土壤真菌作为影响因子在预测环境变异中的作用.     

锰砂人工湿地对污染物的强化去除

锰砂由于其具有强氧化和吸附作用已被广泛应用于净水领域中,而在人工湿地中以锰砂为填料的相关研究较少.根据前期研究推测,在人工湿地的基质中加入锰砂,其能通过氧化吸附强化去除水中的污染物,而还原生成的Mn （Ⅱ）又能被土壤及根系锰氧化微生物氧化为Mn （Ⅲ/Ⅳ）,进而防止Mn （Ⅱ）在水中的释放.为验证该推测,本研究探讨了加入锰砂的芦苇人工湿地对污染物的强化去除能力及微生物学机制.通过比较加入和未加入锰砂（对照组）的人工湿地的运行效果,发现锰砂人工湿地对溶解性有机碳（DOC）、TN和冬季时期NH₄⁺-N的去除具有显著的提升作用.16S rRNA测序结果表明,锰砂基质能显著提升冬季芦苇根系微生物的丰富度和多样性,但对人工湿地整体的群落结构影响较小,这可能与锰砂湿地强化污染物去除能力有关.本研究为人工湿地工艺优化提供了一种新思路.     

高通量测序技术研究典型湖泊岸边陆向深层土壤中厌氧氨氧化细菌的群落结构

为研究具有富营养化特征的白洋淀湖泊岸边陆向深层土壤中厌氧氨氧化细菌的群落结构组成,针对厌氧氨氧化的功能基因hzs B(联氨合成酶关键基因)进行高通量测序.结果显示,白洋淀湖泊岸边陆向深层土壤共8个样品处理后共得到77082条序列,在相似度90%下聚类得到40个OTUs.多样性分析(OTUs水平)表明,在白洋淀湖泊岸边近湖岸交界处,上层土壤中厌氧氨氧化细菌的群落多样性要高于下层,而在远湖岸交界处则相反,下层土壤中厌氧氨氧化细菌的群落多样性要高于上层土壤.PCo A分析(OTUs水平)表明,近湖岸交界处采样点各不同深度土壤层之间的厌氧氨氧化细菌的群落结构更相似,而远湖岸界面处采样点各不同深度之间的厌氧氨氧化细菌的群落结构差异较大.群落结构分析表明,在白洋淀湖泊岸边陆向深层土壤中,序列隶属于Candidatus‘Brocadia anammoxidans’(34.07%)、Candidatus‘Brocadia fulgida’(24.66%)、Candidatus‘Jettenia sp.’(3.00%)、Candidatus‘Kuenenia sp.’(0.22%)、Candidatus‘Scalindua sp.’(0.08%)及与Genbank中已探明的厌氧氨氧化细菌亲缘关系较远的Anammox-like cluster(37.98%).相关性分析(p0.10)表明,在白洋淀湖泊岸边陆向深层土壤中,厌氧氨氧化细菌α-多样性指数中丰富度Chao指数与含水率(MC)呈负相关,多样性Shannon指数与氨氮(NH+4)呈负相关,优势度Simpson指数与NH+4呈正相关;但厌氧氨氧化细菌群落组成中Candidatus‘Brocadia anammoxidans’的富集与总碳(TC)及总硫(TS)含量呈正相关.综上,本文针对厌氧氨氧化功能基因hzs B扩增进行高通量测序,一定程度上揭示了具有富营养化特征的白洋淀湖泊岸边陆向深层土壤中厌氧氨氧化细菌的多样性、群落组成及其与土壤环境因子的关系.     

Effects of vegetation type on soil microbial community structure and catabolic diversity assessed by polyphasic methods in North China

Soil microbes play a major role in ecological processes and are closely associated with the aboveground plant community.In order to understand the effects of vegetation type on the characteristics of soil microbial communities,the soil microbial communities were assessed by plate counts,phospholipid fatty acid (PLFA) and Biolog microplate techniques in five plant communities,i.e.,soybean field (SF),artificial turf (AT),artificial shrub (AS),natural shrub (NS),and maize field (MF) in Jinan,Shandong Province,North China.The results showed that plant diversity had little discernible effect on microbial biomass but a positive impact on the evenness of utilized substrates in Biolog microplate.Legumes could significantly enhance the number of cultural microorganisms,microbial biomass,and community catabolic diversity.Except for SF dominated by legumes,the biomass of fungi and the catabolic diversity of microbial community were higher in less disturbed soil beneath NS than in frequently disturbed soils beneath the other vegetation types.These results confirmed that high number of plant species,legumes,and natural vegetation types tend to support soil microbial communities with higher function.The present study also found a significant correlation between the number of cultured bacteria and catabolic diversity of the bacterial community.Different research methods led to varied results in this study.The combination of several approaches is recommended for accurately describing the characteristics of microbial communities in many respects.     

重金属铜、锌、镉、铅复合污染对土壤环境微生物群落的影响

以铜锌冶炼厂附近的水稻土为例 ,研究了重金属复合污染对土壤微生物群落的影响 .结果表明 ,有效铜、锌、镉、铅与微生物生物量碳、微生物生物量氮、微生物商、微生物生物量氮 全氮均呈显著负相关 .重金属污染均能降低细菌、真菌和放线菌的数量 .用BIOLOG生态盘研究了重金属污染对微生物群落结构的影响 ,发现重金属污染明显影响了微生物群落结构 ,反映在典型变量 1(CV1)与重金属元素含量呈极显著正相关 ,因此认为典型变量 1是反映重金属污染程度的有效指标 .经逐步回归分析发现 ,有效铜是影响典型变量 1最主要的因素 .     

白洋淀养殖区春季沉积物垂向微生物群落特征及驱动因素

结合16S rRNA高通量测序技术,对春季白洋淀养殖区（后塘和西李庄）沉积物垂向细菌群落演变特征及影响因素进行解析.结果表明：春季白洋淀沉积物环境因子（硝态氮、铵态氮、溶解性总磷、紫外光谱指数、三维荧光光谱指数和荧光组分强度）均呈现显著差异（p<0.05）,后塘采样点的硝态氮和铵态氮含量明显高于西李庄采样点;高通量测序得到23527个OTU,共分为11个主要门类,其中,变形菌门占比最大,达到15.33%~50.59%;α-多样性显示除辛普森指数和覆盖率外,ACE指数、Chao指数及香农指数呈现显著差异（p<0.05）,并且在后塘采样点高于西李庄;主坐标分析表明,后塘与西李庄采样点沉积物细菌群落存在显著差异,与Adonis分析的结果相一致（p<0.01）;RDA分析发现,硝态氮和铵态氮是驱动沉积物细菌群落结构演变的主要环境因素;物种间网络分析显示,春季后塘和西李庄都为8个主要的模块,西李庄正向相关的边所占比例高达84.79%,明显高于后塘的62.82%;西李庄有244个关键物种OTU,也高于后塘的59个关键物种OTU;相关性分析得出两个采样点在主要属和模块上都存在差异,硝态氮、铵态氮、腐殖化指数（HIX）及生物源指数（BIX）是其主要环境因子.综上,通过对该时期养殖区沉积物垂向细菌群落演变特征及影响因素进行研究,可为白洋淀养殖区的污染控制提供技术支持.