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.     

稻田微氧层和还原层土壤有机碳矿化对氮素添加的响应

田间条件下,淹水稻田由于上覆水中溶解氧的扩散作用,使其表层土壤存在约1 cm厚的微氧层,这个特殊层次中碳氮转化的特征尚未明晰.以亚热带典型稻田土壤为对象,采用100 d室内模拟培养试验,结合¹³C稳定同位素示踪和磷脂脂肪酸(PLFA)分析技术,研究稻田土壤微氧层(0～1 cm)和还原层(1～5 cm)外源新鲜有机碳(¹³C-水稻秸秆)和原有土壤有机碳矿化对氮肥施用[(NH₄)₂SO₄]的响应规律及其微生物过程.结果表明,氮素添加使土壤总CO₂和¹³C-CO₂累积排放量分别提高11.4%和12.3%;培养结束时,氮素添加下还原层比微氧层土壤总有机碳含量和¹³C回收率分别降低2.4%和9.2%.培养前期(5 d),氮素添加提高还原层微生物总PLFAs,且细菌和真菌PLFAs响应一致,但对微氧层微生物丰度无显著影响;氮素添加对微氧层和还原层总¹³C-PLFAs丰度均无显著影响...     

喀斯特灌丛土壤丛枝菌根真菌群落结构及丰度的影响因子

运用末端限制性片段长度多态性(terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP)和荧光定量PCR(real-time PCR)法,检测喀斯特灌丛生态系统中不同坡位条件下土壤丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)真菌群落结构与丰度的变化,揭示不同坡位条件下影响灌丛生态系统土壤AM真菌群落结构与丰度的关键因子.研究结果表明不同坡位条件下,土壤有机碳、全氮和速效磷含量差异显著,变化趋势为上坡位≈中坡位下坡位;土壤AM真菌丰度变化趋势为上坡位≈中坡位下坡位.相关性分析表明,土壤速效磷含量与AM真菌丰度存在显著负相关(P0.05).RDA分析表明不同坡位条件下,土壤AM真菌与植物群落结构存在显著差异,植物均匀度指数显著影响土壤AM群落结构组成,而土壤有机碳、全氮显著影响植物群落结构组成.可见,不同坡位条件下,土壤养分与植物群落结构共同作用影响土壤AM真菌群落结构,说明利用AM真菌用于喀斯特地区植被恢复时,微形态(坡位)对AM真菌的影响应该纳入考虑范畴.     

秸秆还田配施氮肥对喀斯特农田微生物群落及有机碳矿化的影响

秸秆还田配施氮肥是调控农田土壤有机碳转化的重要措施,为认知秸秆配施氮肥对秸秆和长期施肥土壤有机碳矿化的作用机制,选取喀斯特长期施肥定位试验3种土壤(不施肥、无机肥、秸秆与无机肥配施),采用室内培养结合~(13)C示踪技术,设置不添加秸秆(对照组)及添加秸秆配施3种氮素水平处理(0、214. 0和571. 0 mg·kg~(-1),以干基土计),研究~(13)C标记的秸秆和土壤有机碳的矿化及其机制.结果表明,长期施肥土壤的秸秆CO_2排放量均显著高于不施肥土壤,且氮素水平显著影响不施肥土壤的秸秆有机碳矿化;长期施肥土壤激发效应均显著低于不施肥土壤,且低水平氮素配施降低秸秆添加引起的正激发效应,高水平氮素反而增大. PCA分析表明长期施肥、秸秆还田配施氮肥均显著改变土壤微生物群落,其中秸秆与氮素配施显著增加土壤总PLFAs、细菌和真菌PLFA摩尔质量浓度(与对照相比,增幅分别为40. 3%～53. 0%、41. 1%～62. 6%和60. 5%～148. 6%),但氮素水平影响不显著,土壤G~+/G~-降低并稳定在0. 8左右.结构方程模型结果表明,秸秆还田配施氮肥增加土壤DOC含量、影响土壤革兰氏菌群落结构,从而影响秸秆和土壤有机碳矿化.上述结果表明秸秆还田配施低水平氮肥有利于提升喀斯特农田土壤固碳能力.     

坡位与土层对喀斯特原生林土壤微生物生物量与丰度的影响

运用氯仿熏蒸法和实时荧光定量PCR(Real-time PCR)法,检测喀斯特峰丛洼地原生林上、中、下坡位各土层(淋溶层:A层0~10 cm;过渡层:AB层30~50 cm;淀积层:B层70~100 cm)中土壤微生物生物量碳、氮(SMBC、SMBN)及微生物(细菌和真菌)丰度的变化,揭示坡位和土层对土壤微生物生物量和丰度的影响.结果表明,坡位和土层及其交互作用均对土壤微生物生物量及丰度具有显著影响(P0.05).具体表现为,土壤微生物生物量与丰度均随土层深度的增加而降低;A层SMBC在下坡位表现最高,均高于上坡位(P0.05),AB层、B层SMBC在中坡位最高;SMBN均在下坡位表现为最高,显著高于上坡位(P0.05);除B层细菌丰度、AB层真菌丰度在各坡位间无显著差异外,均表现为中坡位最高(P0.05).逐步回归分析结果表明,在坡位和土层的影响下,有机碳、碱解氮与p H、碱解氮与速效磷、速效钾分别是SMBC、SMBN、细菌丰度、真菌丰度的主要影响因子.     

岩性对喀斯特灌丛土壤固氮菌与丛枝菌根真菌群落结构及丰度的影响

运用末端限制性片段长度多态性(terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP)和荧光定量PCR(real-time PCR)法,检测喀斯特灌丛生态系统中不同岩性条件下土壤固氮菌与丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)真菌群落结构与丰度的变化,揭示岩性对灌丛生态系统土壤中固氮菌与AM真菌群落结构与丰度的影响.结果表明不同岩性条件下,土壤固氮菌与AM真菌丰度存在显著差异,其中,固氮菌与AM真菌丰度在石灰岩土壤中最大,白云岩土壤中最小,石灰岩-白云岩夹层土壤介于两者之间;同样,不同岩性土壤中固氮菌与AM真菌群落结构存在显著性差异.土壤Olsen-P、有机碳、黏粒含量与固氮菌丰度存在显著正相关关系,而土壤全氮、黏粒含量与AM真菌丰度存在显著正相关.RDA分析表明,植物均匀度影响固氮菌群落组成结构,而植物均匀度、香农多样性指数及丰富度指数影响AM真菌群落组成结构.以上的研究结果表明:岩性主要是通过影响植物与土壤养分来影响土壤固氮菌与AM真菌群落组成结构及丰度.     

红壤丘陵区土壤有机碳组分对土地利用方式的响应特征

土地利用方式影响土壤有机碳(SOC)及其组分,进而决定了碳库的稳定性.以林地为参照,分析我国红壤丘陵区农田(水田和旱地)SOC及其活性组分[可溶性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)和颗粒有机碳(POC)]和惰性组分[矿物结合态有机碳(MAOC)]含量,探讨土壤有机碳组分对土地利用方式的响应特征.结果表明,与旱地和林地相比,水田SOC、 MBC、 POC和MAOC含量均为最高.DOC含量以林地显著高于旱地和水田(P0.001).SOC各组分占SOC的比例,即DOC/SOC、 MBC/SOC、 POC/SOC和MAOC/SOC范围分别为0.22%～0.93%、 1.62%～2.70%、 31.08%～40.00%和43.22%～56.82%.活性组分(MBC和POC)含量与占比趋势一致,均以水田林地旱地.MAOC含量以水田最高、旱地最低,MAOC/SOC则以旱地最高、水田最低.相关分析表明,水田、旱地和林地中MBC、 POC和MAOC分别与SOC呈极显著正相关(P0.001),而DOC与SOC及其它组分均无显著相关性(P0.05);旱地、林地中POC与MBC呈极显著正相关(P0.001);水田、旱地MAOC与MBC呈极显著正相关(P0.001);3种土地利用方式下POC与MAOC呈极显著正相关(P0.001),POC/MAOC以水田最大,旱地最低.因而,与旱地和林地相比,水田SOC的活性组分比例高、惰性组分比例低,且其活性组分POC与微生物生物量关系不紧密,而惰性组分与微生物生物量显著相关.综上,农业利用显著改变红壤丘陵区土壤有机碳及其组成,水田虽有利于SOC固持,但其不稳定性组分占比较高,可能容易因不当耕作管理而丢失.     

稻田与旱地土壤中真菌和细菌对秸秆碳的利用特征

微生物将植物残体矿化为CO₂和同化为微生物细胞组成部分是新鲜有机物料转化为土壤有机质的关键环节.以亚热带两种典型农业利用（稻田和旱地）土壤为对象,采用40 d室内模拟培养试验结合磷脂脂肪酸-稳定同位素示踪联用(¹³C-PLFA-SIP)技术,研究¹³C标记秸秆的矿化特征以及参与秸秆降解的细菌和真菌类群变化规律.结果表明,培养前期（0.25～1 d）,秸秆碳在稻田土壤中的矿化速率高于旱地土壤,中期（2～20 d）以稻田土壤低于旱地土壤（P<0.05）,后期（21～40 d）两者矿化速率相当.培养结束时,秸秆碳在稻田土壤中的累积矿化率（11%）约为旱地（20%）的一半.尽管稻田土壤中总微生物量（PLFA总量）比旱地高,但两种土壤中秸秆碳被微生物同化为细胞组分的量(¹³C-PLFA)相当,且稻田中秸秆碳的富集比例(PLFA中¹³C占总碳量的百分比)低于旱地,说明稻田土壤中参与秸秆碳降解的活性微生物占比少.整个培养期内,稻田土壤中秸秆碳被微生物利用的优势类群为细菌(占^1...     

岩溶区典型灌丛植物根系丛枝菌根真菌群落结构解析

运用末端限制性片段长度多态性T-RFLP法(terminal restriction fragment length polymorphism),检测岩溶区典型13种灌丛植物根系丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)群落结构变化特征,探讨岩溶区AM与宿主植物是否存在选择特性.结果表明,不同灌丛植物根际土壤养分存在显著差异,豆科植物显著高于非豆科植物.聚类分析表明,13种灌丛植物均能被AM侵染,不同灌丛植物根系AM群落结构存在显著差异,尤其豆科与非豆科植物,但AM群落结构在9种非豆科植物间差异显著而在4种豆科植物间则差异不显著.冗余分析表明,影响豆科与非豆科植物根系AM群落结构的因子各异,土壤Olsen-P、p H和全氮是影响岩溶区灌丛植物根系AM群落组成结构的主要因子.研究还表明,岩溶区灌丛植物根系AM与宿主植物具有选择特性,这种选择特性出现在植物功能群的几率比植物种类大,将AM应用于岩溶区植物恢复时,应考虑AM与宿主植物的选择特性问题.     

有机物料投入对喀斯特地区土壤磷素赋存形态与含phoD基因细菌群落的影响

针对喀斯特地区有机物料盈余、土壤养分贫瘠和易流失的特点,设置长期有机物料还田小区定位试验,试验包括6个处理：不施肥对照（CK）、无机肥（NPK）、无机肥+玉米秸秆（NPKS）、无机肥+农家肥（NPKM）、无机肥+滤泥（NPKL）和无机肥+甘蔗灰（NPKA）.研究不同有机物料投入对土壤磷赋存形态和磷活化功能微生物（含有机磷矿化基因细菌）群落结构的影响.通过3 a断续的观测,结果表明,土壤全磷（TP）、速效磷（Olsen-P）和二钙磷（Ca₂-P）含量呈逐年增加趋势,而氯化钙磷（CaCl₂-P）含量呈先降低再增加的趋势;与不施肥对照相比,有机物料投入尤其是滤泥配施能显著提高土壤全氮（TN）、TP、Olsen-P、CaCl₂-P和Ca₂-P含量,其次是甘蔗灰和农家肥配施处理;相关分析表明,CaCl₂-P、Ca₂-P和Olsen-P均与土壤交换性钙（Ca-ex）含量显著正相关;冗余分析（RDA）表明土壤TN、Ca-ex、有机碳（SOC）和土壤全钾（TK）含量是影响土壤磷组分的关键因子.高通量测序分析含有机磷矿化基因（含phoD基因）细菌群落结果表明,与不施肥对照相比,秸秆还田配施无机肥处理显著增加土壤含phoD基因细菌丰富度,但各处理间含phoD基因细菌群落结构无显著差异.RDA分析结果表明,土壤Ca-ex、TK、Olsen-P、pH和SOC是驱动含phoD基因细菌群落变化的关键因子.总体上看,无机肥配施滤泥、甘蔗灰和农家肥是广西喀斯特地区农田土壤较为合适的养分管理方式.研究可为喀斯特地区有机废弃资源利用与土壤磷素管理提供科学依据.