长期不同施肥条件下红壤性水稻土微生物群落结构的变化

以位于江西省红壤研究所内长期定位试验的水稻土(始于1981年)为研究对象,运用磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid,PLFA)和BIOLOG分析技术研究了不施肥(CK)、单施化肥(NPK)及有机肥与化肥混施(NPKM)三种施肥方式对土壤微生物群落结构的影响。结果表明:长期施化肥和有机肥与化肥混施处理的PLFA总量均高于未施肥处理,两者分别较未施肥处理高91%和309%;PLFA主成分分析(PCA)显示施肥促进了土壤微生物群落结构的变化,其中NPKM处理增加了革兰氏阴性细菌(G-细菌)、真菌、放线菌和原生动物的数量,NPK处理增加了革兰氏阳性细菌(G+细菌)的数量,不施肥处理较施肥处理提高了真菌/细菌比例,CK和NPK处理的微生物群落结构更为相似;各施肥处理间土壤的AWCD值(平均每孔颜色变化率,average well color development,AWCD)表明,NPKM处理能够促进土壤微生物群落对碳源的利用能力,进而增加土壤中微生物的整体活性,而NPK处理减弱了土壤微生物的活性。代谢功能多样性分析同时表明,NPKM处理增加了微生物群落的多样性,而NPK处理使土壤微生物的多样性降低;土壤PLFA与土壤养分的相关性分析显示,土壤总PLFA量与土壤有机质和全氮呈极显著相关(p0.01),与速效养分相关性不大。     

长期冬种绿肥对红壤性水稻土微生物特性及酶活性的影响

以农业部衡阳红壤环境重点野外科学观测基地长期冬种绿肥稻田为平台,研究了双季稻种植区长期冬种绿肥下红壤性水稻土微生物特性及酶活性与土壤质量的关系,阐明了长期冬种绿肥翻压下土壤健康的微生物指标功能。研究分析了26年冬种不同绿肥的红壤性水稻土微生物学参数之间的差异及其提升土壤肥力的作用,结果表明,与冬季休闲处理相比,长期冬种绿肥翻压处理的微生物种群数量、微生物生物量碳(SMBC)、微生物生物量氮(SMBN)、土壤呼吸、脲酶、转化酶和脱氢酶活性都有所提高,代谢熵(qCO2)降低,以长期冬种紫云英翻压处理效果最明显。微生物种群数量、SMBC、脲酶、脱氢酶与土壤总有机碳(TOC)、全氮(TN)、速效氮(AN)、缓效钾(SLK)和速效钾(AK)呈显著或极显著相关;TOC,TN,AN,SLK,AK,微生物种群数量,脲酶、转化酶、脱氢酶活性与水稻产量呈显著正相关关系。长期冬种绿肥翻压能明显地改善红壤性水稻土的微生物特性与酶活性,提高土壤肥力。     

长期施用有机和无机肥对红壤微生物群落特征及功能的影响

以建于1990年的湖南祁阳长期有机无机定位试验为平台,选择不施肥、无机肥、有机肥及有机肥化肥配施4个处理,利用高通量测序和实时荧光定量技术,研究了长期施用有机肥和无机肥祁阳红壤细菌和真菌的群落特征;利用常规分析方法,研究了土壤微生物呼吸、酶活性和土壤基本理化性质,探索了长期施肥的土壤微生物群落结构与其功能以及土壤养分之间的关系。结果表明,长期施肥改变了土壤的pH值和养分循环;长期施用有机肥增加细菌与真菌种群丰度和多样性;单施化肥增加了真菌种群丰度与多样性,但是对细菌的种群丰度与多样性影响不大;施肥显著改变了土壤细菌与真菌的群落结构,细菌群落结构的改变显著影响土壤微生物呼吸、β-纤维素二糖水解酶以及酚氧化物酶的活性,而真菌群落的改变对微生物的功能影响不明显。本研究表明,施用有机肥不但可以缓解化肥引起的土壤酸化,还能支持更大、更丰富的微生物群体,从而维持更高的土壤活性,对维持或提高土壤肥力具有重要意义。     

长期施肥对红壤性水稻土有机磷组分的影响

以19年肥料长期定位试验为背景,应用Bowman和Cole的有机磷分组方法,对红壤性水稻土有机磷组分及其变化进行了研究。结果表明:红壤性水稻土耕层有机磷含量较高,为225.93～322.47mgkg-1,占土壤全磷的28.59%～42.34%。土壤有机磷各组分中以中度活性有机磷含量最高,平均为134.80mgkg-1,占有机磷总量的51 58%;中度稳定性有机磷(92.46mgkg-1)占35.38%;高度稳定性有机磷(20.35mgkg-1)占7.79%;活性有机磷含量最低(13.67mgkg-1),占5.23%;长期施肥对土壤各组分有机磷量产生影响,耗磷处理,主要是中度活性有机磷和活性有机磷下降,降低量以CKNK处理。施磷主要促进中度稳定性有机磷和高度稳定性有机磷的增加,增加幅度以NPK+OMPNPK处理。不同施肥措施对土壤有机磷和无机磷库的耗竭或积累速度是不同的,耗磷条件,土壤有机磷/无机磷的比值上升,施磷使有机磷/无机磷比值下降.土壤供磷强度与有机磷/无机磷的比值呈显著负相关(r=-0.9497* ,r0.05=0.878)。     

长期施用化肥对红壤性水稻土中微生物生物量、活性及群落结构的影响

利用化肥长期定位试验,研究了施肥对土壤微生物生物量、活性及其群落结构的影响.结果表明:与不施肥相比,长期施用化肥不仅增加了土壤微生物生物量,而且导致了土壤微生物群落结构的分异.其中,有机无机配施处理和2倍NPK配施处理显著提高了土壤有机质含量、全N含量、土壤微生物生物量和土壤微生物活性.NPK均衡施肥处理对土壤有机质、土壤微生物生物量及其活性的影响小于非均衡施肥的处理(NP、NK、N、P、K),适当增施K肥有利于提高土壤微生物中真菌的比例.     

长期施肥对旱地红壤微生物和酶活性的影响

以中国科学院鹰潭红壤生态试验站长期有机肥与无机肥处理的旱地红壤为研究对象,探讨了长期不同施肥处理对土壤中可培养微生物数量、土壤微生物生物量碳(SMBC)及脲酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶、脱氢酶和转化酶等5种土壤酶活性的影响。结果表明,长期施厩肥处理能显著提高土壤有机质含量及SMBC,增加土壤真菌的数量和土壤酶活性。无机肥NK(缺P)处理下微生物数量、SMBC和5种土壤酶活性均显著降低,说明磷元素对维持土壤良好的生化环境至关重要,是供试土壤样点中最主要的限制性营养元素。相关性分析表明,各种土壤酶活性之间均呈显著或极显著正相关; 酶活性与土壤有机质、SMBC和真菌数量之间呈显著或极显著正相关,表明土壤酶活性能够有效地反映旱地红壤在长期施肥条件下土壤质量的变化。     

长期施肥对红壤性水稻土磷素积累与形态分异的影响

通过红壤性水稻土１９ａ肥料长期定位试验,结果表明,不施磷处理的土壤磷素处于耗竭状态,耕层土壤会磷含量持续下降,但耕层以下土层的全磷尚未耗损;连年施磷的土壤耕层全磷含量提高,提高的幅度呈现明显量级关系。在本试验条件下,土壤中各组分无机磷含量以Ｆｅ－Ｐ和Ｏ－Ｐ为主体,各占土壤无机磷总量的４４．６３％和３１．２７％;其次是Ａｌ－Ｐ和Ｃａ１０－Ｐ,分别占１１．８７％和８．０１％,Ｃａ２－Ｐ占３．５２％;Ｃａ８－Ｐ只有当土壤无机磷达到一定丰度和供磷强度时才存在,对水稻磷素营养的贡献无实际意义。各组分无机磷对水稻的有效性以Ｃａ－Ｐ〉Ａｌ－Ｐ〉Ｆｅ－Ｐ〉Ｏ－Ｐ〉Ｃａ１０－Ｐ;而对水稻磷素营养的贡献则以Ｆｅ－Ｐ〉Ｏ－Ｐ〉Ａｌ－Ｐ〉Ｃａ２－Ｐ〉Ｃａ１０－Ｐ;长期耗磷或施磷、土壤各组分无机磷减少或增加量的排列顺序与土壤中各组分无机     

长期施肥对红壤性水稻土团聚体特征的影响

利用干筛法研究了红壤性水稻土连续施肥23年后,各粒径土壤团聚体含量及其特征值变化.结果表明:施用有机肥(NPKM、OM)与CK相比,可提高粒径3～5 mm土壤团聚体含量25.4%～24.6%,并分别降低粒径0.05～0.25 mm、＜0.05mm团聚体含量70.6%～71.1%和113.6%～121.7%,差异达显著水平;单施化肥处理(N、NP、NPK)与CK相比,各粒径土壤团聚体含量无明显差异,表明施肥对红壤性水稻土团聚体的影响主要受有机肥的控制.施用有机肥显著提高红壤性水稻土团聚体的平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD),而降低团聚体的分形维D值:水稻土团聚体的MWD、GMD与＞3 mm团聚体含量和水稻年产量存在显著的正相关,而团聚体分形维D值则与＞3 mm团聚体含量和水稻年产量存在显著的负相关,因而土壤团聚体的MWD、GMD和分形维D值可较客观地反映土壤肥力的状态.不同施肥处理的水稻年产量与粒径3～5 mm团聚体含量呈显著正相关而与0.05～0.25 mm、＜0.05 mm团聚体含量呈显著负相关,表明红壤性水稻土团聚体干筛分析条件下,粒径3～5 mm、0.05～0.25 mm、＜0.05 mm团聚体含量可作为红壤性水稻土土壤肥力表征的物理性指标.     

长期施肥对红壤双季稻冬闲田春季杂草群落的影响

利用始于1982年的红壤双季稻田长期施肥定位试验,于2012年采用田间调查法研究了在无机肥(化肥NPK)与有机肥(M)氮磷钾养分等量条件下,长期施用有机肥、无机化肥和有机肥无机肥配施模式下红壤双季稻冬闲田春季杂草生物量及群落密度和群落多样性的变化。结果表明:有机肥无机肥配施改变了优势杂草种类,增加了杂草总密度和总生物量。化肥氮钾配施有机肥(NKM)处理的杂草种类数量最多,化肥氮磷配施有机肥(NPM)处理的最少。施肥处理中,M处理的杂草群落多样性指数、均匀度指数和优势度指数均最高,分别为1.118 6、0.732 3和0.629 7;其杂草总密度最低,为297.0株?0.25m?2。NPK处理的杂草总生物量最低,为58.0 g?0.25m?2。NPM处理的杂草群落多样性指数值、均匀度及优势度指数值均显著低于其他处理;其杂草总密度和杂草总生物量均最高,分别为539.7株?0.25m?2和109.5 g?0.25m?2;其优势杂草日本看麦娘的密度为428.0株?0.25m?2,相对密度为79.31%,明显高于其他处理优势杂草的密度和相对密度。春季杂草总干物质量与土壤碱解氮正相关(相关系数为0.703),与土壤p H负相关(相关系数为0.697),相关性不显著;与土壤有效磷显著正相关(相关系数为0.758*)。长期不同施肥模式下红壤稻田磷素是导致田间春季杂草群落特征变化的主要因素,通过改变土壤有效磷和碱解氮含量及土壤p H,能有效调控红壤双季稻冬闲田春季杂草生物量及群落密度和生物多样性。     

长期施肥对红壤有机碳矿化及微生物活性的影响?

为评价不同施肥条件下红壤有机碳矿化和微生物活性及两者之间的关系,对长期定位试验施有机肥（M）、施用氮、磷、钾化肥（NPK）、有机肥配合化肥（NPKM）、秸秆配合化肥（NPKS）和不施肥（CK）共5个处理的红壤进行室内培养,分析不同施肥处理下红壤有机碳矿化的CO2释放量﹑微生物数量及微生物碳源代谢特征。结果表明,不同施肥处理的土壤有机碳矿化释放CO2量差异显著,由一级反应动力学方程拟合计算出土壤潜在有机碳矿化释放CO2–C量的大小顺序：M > NPKM > NPK ≈NPKS > CK,其值分别为180.3﹑88.5﹑47.6﹑43.4和34.5 mg/kg 。培养初期微生物活性较弱时CO2的释放速率最高,微生物数量的增长落后于有机碳矿化速率变化,但培养14﹑35和69 d 时3种微生物数量大小顺序为M > NPKM > NPK≈NPKS≈ CK,处理间差异显著且与CO2释放量显著相关。不同施肥处理间微生物群落结构差异显著,其趋势与有机碳矿化相符合。说明长期施肥特别是长期施用有机肥能影响微生物的群落结构,提高红壤微生物活性,进而促进微生物对有机碳的矿化。     

有机栽培和常规栽培水稻体系土壤酶及微生物量的比较研究

本研究探讨了有机栽培与常规栽培体系下水稻土微生物量及脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶的动态变化过程,以及有机栽培体系不同肥料调控措施对上述指标的影响.结果表明:与常规栽培水稻体系相比,有机栽培水稻有利于土壤微生物的生长和繁衍;水稻生长不同时期有机栽培方式的土壤微生物生物量碳、脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性均高于常规栽培体系.就水稻全生育期而言,土壤微生物生物量碳高于常规栽培7.3%～9.1%;脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性分别高于常规栽培7.3%～14.5%、5.2%～6.5%和12.5%～29.2%;有机水稻栽培体系下配施生态肥,在有机肥施用量减半时,土壤微生物生物量碳含量及土壤脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性较单施有机肥平均分别提高1.6%、6.8%、1.3%和14.8%,在水稻生长前期和中期该增加作用尤为显著.     

长期不同施肥对黄泥田土壤酶活性和微生物的影响

以农业部耕地保育福建观测实验站的长期肥料试验为平台,研究了长期不同施肥对黄泥田土壤酶活性和微生物的影响。结果表明:与不施肥(CK)相比,单施NPK(NPK)、NPK配施牛粪(NPKM)及NPK配施秸秆(NPKS)的土壤酶活性均有不同程度的提高,其中NPKM可显著提高转化酶活性,NPKS可显著提高脲酶活性。施肥均不同程度地提高了土壤细菌、真菌及放线菌的数量,尤其是放线菌数量,提高幅度均达到显著性水平;NPKS可显著提高土壤细菌数量,NPKM可显著提高土壤真菌数量。施肥均会对真菌群落产生重要影响;单施化肥对土壤细菌群落的影响不大,增施有机物料会对细菌群落产生明显影响;施用牛粪会对放线菌优势群落产生影响。以上结果表明,有机无机配施更有利于提高土壤酶活性和土壤微生物数量,提升土壤生物肥力。     

长期不同施肥模式红壤性水稻土磷素变化

【目的】研究红壤性水稻土长期不同施肥模式下耕层土壤有效磷含量与全磷含量的变化特征,以及有效磷含量与累积磷盈亏的关系,分析不同形态磷肥对土壤磷素有效性影响的差异,找出最有效的红壤性水稻土磷素培肥施肥方式。【方法】供试土壤取自1981~2012年在江西进行的红壤双季稻稻田长期定位试验。试验自始至终保持水分、农药等日常田间管理与当地习惯相同,统一水稻品种并定期更换。试验设5个处理:施氮钾肥(NK);氮磷钾化肥(NPK);两倍氮磷钾化肥(NPK2);早稻氮磷钾化肥配施紫云英,晚稻氮磷钾化肥配施猪粪(NPKM);长期不施肥(CK)。分析了耕层土壤有效磷含量和全磷含量计算了有效磷增量与累积磷盈亏的相互关系。【结果】试验32年后对照土壤磷年均亏缺22.7 kg/hm2,有效磷含量在低水平下维持平衡;NK处理磷素年均亏缺27.9kg/hm2,显著高于不施肥处理,全磷含量缓慢降低32年累计降低了8.6%,有效磷含量呈持平趋势。NPK、NPK2、NPKM处理土壤磷素均有盈余,年均盈余量分别为33.3、39.0、41.0 kg/hm~2,全磷含量分别增加了32.1%、89.4%、165.1%,有效磷含量分别增加了2.2、6.9、15.3倍,年上升速率分别为0.30、1.18、1.79 mg/kg,有效磷增量与累积磷盈余呈显著正相关。NPK化肥配施有机肥处理不仅提高土壤有效磷及全磷的含量,还显著提高磷素有效性。水稻产量增加量随累积磷投入量和有效磷的增加而增加,前期增加较快后期增加较慢,有效磷含量具有明显的拐点,其值超过20 mg/kg后产量就增加缓慢。【结论】红壤性水稻土在双季稻种植模式下,长期不施磷肥处理土壤全磷含量缓慢降低,有效磷含量可维持低水平下的平衡。施磷处理土壤全磷含量,有效磷含量以及磷素有效性均呈上升趋势且无机磷肥与有机磷肥配施处理上升最快。无机磷肥与有机磷肥配合施用在提高土壤全磷含量的同时也提高磷素的有效性。土壤有效磷超过20 mg/kg后相对产量提高缓慢。氮磷钾化肥与有机肥配合施用是提高耕层土壤磷素库容和提高磷素活化能力的有效措施。     

红壤旱地玉米开花期土壤酶活性对长期施肥的响应

【目的】 长期施肥条件下,土壤酶活性与土壤养分周转和作物生长密切相关,因此,研究驱动土壤速效氮磷钾养分和作物养分吸收的关键土壤酶活性因子十分重要。 【方法】 基于始于1986年的红壤旱地长期施肥定位试验,于试验进行31年时的早玉米开花期 (2017年6月18日) 采集不施肥 (CK)、氮磷钾化肥 (NPK)、两倍氮磷钾化肥 (2NPK)、氮磷钾化肥配施有机肥 (NPKM)、单施有机肥 (OM) 5个处理的土壤样品,分析土壤蔗糖转化酶 (INV)、脱氢酶 (DEH)、纤维素酶 (CEL)、脲酶 (UR)、多酚氧化物酶 (PHOX)、酸性磷酸酶 (ACP) 和β-葡萄糖苷酶 (BG) 的变化规律,并利用冗余分析 (RDA) 探讨了驱动红壤旱地速效养分和玉米氮磷钾含量的关键土壤酶活性因子。 【结果】 与CK处理相比,施肥可以显著增加红壤旱地的土壤酶活性,且以NPKM处理的土壤酶活性最高。NPKM处理下INV、DEH、UR、PHOX、ACP和BG活性分别比OM处理增加了13.7%、13.5%、10.6%、10.5%、5.6%和13.4%,比2NPK处理增加了32.4%、112.2%、22.8%、33.3%、27.6%和50.4%。但是,在氮磷钾化肥用量之间,呈现出2NPK处理的CEL和UR活性显著高于NPK处理 (增幅为26.0%和50.6%),而INV、DEH、PHOX、ACP和BG均无显著差异。土壤pH、有机碳、速效氮磷钾和植株氮磷钾含量也呈现出NPKM处理显著高于其他处理的规律。RDA结果表明,INV、CEL和UR是影响土壤速效氮磷钾和植株养分含量的关键酶活性因子 (R2 > 0.90, P < 0.001)。 【结论】 在红壤旱地上,玉米开花期土壤酶活性对不同施肥处理的响应规律不同,其中有机无机肥配施更有利于提高土壤酶活性,且纤维素酶和脲酶活性对氮磷钾化肥用量改变的响应比较敏感。土壤蔗糖转化酶、纤维素酶和脲酶可以作为关键酶活性因子表征玉米开花期红壤旱地的养分周转和迁移。      

长期不同施肥下红壤性水稻土综合肥力评价及其效应

以江西进贤红壤性水稻土长期试验为基础,运用模糊数学及统计学方法进行土壤肥力综合评价及其效应研究,以期达到土壤培肥的目的.结果表明,有机质、速效氮、速效磷、速效钾、物理性粘粒、团聚度和团聚体稳定率为研究区土壤肥力评价最小数据集,由其所得评价结果具有高度代表性和科学性.NPKM的SFI值最大且与其他处理均呈显著差异.NPKM、2NPK、NPK各处理SFI值分别高出对照(CK) 31.3％、13.0％和10.1％.SFI值的时间演变为NPKM处理先增后降,临界年限在第12年,N和CK处理缓降,其它处理缓增.一定范围内,二次曲线较直线更能揭示作物产量与SFI的关系,进一步拟合发现,SFI和作物相对产量间符合“S”型波尔兹曼生长曲线,SFI增至0.60时,相对产量增幅趋零,NPKM处理(SFI=0.688)已属于此;模拟可知,作物产量趋稳时相应施肥年限表现为NPKM (2a) ＜2NPK (8a) ＜NPK (9a) ＜NP (11a) ＜K、NK (13a)＜P(14a)处理.综上,长期平衡施肥(NPKM、2NPK和NPK)明显提高土壤综合肥力,NPKM更为显著,但其现状对作物增产已无效,应减施或不施若干年;长期偏施肥对土壤肥力贡献不力,尤其是长期单施氮反使土壤肥力下降.     

不同施肥处理对湖南红壤中微生物数量及酶活性的影响

对湖南红壤长期定位试验田的土壤进行了土壤微生物类群的数量和土壤酶活性的测定与分析,结果表明:NPK配施有机肥能明显提高红壤中各类有益微生物的数量。显著增强土壤过氧化氢酶、脲酶和磷酸酶活性。采用小麦、大豆、红薯轮作的方式也能较好地培肥土壤,提高有益微生物的数量及过氧化氢酶和磷酸酶活性,直接施有机肥的处理也有较好的效果,而单施N肥几乎各项指标都处于最低值。     

Balanced fertilization improved soil ammonia-oxidizing bacterial community in latosolic red soil

Abstract

We investigated the impact of nitrogen (N), phosphorus (P), potassium (K) (NPK) and NPK plus glucose-balanced fertilization compared with N-only fertilization on the soil pH, NH₄ ⁺, NO₃ ^?, ammonia-oxidizing bacterial community, bacterial community and function during microcosm incubation. The NPK and NPK plus glucose treatments resulted in significantly reducing soil acidification and NO₃ ^? accumulation compared with the N-only fertilization. The terminal restriction fragment size measuring 283 (Nitrosospira) and 54 bp (unidentified) were predominant in the soil ammonia-oxidizing bacterial composition for all treatments. The N-only fertilization did not change the ammonia-oxidizing bacterial community, the bacterial community composition based on terminal restriction fragment length polymorphism analysis, and the bacterial functional diversity based on Biolog EcoPlate^TM incubation. The NPK and NPK plus glucose treatments resulted in a shift in the soil ammonia-oxidizing bacterial community and bacterial community composition, and significantly increased the bacterial functional diversity (average well colour development, Richness and Shannon index). Nitrosomonas species were detected in the soil upon NPK and NPK plus glucose treatment on incubation day 9 but not on days 1 and 31. The effect of NPK treatment on the bacterial community composition was transient; a new 116 bp fragment was present on incubation day 9, but the data returned to their original values by day 31. In contrast, treatment with NPK plus glucose resulted in the appearance of a new 116 bp fragment that remained until incubation day 31. These results demonstrated that the balanced fertilization of N, P, K and glucose, plays an important role in regulating ammonia-oxidizing bacterial community quickly, and promoting nitrification functions. The results also showed the importance of balanced fertilization in reducing acidification, improving bacterial community structure and function in latosolic red soil. Therefore, optimizing the ammonia oxidation process by balanced fertilization may be helpful to reduce the loss of soil nitrogen.     

不同土地利用方式对三峡库区消落带土壤细菌和真菌多样性的影响

  目的  明确不同土地利用方式下第四纪古红土细菌和真菌群落特征,为古红土健康评价提供重要的生物性状数据,并为古红土资源的合理利用和科学管理提供指导。  方法  以疏林荒草地、荒草地、林地、耕地第四纪古红土和附近处于同一地层的埋藏第四纪古红土为研究对象,并以埋藏古红土作为对照组,利用高通量测序技术对不同土地利用方式下第四纪古红土细菌和真菌群落的丰富度、多样性和群落组成的变化进行分析,结合古红土理化性状,系统揭示不同土地利用方式下第四纪古红土细菌和真菌的群落特征。  结果  ①不同土地利用方式下第四纪古红土间微生物α 多样性指数存在显著差异,较埋藏古红土,疏林荒草地、荒草地、林地和耕地古红土的细菌丰富度指数和多样性指数以及真菌的丰富度指数均显著增加,耕地的真菌多样性指数显著降低。②埋藏古红土出露地表后不同利用方式下第四纪古红土细菌和真菌优势菌群的相对丰度发生显著变化。较埋藏古红土,其他不同土地利用方式下古红土中变形菌门的相对丰度均显著降低,酸杆菌门、绿弯菌门和芽单胞菌门的相对丰度均显著增加;疏林荒草地、荒草地和林地的子囊菌门的相对丰度显著降低,疏林荒草地和耕地的担子菌门的相对丰度显著增加,林地的被孢霉门的相对丰度显著增加。③古红土细菌和真菌群落的主坐标分析以及层次聚类分析显示,不同土地利用方式下第四纪古红土细菌和真菌群落结构发生变化,其中,荒草地与林地的群落结构最为相近。  结论  埋藏古红土出露地表后不同土地利用方式下第四纪古红土细菌和真菌丰富度、多样性以及群落组成都发生显著变化。研究结果可为开展古红土健康状况评价提供重要的生物性状数据,并为科学地管理与利用古红土资源奠定基础。     

Microbial composition and diversity of an upland red soil under long-term fertilization treatments as revealed by culture-dependent and culture-independent approaches

Background, aim, and scope  Fertilization is an important agricultural practice for increasing crop yields. In order to maintain the soil sustainability, it is important to monitor the effects of fertilizer applications on the shifts of soil microorganisms, which control the cycling of many nutrients in the soil. Here, culture-dependent and culture-independent approaches were used to analyze the soil bacterial and fungal quantities and community structure under seven fertilization treatments, including Control, Manure, Return (harvested peanut straw was returned to the plot), and chemical fertilizers of NPK, NP, NK, and PK. The objective of this study was to examine the effects on soil microbial composition and diversity of long-term organic and chemical fertilizer regimes in a Chinese upland red soil. Materials and methods  Soil samples were collected from a long-term experiment station at Yingtan (28°15′N, 116°55′E), Jiangxi Province of China. The soil samples (0–20 cm) from four individual plots per treatment were collected. The total numbers of culturable bacteria and fungi were determined as colony forming units (CFUs) and selected colonies were identified on agar plates by dilution plate methods. Moreover, soil DNAs were extracted and bacterial 16S rRNA genes and fungal 18S rRNA genes were polymerase chain reaction amplified, and then analyzed by denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE), cloning, and sequencing. Results  The organic fertilizers, especially manure, induced the least culturable bacterial CFUs, but the highest bacterial diversity ascertained by DGGE banding patterns. Chemical fertilizers, on the other hand, had less effect on the bacterial composition and diversity, with the NK treatment having the lowest CFUs. For the fungal community, the manure treatment had the largest CFUs but much fewer DGGE bands, also with the NK treatment having the lowest CFUs. The conventional identification of representative bacterial and fungal genera showed that long-term fertilization treatments resulted in differences in soil microbial composition and diversity. In particular, 42.4% of the identified bacterial isolates were classified into members of Arthrobacter. For fungi, Aspergillus, Penicillium, and Mucor were the most prevalent three genera, which accounted for 46.6% of the total identified fungi. The long-term fertilization treatments resulted in different bacterial and fungal compositions ascertained by the culture-dependent and also the culture-independent approaches. Discussion  It was evident that more representative fungal genera appeared in organic treatments than other treatments, indicating that culturable fungi were more sensitive to organic than to chemical fertilizers. A very notable finding was that fungal CFUs appeared maximal in organic manure treatments. This was quite different from the bacterial CFUs in the manure, indicating that bacteria and fungi responded differently to the fertilization. Similar to bacteria, the minimum fungal CFUs were also observed in the NK treatment. This result provided evidence that phosphorus could be a key factor for microorganisms in the soil. Thus, despite the fact that culture-dependent techniques are not ideal for studies of the composition of natural microbial communities when used alone, they provide one of the more useful means of understanding the growth habit, development, and potential function of microorganisms from soil habitats. A combination of culture-dependent and culture-independent approaches is likely to reveal more complete information regarding the composition of soil microbial communities. Conclusions  Long-term fertilization had great effects on the soil bacterial and fungal communities. Organic fertilizer applications induced the least culturable bacterial CFUs but the highest bacterial diversity, while chemical fertilizer applications had less impact on soil bacterial community. The largest fungal CFUs were obtained, but much lower diversity was detected in the manure treatment. The lowest bacterial and also fungal CFUs were observed in the NK treatment. The long-term fertilization treatments resulted in different bacterial and fungal compositions ascertained by the culture-dependent and also the culture-independent approaches. Phosphorus fertilizer could be considered as a key factor to control the microbial CFUs and diversity in this Chinese upland red soil. Recommendations and perspectives  Soil fungi seem to be a more sensitive indicator of soil fertility than soil bacteria. Since the major limitation of molecular methods in soil microbial studies is the lack of discrimination between the living and dead, or active and dormant microorganisms, both culture-dependent and culture-independent methods should be used to appropriately characterize soil microbial diversity.