黄河故道盐沼土壤碳、氮含量和氨氧化微生物分布特征

以黄河三角洲南岸故道为研究区,研究湿地土壤中各形式碳、氮含量和氨氧化微生物的分布特征。选择氨单加氧酶基因(amo A)和联氨合成关键基因(hzs B),分别作为氨氧化古菌(AOA)、氨氧化细菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(anammox)的分子标记,通过分子生物技术手段,进行定量分析。结果表明,土壤盐度和全碳含量是影响湿地土壤中全氮含量、硝态氮含量、铵态氮含量和氨氧化古菌丰度的主要指标。近海光滩和芦苇(Phragmites australis)—柽柳(Tamarix chinensis)盐沼土壤的铵态氮含量较高,柽柳盐沼土壤的硝态氮含量较高。土壤盐度、全碳和全氮含量由海向陆逐渐增高。油田区盐沼土壤的硝态氮含量在不同深度呈现强变异性,变异系数大于1,在10~20 cm深度土壤中达到1.55。光滩土壤的氨氧化古菌丰度为3.41×108~1.9×104copies/g;油田区盐沼土壤的氨氧化古菌和氨氧化细菌丰度在0~20 cm深度较高,氨氧化古菌丰度为1.69×108~5.6×105copies/g,氨氧化细菌丰度为1.41×107~1.20×104copies/g,厌氧氨氧化菌分布在30~40 cm深度土壤中,丰度为7.85×105copies/g。柽柳盐沼土壤的硝态氮含量和氨氧化微生物丰度较高,表明该区域是湿地氨氧化反应的活跃区。氨氧化古菌和氨氧化细菌丰度比值随着盐度降低而降低,氨氧化古菌在0~40 cm深度都检测到丰度,说明氨氧化古菌比氨氧化细菌和厌氧氨氧化菌具有更广阔的生态位。     

氮肥及秸秆有益于提高设施番茄土壤芽孢杆菌及假单胞菌的种群数量（英文）

设施番茄根层氮素管理可以有效减少氮肥的用量及避免硝酸盐污染,但是在设施番茄生产中减少氮肥用量对土壤微生物,尤其对优势菌群有何影响目前还知之甚少。本文以6年定位试验中不同氮肥用量及秸秆处理的设施番茄连作土壤为研究对象,研究不同氮肥用量及秸秆处理对土壤细菌和两种主要细菌(假单胞菌及芽孢杆菌)以及对土壤微生物群落结构的影响。设置如下处理:对照(10 t ha-1鸡粪作为底肥)、传统高氮处理(600 kg N ha-1)、传统高氮+小麦秸秆处理、减氮处理(300 kg N ha-1)及减氮处理+小麦秸秆处理。研究结果表明,6年减氮处理并未导致番茄减产;与对照相比,化学氮肥及秸秆的施用均显著增加了土壤细菌、芽孢杆菌及假单胞菌的数量,但不同氮肥用量之间对土壤细菌、芽孢杆菌及假单胞菌数量的影响无显著性差异。DGGE图谱表明氮肥用量及秸秆添加导致土壤微生物群落结构的改变,但不同氮肥用量对土壤细菌多样性的影响不显著。本研究结果表明减少一半氮肥用量既不会导致减产,也不会对土壤微生态环境产生不利影响,因此,在该试验条件下减少氮肥用量是可行并且有益于农业可持续发展的举措。     

南海北部陆坡表层沉积物氨氧化古菌多样性初探

基于南海北部陆坡不同深度梯度3个站位表层沉积物古菌氨单加氧酶基因（amoA）文库,对3个站位氨氧化古菌进行多样性和系统发育学分析。多种方法构建的系统发育树表明：3个站位所有的amoA基因序列都隶属于奇古菌门中Group I分枝内的Group I.1a系群,且各站位之间氨氧化古菌多样性没有明显的差异。501站位黑色砂质沉积物中古菌amoA基因与该站位的16S rRNA基因的系统发育比对显示：这2种基因标记的系统发育树整体上具有潜在的对应关系,说明对样品的氨氧化古菌多样性分析比较全面且可靠;并进一步暗示该样品中氨的硝化作用主要由奇古菌门下的Group I.1a系群来执行。由此可以推测：Group I.1a系群可能在南海北部表层沉积物中氮素的生物地球化学循环过程中扮演重要的角色。     

人工湿地中典型基质和关键微生物的脱氮作用研究进展

人工湿地具有高效、低能耗、低投入、绿色和环境友好等优点,其被广泛应用在污水处理工艺中。人工湿地中的基质和微生物是人工湿地系统的重要组成部分,其在人工湿地脱氮过程中起着关键作用。从人工湿地处理污水的角度,概述了人工湿地中生物炭、纳米零价铁、生物炭负载纳米零价铁等典型基质(填料)和氨氧化、反硝化、厌氧氨氧化、厌氧铁氨氧化微生物在脱氮中的作用研究进展,提出了未来相关研究的方向。     

艾比湖原核微生物菌群结构演变与环境因子关系分析

用非培养法获得新疆维吾尔自治区艾比湖湖底沉积物原核微生物菌群组成,并与已有盐湖原核微生物菌群数据进行比对,分析湖泊由淡水湖向盐湖演替过程中原核微生物群落结构变化规律。实验获得艾比湖原核微生物16S rRNA基因序列,并从NCBI数据库下载赛里木湖、柴窝堡湖和顿巴斯他乌盐湖3个湖泊的非培养原核微生物16S rRNA基因序列数据。用不同盐湖细菌和古菌16S rRNA序列信息构建系统发育树并与其理化指标进行典型性相关分析。同源比对及聚类结果显示,艾比湖湖底沉积物中细菌包括4个门,拟杆菌门(Bacteroidetes)占克隆文库的64%,变形菌门(Proteobacteria)占9.4%,厚壁菌门(Firmicutes)占3.4%,放线菌门(Actinobacteria)占2.6%,此外含有未分类类群20.6%。古菌含有两个门,广古菌门(Euryarchaeota,98.3%)和盐纳古菌门(Nanohaloarchaeota,1.7%)。不同盐湖系统发育树结果显示,随盐度增加,盐湖细菌从变形菌门向拟杆菌门演替；古菌从奇古菌门和泉古菌门向广古菌门和盐纳古菌门演替。RDA结果显示,Na⁺、Cl-、SO₄2-和矿化度对盐湖原核微生物多样性结构起到决定性的作用,K⁺、Mg²⁺和Ca²⁺对艾比湖菌群结构影响作用最为显著。原核微生物群落会随着湖水盐浓度的增加和盐湖化学成分的不同而发生演替。     

氮素添加对黄土高原荒漠草原草本植物物种多样性和生产力的影响

为了解大气氮沉降对荒漠草原植物物种多样性和生产力的影响,在黄土高原荒漠草原区进行了氮素添加试验,研究了氮素添加量对草本植物物种多样性和植物生产力的短期影响.结果表明:随氮素添加量的增加,群落Margalef物种丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数显著减小,中,高水平氮素添加处理下,群落Margalef物种丰富度指数和Shannon-Wiener 多样性指数分别比对照下降了39.14%、47.07% 和25.57%、31.52%.随氮素添加量的增加,主要优势植物种相对重要值增大;处于弱势的伴生植物种在氮素添加后从群落中消失.氮素添加后,群落生产力显著提高,尤其是低水平氮添加时生产力增加量最大.氮素增加在短期内即可以提高黄土高原荒漠草原草本植物群落生产力,促进优势种群的生长,抑制不占主要地位的伴生种的生长,改变物种组成并降低物种多样性.     

湿地生态系统中主要功能微生物研究进展

阐述了湿地生态系统中主要功能微生物的多样性特点,以及主要功能微生物群落结构多样性在地域、环境、湿地类型中的差异;概括了主要功能微生物在湿地中污染物的降解、温室气体释放等方面的作用;概述了氨氧化微生物、产甲烷古菌和甲烷氧化细菌、反硝化细菌和真菌以及硫酸盐还原菌与硫氧化细菌等主要功能微生物的相关研究进展;总结了植被和养分元素对湿地生态系统中微生物影响的研究成果。针对各种外在因素影响湿地微生物的详细机制尚不明确,湿地生态系统中植被与微生物多样性的关系存在争议,以及湿地微生物在净化污水、温室气体排放等方面功能类群及分布特点研究相对匮乏等问题,提出了湿地功能微生物研究的发展方向。     

黄河三角洲湿地土壤中功能微生物群落的结构特征和影响因素研究进展北大核心CSCD

黄河三角洲湿地拥有丰富的微生物资源,明确该湿地的功能微生物群落结构特征及其驱动因素,对黄河三角洲湿地环境保护与土壤微生物资源的合理开发与利用具有重要意义。概述了参与黄河三角洲湿地土壤地球化学循环的功能微生物群落的组成,总结了土壤含盐量、土壤深度、植物类型、水淹状况和湿地类型等因素对微生物群落结构的影响。综述结果表明,黄河三角洲湿地土壤中亚硝基菌属(Nitrososphaeria)和根瘤菌属(Rhizobium)微生物介导的氮循环、真菌、固碳细菌、甲烷氧化细菌和产甲烷菌介导的碳循环、解磷菌和丛枝菌根真菌介导的磷循环、delta-变形菌纲下的硫酸盐还原菌介导的硫循环,在区域地球化学循环和污染物降解中起到重要作用;子囊菌门、变形杆菌门、厚壁菌门和放线菌门微生物是功能微生物群落的优势耐盐微生物;通过分析黄河三角洲湿地土壤中与污染物降解相关的功能微生物,对利用土著植物和耐盐微生物构建被污染土壤的原位生物修复系统进行了展望,以期从微生物角度为黄河三角洲湿地的保护和生态修复提供参考依据。     

开垦对阿拉尔绿洲盐渍化荒漠土壤微生物群落的影响

近年来,以对天然荒漠进行开垦和耕作为标志的人类活动加速了中国西北干旱荒漠区的绿洲化进程,但这种土地利用方式的改变对干旱荒漠土壤微生物群落特征的影响及其机理尚不清楚。本研究利用qPCR和Illumina Miseq高通量扩增子测序技术对新疆阿拉尔绿洲开垦5年的棉花田（FS）和毗邻的天然荒漠（ND）的土壤细菌、古菌和真菌群落的生物量、多样性和群落结构进行了对比研究,揭示了驱动荒漠土壤微生物群落结构演变的主要因子。结果表明：（1）荒漠开垦为农田后,土壤细菌和真菌群落的生物量显著增加,而古菌群落生物量显著降低;细菌群落多样性明显提高,古菌群落的Shannon多样性指数显著降低,而真菌群落多样性没有显著变化。（2）盐渍化荒漠具有不同于其他干旱荒漠的土壤微生物群落结构,开垦显著改变了其土壤细菌、古菌和真菌的群落结构。其中,放线菌门、绿弯菌门、酸杆菌门、螺旋体菌门和浮霉菌门细菌、乌斯古菌门和芽枝霉门真菌的相对丰度显著增加,而盐纳古菌门的相对丰度则显著降低。（3）土壤电导率（EC）、总有机碳（TOC）、全氮（TN）、全磷（TP）是影响细菌群落结构的关键因子;古菌群落结构的主要影响因子为植被盖度、地上生物量和丰富度、TP和AP;EC是影响真菌群落结构的关键因子。综上所述,盐渍化荒漠开垦后由于其原生植被群落、化学肥料的使用和土壤属性（EC、TP和AP）的改变不同程度地改变了荒漠土壤微生物群落特征。相对而言,细菌群落对土地利用方式的改变响应最为敏感,而古菌和真菌群落的多样性和结构则保持相对稳定。     

模拟增雨对荒漠土壤古菌多样性的影响

为探讨生长季增雨对荒漠土壤中古菌群落结构的影响，根据内蒙古磴口多年平均降水量，设计了模拟增雨试验，包括对照、2个增雨时段（生长季前期与后期）、每个时段2个增雨梯度（50%与100%）共计5种处理。增雨后提取荒漠土壤总DNA，对古菌群落编码16S rRNA基因的V4区进行Hiseq测序，分析古菌群落丰度、多样性及结构组成等。结果表明：该地区荒漠土壤中古菌群落均以奇古菌门（Thaumarchaeota）和广古菌门（Euryarchaeota）为优势菌群。NMDS和3种非相似性分析（MRPP、ANOSIM和Adonis）表明，生长季前期增雨未显著改变古菌的群落结构，生长季后期增雨显著改变了古菌的群落结构，当生长季后期增雨量达到100%时，古菌丰富度和多样性显著降低。与氨氧化过程密切相关的奇古菌门（Thaumarchaeota）相对丰度在生长季后期100%增雨条件下显著增加，将促进荒漠土壤的硝化过程。Mantel检验发现荒漠土壤古菌群落结构受土壤湿度、土壤温度、土壤硝态氮含量的影响。未来全球变化背景下降水格局变化将会对荒漠土壤古菌群落结构产生影响，并可能影响氮循环过程。     

Shifts in community structure and function of ammoniaoxidizing archaea in biological soil crusts along a revegetation chronosequence in the Tengger Desert

Metagenomic studies have demonstrated the existence of ammonia-oxidizing archaea(AOA) and revealed they are responsible for ammoxidation in some extreme environments. However, the changes in compositional structure and ammonia-oxidation capacity of AOA communities in biological soil crusts(BSCs) of desert ecosystems remain poorly understood.Here, we utilized Illumina MiSeq sequencing and microbial functional gene array(GeoChip 5.0) to assess the above changes along a 51-year revegetation chronosequence in the Tengger Desert, China. The results showed a significant difference in AOA-community richness between 5-year-old BSCs and older ones. The most dominant phylum during BSC development was Crenarchaeota, and the corresponding species were ammonia-oxidizing_Crenarchaeote and environmental_samples_Crenarchaeota. Network analysis revealed that the positive correlations among dominant taxa increased, and their cooperation was reinforced in AOA communities during BSC succession. Redundancy analysis showed that the dominant factor influencing the change in AOA-community structure was soil texture. GeoChip 5.0 indicated that the amoA gene abundances of AOA and ammonia-oxidizing bacteria(AOB) were basically the same, demonstrating that AOA and AOB played an equally important role during BSCs development. Our study of the long-term succession of BSC demonstrated a persistent response of AOA communities to revegetation development in desert ecosystems.     

Soil Priming Effect Mediated by Nitrogen Fertilization Gradients in a Semi-arid Grassland,China

The priming effect is well acknowledged in soil systems but the effect of nitrogen (N) fertilization remains elusive. To explore how N modifies the priming effect in soil organic matter (SOM), one in situ experiment with ¹³C labeled glucose addition (0.4 mg C g^-1 soil, 3.4 atom % ¹³C) was conducted on soil plots fertilized with three gradients of urea (0, 4 and 16 g N m^-2 yr^-1). After glucose addition, the soil CO₂ concentration and phospholipid fatty acid (PLFA) were measured on day 3, 7, 21 and 35. The study found that N fertilization decreased soil CO₂, PLFA and the fungi to bacteria ratio. Glucose triggered the strongest positive priming in soil at 0 g N m^-2 yr^-2, meanwhile N fertilization decreased SOM-derived CO₂. Soil at 4 g N m^-2 yr^-2 released the largest amount of glucose-derived carbon (C), likely due to favorable nutrient stoichiometry between C and N. Stable microbial community biomass and composition during early sampling suggests “apparent priming” in this grassland. This study concludes that N fertilization inhibited soil priming in semi-arid grassland, and shifted microbial utilization of C substrate from SOM to added labile C. Diverse microbial functions might be playing a crucial role in soil priming and requires attention in future N fertilization studies.     

荒漠草原植物群落光合速率对水氮添加的响应

氮沉降和降水格局改变对草原生态系统的结构、功能及关键过程具有重要影响。依托内蒙古乌拉特荒漠草原研究站的全球变化实验平台，研究了氮添加和增减雨（+50%、-50%）及其交互作用对荒漠草原植物群落光合速率和植被特征的影响，分析了荒漠草原植物群落光合速率与植被特征的关系。结果表明：（1）短期氮添加对荒漠草原植物群落光合速率和植被特征没有显著影响（P > 0.05）；（2）降水格局改变显著影响荒漠植物群落光合速率（P < 0.05），减雨50%显著降低了荒漠草原植物群落光合速率和优势种植物高度（P < 0.05），而降水增加50%没有改变群落光合速率和植被特征，降水改变下的土壤水分能很好地解释群落光合速率；（3）氮添加和增加降水的交互效应显著提高了群落的光合速率和优势种植物高度（P < 0.05），而减少降水与氮添加没有显著影响；（4）荒漠草原植物群落盖度、优势种盖度、优势种平均高度与群落的光合速率呈现出指数增加关系，解释率为40%~58%。干旱极大地抑制荒漠草原植物群落光合速率，而氮沉降则依赖于降水增加来提高群落的光合速率，荒漠草原植物群落光合速率与水肥处理下的植物生长特征具有密切的关系。     

A Meta-analysis of the Effects of Organic and Inorganic Fertilizers on the Soil Microbial Community

In order to investigate the general tendency of soil microbial community responses to fertilizers, a meta-analysis approach was used to synthesise observations on the effects of inorganic and organic fertilizer addition (N: nitrogen; P: phosphorus; NP: nitrogen and phosphorus; PK: phosphorus and potassium; NPK: nitrogen, phosphorus and potassium; OF: organic fertilizer; OF+NPK: organic fertilizer plus NPK) on soil microbial communities. Among the various studies, PK, NPK, OF and OF+NPK addition increased total phospholipid fatty acid (PLFA) by 52.0%, 19.5%, 334.3% and 58.3%, respectively; while NP, OF and OF+NPK addition increased fungi by 5.6%, 21.0% and 8.2%, respectively. NP, NPK and OF addition increased bacteria by 6.4%, 9.8% and 13.3%, respectively; while NP and NPK addition increased actinomycetes by 7.0% and 14.8%, respectively. Addition of ammonium nitrate rather than urea decreased gram-negative bacteria (G ^-). N addition increased total PLFA、bacteria and actinomycetes in croplands, but decreased fungi and bacteria in forests, and the F/B ratio in grasslands. NPK addition increased total PLFA in forests but not in croplands. The N addition rate was positively correlated with the effects of N addition on gram-positive bacteria (G ⁺) and G ^-. Therefore, different fertilizers appear to have different effects on the soil microbial community. Organic fertilizers can have a greater positive effect on the soil microbial community than inorganic fertilizers. The effects of fertilizers on the soil microbial community varied with ecosystem types. The effect of N addition on the soil microbial community was related to both the forms of nitrogen that were added and the nitrogen addition rate.     

沙坡头地区生物土壤结皮-土壤系统生长季氮矿化动态

以腾格里沙漠东南缘沙坡头天然植被区藻地衣混生结皮和无结皮土壤为对象,采用野外原状土柱封顶埋管法,研究土壤硝态氮、无机氮、净硝化速率和净氮矿化速率的季节动态特征。结果表明:藻地衣混生结皮和无结皮土壤有效氮含量和净氮转化速率存在明显的季节动态,表现为生长季高峰期 > 生长季初期,夏季7月和8月土壤有效氮和净氮转化速率最大;两个样地土壤在生长季不同时期有效氮和净氮转化速率也存在差异。生长季初期,藻地衣混生结皮和无结皮土壤硝态氮和无机氮含量无显著差异,且温度是影响土壤氮素转化的关键环境因子。生长季高峰期,两个样地土壤有效氮含量和净硝化速率均表现为无结皮 > 藻地衣混生结皮,且水分和温度分别是影响土壤氮硝化和矿化过程的关键环境因子。由此可见,藻地衣结皮的繁衍在一定程度上抑制了土壤氮的硝化过程,因而可以减少养分的散失,是养分贮存的重要机制。     

温度对生物土壤结皮斑块土壤氮矿化作用的影响

以腾格里沙漠东南缘天然植被区藓类结皮、藻地衣结皮斑块荒漠土壤为研究对象,采用原状土培养法,在人工气候箱中设置不同温度（-10、5、15、25、35、40 ℃）培养14 d,测定土壤样品在培养前后NH+4-N和NO-3-N含量,分析两种生物土壤结皮斑块土壤净硝化和净矿化速率对温度的响应。结果表明：①低温培养条件下（-10~15 ℃）土壤氮转化以固持态为主,随着温度升高,尤其当温度超过25 ℃后,藓类结皮、藻地衣结皮斑块土壤净硝化和净氮矿化速率显著提高（p<0.05）;②同一温度培养下,以藓类结皮发育为主的土壤氮转化水平较高,净硝化速率和净氮矿化速率以及无机氮的积累明显大于以藻地衣结皮发育为主的土壤;③两种生物土壤结皮斑块土壤净氮转换速率（硝化和矿化）Q10值在2.46~3.33间波动,其中藓类结皮斑块土壤氮转换对温度的敏感性较高。此外,在土壤氮总矿化过程中,硝化过程具有较强的温度敏感性。高温促进了土壤净氮矿化水平,增加土壤氮有效性,因此可能会对荒漠生态系统的初级生产力产生正向影响作用。     

不同湿度条件下模拟增温对科尔沁沙质草地土壤氮矿化的影响

氮矿化作用是影响沙质草地植物群落物种组成和初级生产力的重要因素之一。温度和水分被认为是影响土壤氮矿化/硝化作用的两个关键环境因子,认识沙质草地土壤氮矿化作用对温度和水分的响应,对于预测全球变化对沙质草地生态系统结构和功能的影响具有重要作用。本文通过测定开顶式生长室（OTC）内不同湿度条件下增温时沙质草地净氨化速率、净硝化速率和净矿化速率的变化,分析增温和湿度变化对土壤氮矿化作用的影响。结果表明:不论增温与否,沙质草地土壤净氨化速率、净硝化速率和净矿化速率随着土壤湿度增加而明显提高。土壤净氨化速率在土壤湿度为15.2%时最大,但是净硝化速率和净矿化速率在土壤湿度为11.8%时最大,土壤湿度达到时15.2%表现下降趋势。增温使沙质草地土壤氮矿化作用发生显著变化,但增温的效应与土壤湿度存在一定的关联。土壤湿度为3.4%、5.1%、8.5%时,增温处理使土壤净氨化速率较对照明显提高;但是土壤湿度为11.8%、15.2%时,增温处理时土壤净氨化速率较对照显著降低;土壤湿度为8.5%和11.8%时,增温使土壤净硝化速率和净矿化速率显著升高（p<0.05）,在湿度为1.7%、3.4%、5.1%以及15.2%时,增温处理和对照之间的净硝化速率、净矿化速率无显著差异。这说明只有在适宜的土壤湿度条件下,增温才显著影响沙质草地土壤矿化作用,当土壤湿度处于相对干旱或过度湿润的状态下,增温对沙质草地土壤矿化作用没有显著影响。     

施肥对新垦绿洲风沙土肥力及碳积累的影响

利用2005年安排在临泽边缘绿洲沙地农田的长期施肥定位试验，研究不同用量有机肥、化肥、有机肥和化肥配施对绿洲沙地土壤肥力及有机碳积累的影响。试验包括高量有机肥单施（M3），氮磷化肥单施（NP3），低、中、高量氮磷钾化肥单施（NPK1，NPK2，NPK3），及低、中、高量氮磷钾化肥配施高、中、低量有机肥9个处理（NPK1M3，NPK2M2，NPK3M1），测定分析10年后不同施肥处理耕层（0~20 cm）土壤物理化学性状特征及有机碳动态。结果表明：施有机肥及有机无机配施处理较单施化肥处理容重下降0.13 g·cm^-3，田间持水量提高6.7%，单施有机肥、有机无机配施较单施化肥，土壤有机碳（SOC）和全氮含量分别提高64.8%、36.3%和64.9%、49.5%。高量施用氮磷化肥和氮磷钾化肥处理全磷含量最高，有机肥及有机无机配施较单施化肥有效氮含量显著增加，有机无机配施及高量施用磷肥土壤有效磷积累明显，高量施用有机肥能显著提升有效钾含量。连续施肥处理10年后，SOC含量提高了1.68~2.84倍，土壤全氮、全磷、碱解氮及有效磷均有一定程度的提高，但单施化肥及有机肥与氮磷化肥配施有效钾含量下降。SOC的积累速率单施化肥、有机无机配施，单施有机肥处理分别为0.27、0.59，0.87 g·kg^-1·a^-1。增施有机肥、适量减少化肥投入、氮磷钾化肥的平衡施用是绿洲沙地农田土壤肥力持续提升的施肥管理对策。