氮沉降对土壤微生物影响的研究进展

土壤中氮沉降增加作为全球环境变化的重要现象之一,给人类带来了巨大挑战。笔者综述了近年来氮沉降对土壤微生物的影响研究,从土壤微生物生物量、群落结构和多样性、微生物活性、功能基因与底物利用等方面进行总结分析。综合来看,氮沉降对土壤微生物的影响主要表现为:1土壤微生物生物量、真菌生物量以及真菌与细菌生物量比值下降;2外生菌根真菌子实体生产力和外生菌根丰度下降,外生菌根真菌群落结构组成改变;3丛枝菌根真菌群落结构组成改变,但氮沉降对丛枝菌根真菌的多样性和对腐生真菌的影响结果存在较大争议;4细菌群落结构组成改变,贫营养细菌丰度下降,富营养细菌丰度上升;5土壤微生物活性下降,某些功能基因丰度下降,对复杂有机碳、氮的代谢能力下降。同时,相关研究报道表明:氮沉降可以直接或通过降低土壤p H,增加微生物的碳限制,改变底物的数量和质量等途径间接对微生物生物量和群落结构产生影响。     

大气氮沉降对森林土壤微生物影响的研究进展

大气氮沉降是影响森林生态系统的新生态因子之一,过量氮沉降将改变参与森林生态系统物质转化和养分循环的土壤微生物.作者综述了国内外模拟氮沉降对森林土壤微生物生物量、群落结构和多样性、微生物活性和酶活性、底物利用能力以及功能基因的影响研究现状.结果表明：(1)整体来看,氮沉降对森林土壤微生物生物量产生负面影响的报道较多;(2)氮沉降改变了森林土壤微生物群落的构成和丰富性;(3)氮沉降短期内促进森林土壤呼吸速率,长期氮输入会抑制土壤呼吸速率;(4)氮沉降改变了参与凋落物分解相关土壤酶的活性;(5)氮沉降降低了土壤微生物代谢复杂有机质的代谢能力;(6)氮沉降增加和降低了某些微生物功能基因的丰度.此外,作者还探讨了氮沉降对森林土壤微生物研究存在的问题和未来研究的重点.     

氮沉降对土壤动物影响的研究进展

土壤动物是生态系统的分解者,在维持物质循环和能量流动方面起着重要作用,人类引起的氮沉降对土壤动物的组成和结构产生了巨大影响。通过研究发现,在自然生态系统,模拟氮沉降会降低土壤动物的多度和多样性,但是在人工(如农业)生态系统中氮素添加会增加土壤动物的多度和降低其多样性。氮素添加对人工生态系统中线虫多度的促进效应存在阈值效应。氮沉降对土壤动物组成和结构的影响主要通过2种:1)氮素添加后土壤铵离子浓度增加,其对土壤线虫产生直接的抑制效应;氮素添加导致土壤酸化进而影响土壤线虫的多度和多样性;2)氮素添加通过改变其它生物(如植物、微生物)群落而间接的影响土壤动物。     

土壤微生物对大气氮沉降的响应研究进展

稳定的生态系统对维持生态平衡具有重要意义,而土壤微生物是影响生态系统稳定的重要因素.剧烈的人类活动引起的大气氮沉降对土壤微生物产生了巨大影响.氮沉降增加了陆地生态系统有效氮累积,通过改变生物地球化学循环、土壤微环境以及土壤微生物间的关系,驱动土壤微生物群落结构、多样性和功能的改变.基于此,通过整理国内外关于模拟大气氮沉降导致微生物变化的研究,从氮沉降对土壤微生物生物量、群落结构和多样性、功能群以及响应机理等方面探讨其对微生物产生的影响.探究氮沉降将如何改变微生物功能,进而影响生态系统结构、功能和动态.     

氮沉降对植物共生微生物的影响研究进展

植物和微生物的相互作用可能在植物适应和减缓气候变化中发挥重要功能.初始陆地植物是一种半水生的原始藻类和水生真菌的共生产物，氮沉降会使植物共生微生物群落的组成、多样性和功能发生改变，减少植物和功能微生物之间的潜在联系，引起可预测的功能特征变化，进而对生态系统产生影响.植物共生微生物直接影响植物的生长和生理生态功能，微生物多样性和群落结构与生态系统功能之间的交互作用一直是生态学的关键科学问题之一.系统研究氮沉降对于植物微生物群落功能团的影响以及植物与其共生微生物之间的协同进化关系，对于揭示未来全球变化背景下植物共生微生物对生态系统功能的影响机制及其调控手段具有重要意义.     

玉米不同生长时期潮土固氮细菌nifH基因的丰度和多样性

为了探究潮土环境下植物生长对土壤固氮细菌群落结构和数量的影响,采集中国北方潮土玉米不同生长时期的根际和非根际土壤,利用荧光定量PCR和末端片段长度多态性分析方法,研究了北方潮土玉米不同生长时期固氮细菌nif H基因丰度和多样性的变化.结果表明,根际土和非根际土固氮细菌nif H基因丰度随玉米生长时期的推进均呈现先升高后降低的趋势,乳熟期最高,根际土的在拔节期最低,而非根际土的在完熟期最低.相关分析结果表明,土壤有机质是驱动土壤固氮细菌nif H基因丰度变化的关键因子,非根际土固氮细菌nif H基因丰度同时受含水量的显著影响.根际土和非根际土固氮细菌优势种群结构在玉米各生长时期均相同,但所占比例有所差异.PCA分析也表明,土壤固氮细菌群落结构受玉米生长时期和土壤采样区域的影响均不显著.玉米不同生长时期土壤固氮细菌nif H基因的Shannon指数变化明显,根际土和非根际土均呈先增高后降低的趋势,根际土的在抽雄期最高,拔节期最低,非根际土的在乳熟期最高,完熟期最低;不同生长时期间的Evenness指数则无显著差异,且根际土和非根际土之间也没有显著差异.RDA分析结果显示,土壤硝态氮含量对固氮微生物群落结构有显著影响.     

内蒙古克氏针茅草地主要植物叶片功能性状对氮素添加的响应

环境氮沉降的增加影响植物功能性状,进而改变植物群落的构成.本研究分析了中国内蒙古多伦县境内连续6年施氮肥的克氏针茅群落中5种主要植物的功能性状的变化,以探究草地植物对氮素添加的响应策略.研究发现,随着施肥量增加,草地主要植物通过增加植株高度、叶片面积、比叶面积、叶片氮、磷含量,减小叶片干物质含量,提高自身对光资源的竞争能力.该结果说明,随着环境氮输入的增加,植物的响应策略是向着叶片经济谱中低投入快回报的方向移动变化.草地群落总生物量及克氏针茅、黄囊苔草、冰草地上生物量与氮肥添加没有显著相关关系,冷蒿和星毛萎陵菜地上生物量随施肥量的增加而显著下降.该结果暗示着氮沉降的增加通过影响植物功能性状,进而改变植物群落的构成.本研究加深了我们对氮沉降增加条件下植物响应策略及群落演替机制的理解.     

不同浓度砷酸盐胁迫对蜈蚣草根际微生物群落功能多样性特征的影响

蜈蚣草是世界上第一种被发现的砷超富集植物,其根际微生物对土壤砷的转化及蜈蚣草砷的吸收具有重要影响.采用qPCR和Biolog-Eco微平板法对砷胁迫下蜈蚣草根际微生物群落功能多样性特征的差异进行了研究.首先对蜈蚣草根际微生物的16SrRNA基因丰度进行定量分析;其次,利用Biolog-Eco微平板法分析微生物对31种碳源的平均利用率;同时,通过主成分分析、Shannon多样性指数、Pielou均匀度指数和Simpson优势度指数等探讨了微生物对不同类型碳源利用的差异和砷胁迫对微生物多样性的影响.结果表明,砷胁迫不仅降低16SrRNA基因丰度、减少微生物数量,还会显著影响微生物对碳源的利用效率.其中,微生物对碳水化合物类、氨基酸类和胺类碳源的利用受砷胁迫的影响最显著.此外,砷胁迫会诱导抗砷微生物成为优势群落,结构趋于单一.由于长期暴露可增加蜈蚣草根际微生物的数量,后期研究可深入探讨蜈蚣草根系分泌物中特异碳源物质在强化微生物-蜈蚣草修复砷污染土壤过程中的作用.     

根际微生物影响因素及其与植物互作研究进展

植物根际是植物与土壤互作的界面,定殖的微生物群落结构复杂,功能多样.植物在所有生长阶段均通过根际与土壤及其微生物进行复杂互作,环境与植物根际分泌物在很大程度上驱动根际微生物群落的变化.根际微生物与植物互作产生的复杂生态效应是土壤生态学研究的热点.综述了根际微生物群落的主要驱动因素,阐明了根际微生物增强植物营养吸收、抗病性、抗逆性的主要机制以及挥发性有机物介导的互作相关研究,以期明确根际微生物群落组装以及植物-根际微生物互作机制及其生态效应,为农林业生产及生态文明建设提供参考.     

内陆河流域浮床植物根际微生物群落特征与比较

为研究内陆河流域不同浮床植物的根际微生物群落结构、多样性、潜在生态功能及其差异,采集了位于沱江二级支流赤水河生态浮床上的风车草（Cyperus involucratus）、黄菖蒲（Iris pseudacorus）、再力花（Thalia dealbata）、鸢尾（Iris tectorum）、美人蕉（Canna indica）、梭鱼草（Pontederia cordata）6种植物生长旺盛时期的根系样本,通过细菌16sRNA片段高通量测序和生物信息学手段,分析了微生物群落结构组成、生物多样性以及潜在的生态功能。结果表明,变形菌门（Proteobacteria）在6种浮床植物根际细菌中占绝对优势,丰度达47.5% - 72.2%,在植物生长环境较为相似且空间距离较近的情况下,不同浮床植物根际微生物属水平优势种群丰度差异仍较大。微生物群落多样性由大到小依次为鸢尾、美人蕉、黄菖蒲、风车草、再力花、梭鱼草,同科同属的黄菖蒲和鸢尾根际细菌组成相对较为相似。风车草根际硝化/反硝化功能菌群丰度更高,梭鱼草根际芳香族化合物降解功能菌群丰度显著高于另外5种植物。根长、株高和生物量更大的植物根际微生物中芽殖杆菌属丰度显著更高,植物生长指标与部分根际细菌氮转化存在正相关关系。研究结果可为浮床植物根际微生物群落研究和生态浮床的建设优化提供参考。