云南寻甸石漠化土壤易氧化碳对丛枝菌根真菌共生的响应

【目的】运用菌根技术改良石漠化土壤性状,已成为石漠化地区植被与土壤恢复的重要生物学途径。揭示丛枝菌根(AM)真菌与植物共生驱动下石漠化土壤碳库及养分状况的变化,探明石漠化土壤易氧化碳(ROC)对土壤碳库及养分变化的响应过程及机制,为石漠化土壤的微生物修复及提高石漠化治理效率提供参考。【方法】采集云南昆明寻甸石漠化土壤,以尼泊尔桤木(Alnus nepalensis)为寄主植物,分别接种摩西斗管囊霉(Funneliformis mosseae, FM)、幼套近明球囊霉(Claroideoglomus etunicatum, CE)、根内根孢囊霉(Rhizophagus intraradices, RI),并设置对照处理(无寄主植物及无AM接种),采用高锰酸钾氧化法测定不同试验处理下土壤ROC含量,探究土壤ROC与碳库组成、养分状况及植物生长之间的相互关系。【结果】不同AM真菌均具有显著的侵染与促生效应,其中RI的侵染率与菌丝侵染密度最大,相较于对照分别提高155%和100%,并显著促进桤木树高(60%)与基径(46%)生长;不同AM真菌均显著提高ROC含量,3菌种对ROC含量的提升率大小顺序为:RI(122%)> CE(78%)> FM(61%)。ROC在土壤总有机碳库中所占比例(52%)远高于微生物生物量碳(3%~6%);3种菌种对土壤养分含量的提升效应表现为:RI > CE > FM。相较于对照,RI 菌种对植物可利用性氮、微生物生物量碳、总有机碳及植物可利用性磷的提升率分别为161%、127%、110%及97%;对ROC变化具有较大贡献的土壤环境因子分别为AM真菌侵染率(96%)、植物可利用性氮(94%)、微生物生物量碳(85%)、总有机碳(78%)及植物可利用性磷(72%)。【结论】AM真菌与尼泊尔桤木共生,显著驱动石漠化土壤碳库与养分含量变化并促进植物生长,进而增加石漠化土壤易氧化碳的积累。研究结果有助于理解石漠化地区植物生长、土壤恢复及活性有机碳沉积的微生物学调控机制。     

微生物肥料发展及作用机理综述

微生物肥料是一种具有特定功能的微生物活体制品,应用于农业生产,通过其中含微生物的生命活动,增加植物养分的供应量、促进植物生长、提高产量、改善农产品品质及农业生态环境。微生物肥料对改善化肥过量施用造成的土壤质地恶化、微生态环境失衡和农产品品质问题具有重要作用。本文就微生物肥料的发展历程及作用机理进行综述,总结了微生物肥料中功能微生物通过在土壤、植物根部定殖,对改变土壤微生物多样性、改善土壤中养分供应状况、释放植物促生长激素、提高土壤酶活性、增强植物系统抗性等方面的作用。分析了目前微生物肥料产业存在的问题,并对其发展方向进行展望,以期为我国微生物肥料的合理应用及产业发展提供依据和参考。     

土壤养分及其化学计量特征对微生物碳利用效率的影响机制

土壤微生物碳利用效率(CUE)用以评估生态系统中微生物将有机碳转化为自身生物量的效率,其大小反映生态系统碳同化和固持的能力。本文以土壤养分及其化学计量比对微生物CUE的影响为主线,详细综述土壤有机质质量、养分可利用性、碳氮磷和胞外酶化学计量比以及由养分限制所引发的微生物群落结构改变和有机质激发效应等对CUE影响的机理,并讨论气候、生态系统类型和土地利用方式、土壤深度和理化性质等通过影响土壤养分状况而对微生物CUE产生的间接作用机制,在此基础上分析微生物CUE研究中研究方法和研究尺度上所面临的挑战,并展望未来关注的重点科学问题。     

土壤微生物多样性及其作用研究进展

土壤微生物是土壤的重要组成部分,是土壤有机质和土壤养分（N、C、P等）转化和循环的主要动力,它参与土壤有机质的分解、腐殖质的形成等生化过程。另外,又是土壤养分的储备库和植物生长可利用养分的一个重要来源,是土壤肥力水平的活性指标,在土壤生态系统中起着非常重要的作用。本文从土壤微生物多样性的定义、研究方法、土壤微生物的作用来阐述目前国内外土壤微生物多样性及其作用研究进展,并探讨了分子生物学在土壤微生物研究中的应用前景。     

基于基因芯片技术的石油污染土壤微生物群落结构

为了研究不同微生态环境条件下的微生物群落结构特征,以中国大庆油田典型污染场地土壤为研究对象,利用基因芯片技术分析在石油污染、调节氮磷营养、种植植物(紫花苜蓿、高羊茅和羊草)等不同微生态环境下的土壤微生物群落结构特征。研究结果表明:植物根际作用对微生物群落结构的影响最大,石油污染水平次之,营养水平最小。植物根际作用主要通过碳代谢、碳固定等过程产生影响。土壤石油污染水平主要通过土壤的碳代谢过程产生影响,明显抑制微生物生长,土壤基因数量与污染水平呈显著负相关。与碳代谢相关的微生物群落是能基本反映石油污染土壤整体微生物群落结构的关键群落。     

疏伐措施对大熊猫廊道云杉林土壤养分特征及微生物碳氮的短期影响

以大熊猫廊道云杉人工林为研究对象,对次生低效云杉林进行了透光疏伐和林下植被改造,分析了疏伐1a后云杉林不同土层养分和微生物碳氮特征.结果表明:与未疏伐的云杉林相比,疏伐后云杉林总养分有所下降,但有效养分增加,且土壤微生物碳氮也增加.疏伐后表层土土壤有机碳(TOC)、全氮(TN)和全磷(TP)分别下降了20.65%、20.73%和75.72%,而硝态氮(NN)、铵态氮(AN)、速效钾(AK)和有效磷(AP)分别升高了40.70%、13.26%和37.20%和43.30%,土壤微生物碳(MBC)、土壤微生物氮(MBN)、微生物碳熵(qMBC=w(MBC)/w(TOC))、微生物氮熵(qMBN=w(MBN)/w(TN))分别升高了27.23%、25.24%和42.42%、28.93%,亚表层土也具有相似的结果.疏伐后表土层碳磷比(C/P=w(TOC)/w(TP))和氮磷比(N/P=w(TN)/w(TP))大幅度升高,而亚表层碳氮比(C/N=w(TOC)/w(TN))和微生物碳氮比(MBC/MBN=w(MBC)/w(MBN))显著降低. MBC、MBN与各有效养分呈正相关,MBC与TN、TOC无相关性,MBC/MBN与TN、TOC、AN、AK、C/N呈显著负相关.疏伐改造一方面提高了云杉人工林土壤有效养分和微生物量,但另一方面可能导致土壤有机质有所不足,在后续措施中需要加强林地特别是林下层对有机质的补偿作用.     

玉米秸秆还田及腐熟剂对小麦产量、土壤微生物数量和酶活性的影响

通过田间小区试验,研究了玉米秸秆还田配施腐熟剂对土壤理化性状、微生物数量、酶活性及小麦产量的影响。结果显示,与秸秆未还田处理（CK）相比,秸秆还田（T1）和秸秆还田配施腐熟剂处理（T2）显著降低了土壤容重,提高了根际土壤细菌和放线菌数,以及土壤脲酶、中性磷酸酶和蔗糖酶活性,进而提高了土壤有效养分和有机质含量,最终产量分别显著提高了10.33%和13.46%;此外,T2与CK相比,降低了根际土壤真菌数,提高了土壤过氧化氢酶和脱氢酶活性,而T1处理的差异不明显。结果表明,秸秆还田可通过改善土壤微生物群落的数量和多样性来调节土壤酶活性和养分含量,优化根际生长环境,促进小麦生长。其中,秸秆还田配施腐熟剂的处理效果最佳,可在北方玉米种植区推广应用。     

川西北高寒草甸土壤养分和微生物群落功能多样性对模拟增温的响应

采用开顶式气室法(OTCs)进行模拟增温,利用常规实验室分析方法和Biolog-ECO生态板法对增温后不同土层(0～10 cm和10～20 cm)高寒草甸土壤养分以及微生物功能多样性进行分析,结果表明:1)增温后0～10 cm土层土壤有机质(SOM)和速效氮(AN)含量减少,速效磷(AP)与速效钾(AK)含量增加,10～20 cm土层的有机质和全氮(TN)含量增加; 2)模拟增温降低了土壤微生物Shannon-Weiner指数与Pielou指数; 3) AWCD值表明模拟增温后土壤微生物总体活性高于对照,且0～10 cm 10～20 cm; 4)主成分分析表明碳水化合物(CAR)是土壤微生物选择利用的主要碳源类型之一; 5)土壤养分与6类碳源的相关性分析表明碳水化合物、羧酸(CAA)、酚酸(PHA)类碳源与土壤养分均存在显著或极显著相关性.     

相同的立地条件下几种相思树林和桉树林土壤微生物区系分析

研究了广西高峰林场短周期用材林基地相同的立地条件下,林龄为4a、经营措施基本相同的5种相思树林和5个品系桉树林土壤微生物主要类群数量分布和群落组成、土壤养分、含水量、pH值,林下植被状况及它们之间的关系.结果表明:相思树林的微生物总数、细菌和固氮菌数量显著大于桉树林的,放线菌和真菌数量的平均值是桉树林的1.5倍以上,土壤含水量平均值(21.7%)大于桉树林的(18.4%)3.3个百分点,各林地土壤养分和pH值无显著差异;各类微生物数量分布与土壤含水量成正相关,而土壤含水量与林种密切相关.     

辽河口湿地生态修复过程中土壤微生物群落结构特征

通过比较辽河口湿地天然芦苇沼泽地、人工栽植芦苇斑块及无芦苇生长光滩地3种不同生境土壤理化性质及微生物群落结构变化,探讨了退化芦苇湿地修复过程中的土壤微生物群落响应特征.结果表明,与光滩区相比,植物修复后芦苇湿地的土壤理化性质有所改善,微生物数量随之增加,且表现出细菌占绝对优势,同时微生物多样性显著提高;但与天然芦苇沼泽地相比,土壤养分(有机质、总氮、总磷)仍不足,湿地微生物的数量稍低.微生物群落结构DGGE解析表明,3种生境土壤中多为不可培养细菌.     

植物-微生物联合修复石油污染土壤的实验室模拟

对冰草、紫花苜蓿、冬小麦进行了为期63 d的实验室模拟,通过测定土壤脱氢酶活性、微生物数量以及土壤残油率的变化,分析了植物-微生物联合作用对不同质量分数土壤石油烃污染的修复效果,以期为后期的现场修复提供理论依据.结果表明:在石油烃质量分数为3%时,植物-微生物联合可使石油烃降解率达到84%~87%;3种植物的降油效果依次为紫花苜蓿冰草冬小麦,紫花苜蓿组最高石油降解率可达86.47%.在石油烃质量分数达到10%时,微生物的生长受到明显阻碍,土壤脱氢酶活性也大大降低,从而导致植物-微生物联合修复受阻,植物表现为生长缓慢,植物茎叶变小、微黄.因此,植物-微生物联合体系中,石油烃质量分数为3%时能促进微生物的繁殖,提高土壤中脱氢酶活性,促进植物和微生物对石油烃污染物的降解,加速油污土壤的修复作用.     

植物配置对岷江干旱河谷铁路边坡土壤理化性质的影响

【目的】探讨干旱河谷地区不同植物配置对铁路边坡土壤理化性质的影响。【方法】以铁路边坡常用绿化植物高羊茅(Festuca arundinacea)、紫花苜蓿(Medicago sativa)和沙棘(Hippophae rhamnoides)为材料,在岷江上游干旱河谷区设置单种草本植物高羊茅(G)或紫花苜蓿(Z)、单种灌木沙棘(S),以及高羊茅-沙棘(GS)、紫花苜蓿-沙棘(ZS)、高羊茅-紫花苜蓿-沙棘(GZS)等草灌结合混种的配置模式,对建植2年后铁路边坡土壤的土壤养分和胞外酶活性进行比较分析。【结果】不同的植物配置模式并没有明显改变表层(0～20cm)土壤中总氮和总磷的含量,对土壤总有机碳含量影响较小;可溶性有机碳(DOC)和可溶性有机氮(DON)含量在不同植物配置处理间变化趋势一致,表现为Z模式下土壤的DOC与DON含量最高,S和ZS模式下土壤DOC与DON的含量最低;3种草灌结合模式以及Z模式下土壤的微生物生物量碳(MBC)含量明显比G和S模式下更高;有紫花苜蓿存在的植物配置中土壤微生物生物量氮(MBN)含量较高;GZS模式下土壤蔗糖酶(Suc)、脲酶(Ure)、碱性磷酸酶(ALP)、纤维二糖水解酶(CBH)和β-1,4-N-乙酰基氨基葡萄糖酐酶(NAG)的活性较其他配置模式下更高,而ZS模式下土壤Suc,Ure,ALP和NAG活性也较高。【结论】在干旱河谷区,植被对边坡土壤的改善过程相对缓慢;在建植过程中,利用紫花苜蓿、高羊茅、沙棘等植物构建草灌结合的植物配置模式,土壤微生物群落具有更强的代谢活性,并有助于植被恢复进程。     

微生物菌剂与冰草联合修复含油污染土壤

从陕西姬源油田污染严重的土壤中富集培养、筛选分离得到8株降解石油菌,向土壤中添加上述8株菌组成的混合菌剂,通过63 d盆栽试验,利用微生物菌剂与冰草联合作用修复石油污染土壤,测定土壤中降油率、微生物数量和脱氢酶活性;并采用气相-质谱联用仪(GC-MS)分析石油中正构烷烃组分的降解情况研究植物-微生物联合修复油污土壤。试验结果表明:植物与微生物菌剂联合作用修复能力大于单一植物修复能力,并且含油质量分数直接影响修复性能;经63 d植物与菌剂联合修复质量分数为3%含油土壤,降油率达81.48%,比单一植物降油高43.04%;土壤微生物数量、脱氢酶活性的增加有利于原油降油;微生物-植物联合作用对高碳数烷烃的降解作用大于低碳数烷烃的降解作用,15 d的降解率平均可达60%以上,加菌后正二十三烷和正三十三烷的降解率分别较对照组提高了34.7%和25.3%。     

核桃林下魔芋根区土壤微生物区系研究

对镇安县新民村和庙坡村核桃林及林外魔芋根区土壤养分和微生物区系进行分析研究,探索林下魔芋长势好、产量高的原因。采用常规方法分析土壤养分;用稀释平板法测定土壤细菌、真菌及放线菌数量;采用形态观察结合序列分析对优势微生物进行分类鉴定。研究显示:(1)林下土壤pH、速效氮磷钾及有机质含量高于林外。(2)林下土壤细菌和放线菌总数增加,真菌减少。(3)林下土壤细菌/真菌和放线菌/真菌增加。(4)林下土壤优势微生物放射型根瘤菌(R.radiobacter)、苏云金芽孢杆菌(B.thuringiensis)、黄色蠕形霉(T.flavus)、黒附球菌(E.nigrum)及绿淀粉酶链霉菌(S.viridodiastaticus)数量和比例较林外不同程度增加。结果表明核桃林下魔芋长势好、产量高与其根区土壤养分及良好的微生物区系状况密切相关。     

石油污染土壤植物根际微生态环境与降解效应

利用大庆油田石油开采区的污染土壤作为供试土壤,选择紫花苜蓿和披碱草为供试植物,通过监测根系微生物活性、石油烃降解效率等指标,建立植物根际微生态环境生物和非生物因子之间的量化关系,揭示污染土壤石油烃降解效应和影响要素.研究结果表明,植物根系可改善污染土壤持水能力和微生物活性,与无根系土壤相比,提高含水率达10%. 植物根际微生物的数量高出1～2个数量级, FDA(荧光素双醋酸酯)活性高出0.29～0.36. 经过150 d的降解,植物根际油污土中石油烃的降解率比无根系土壤高 9.1%～15.5%. 污染土壤植物根际微生态环境对微生物活性具有诱导作用,有利于石油烃的降解和污染土层的生物修复.     

太原市不同园林植物根际和非根际土壤养分和酶活性的差异

为探讨太原市公园中不同园林植物根际和非根际土壤的养分和酶活性状况,采集乔木(国槐、白蜡和银杏)、灌木(碧桃、榆叶梅和丁香)和草本(黑心菊、波斯菊和薰衣草)3大类9种园林植物的根际和非根际土,测定其土壤的p H值、有机质含量、全氮含量、全磷含量、全钾含量、蔗糖酶活性、脲酶活性和过氧化氢酶活性。结果表明,不同植物通过根系影响和调节土壤养分及酶活性的能力不同,只有采取适宜的种植管理办法才能促进不同园林植物更好地发挥园林景观作用。     

杨树多代连作对土壤养分特征和生物活性的影响

以江苏丰县大沙河林场杨树多代连作人工林为对象,研究根际、非根际土壤的养分特征、酶活性及微生物数量变化,探讨多代连作对人工林地力的影响。结果表明:1杨树根际土养分含量、土壤酶(脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶)活性以及微生物(真菌、放线菌、细菌)数量均高于非根际土壤,而根际土pH和多酚氧化酶活性则低于非根际土;2土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶活性的增强以及微生物数量的增加有利于土壤有机质的累积及多数养分元素的转化,但多酚氧化酶活性越大,养分含量越低;土壤pH的下降对多数土壤酶活性及微生物有不利影响;真菌与土壤酶活性的整体相关性要比放线菌和细菌密切;3杨树多代连作,会造成根际土壤pH相对于非根际的降低,并且逐代连作后根际土壤pH下降更多,而杨树多代连作会造成根际土壤多酚氧化酶活性逐代的升高,还会造成根际土壤中养分、脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶及微生物的逐代减弱,其中有些指标甚至会低于非根际土壤。综上,在江苏丰县应避免杨树连作,可更换品种或进行树种轮栽以缓解连作对地力带来的不利影响,注重维系土壤酶活性和微生物数量水平,同时采取措施减弱土壤的酸化程度。     

杨树多代连作对土壤养分特征和生物活性的影响

以江苏丰县大沙河林场杨树多代连作人工林为对象,研究根际、非根际土壤的养分特征、酶活性及微生物数量变化,探讨多代连作对人工林地力的影响。结果表明:1杨树根际土养分含量、土壤酶(脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶)活性以及微生物(真菌、放线菌、细菌)数量均高于非根际土壤,而根际土pH和多酚氧化酶活性则低于非根际土;2土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶活性的增强以及微生物数量的增加有利于土壤有机质的累积及多数养分元素的转化,但多酚氧化酶活性越大,养分含量越低;土壤pH的下降对多数土壤酶活性及微生物有不利影响;真菌与土壤酶活性的整体相关性要比放线菌和细菌密切;3杨树多代连作,会造成根际土壤pH相对于非根际的降低,并且逐代连作后根际土壤pH下降更多,而杨树多代连作会造成根际土壤多酚氧化酶活性逐代的升高,还会造成根际土壤中养分、脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶及微生物的逐代减弱,其中有些指标甚至会低于非根际土壤。综上,在江苏丰县应避免杨树连作,可更换品种或进行树种轮栽以缓解连作对地力带来的不利影响,注重维系土壤酶活性和微生物数量水平,同时采取措施减弱土壤的酸化程度。     

内蒙古温带草地低级根生物量格局及其与环境因子的关系

为了揭示根系生长策略与环境的关系以及草地植物根系周转对土壤碳的贡献, 在内蒙古荒漠草地、典型草地以及草甸草地设置17 个样点, 分析总根生物量、低级根生物量和低级根占总根生物量之比随草地类型与土层深度的变化及其与气候、土壤因素之间的关系。结果表明: 1) 低级根生物量与总根生物量正相关, 低级根生物量和总根生物量都与年均降水量、土壤氮含量正相关, 与年均温为负相关; 2) 低级根占总根生物量之比总体上呈现荒漠草原(14%)<典型草原(20%)<草甸草原(39%)的趋势, 与年均降水量正相关, 与年均温负相关, 与土壤全碳和全氮不相关; 3) 低级根生物量随土层的垂直分布规律与总根生物量一致, 在草甸草地随着土层加深而降低, 低级根主要分布在0~40 cm 表层土壤中(85%以上), 而在典型草地与荒漠草地则土层之间差异不显著。研究得到以下结论: 1) 草地植物根系可能通过不同机制响应温度和降水这两个环境因子; 2) 植物在水分贫乏的生境中可能通过降低对快速周转的低级根的投入来减少碳支出, 而投入更多的高级根来存储水分养分, 同时表明干旱生境中植物细根的水分养分吸收效率可能高于湿润生境。     

油松飞播林土壤质量评判及其调控

2000年在北京市延庆县王家堡飞播基地,对飞播造林密度为8000株/hm2的9年生油松林设置间伐处理,强度分别为30%(弱度)、48.75%(中度)、53.75%(强度)、77.13%(超强度)4个间伐强度及0%(对照).5年后,通过飞播油松与土庄绣线菊灌丛020 cm土壤理化性质、土壤酶活和土壤微生物横向比较,评价油松飞播植被恢复模式的优劣,并在此基础上,通过不同间伐强度油松林土壤质量的纵向比较,探讨间伐作为飞播油松可持续经营措施的可行性.结果表明:油松飞播林土壤物理性质、土壤养分、土壤酶活性和土壤微生物数量均低于土庄绣线菊灌丛,油松飞播林地土壤有逆向演替的潜在倾向.因此,及时对郁闭林分进行合适强度的间伐,有利于油松飞播林地可持续发展,对9年生初植密度8000株/hm2的油松幼林选择48.75%左右的间伐强度最优.土壤酶和土壤微生物较土壤理化性质对间伐响应敏感,土壤碱性磷酸酶、毛管持水量和放线菌可以作为油松飞播林地土壤质量评价的指标.