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土壤微生物群落对全球气候变化响应的研究进展

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微生物学通报 2023年第4期50卷 1700-1719页

作者：李怡佳马俊伟李玉倩沈心怡夏星辉北京师范大学环境学院北京100875 中国环境科学研究院北京100012

全球气候变化对陆地生态系统过程和功能产生重要影响,土壤微生物群落在陆地生态系统几乎所有的生物地球化学循环过程起到关键作用。本文针对气候变化对土壤微生物的影响研究结果,主要从土壤微生物活性(土壤呼吸与酶活性)和微生物群落结... 详细信息

全球气候变化对陆地生态系统过程和功能产生重要影响,土壤微生物群落在陆地生态系统几乎所有的生物地球化学循环过程起到关键作用。本文针对气候变化对土壤微生物的影响研究结果,主要从土壤微生物活性(土壤呼吸与酶活性)和微生物群落结构对大气CO_(2)升高、增温、降水变化、氮沉降等全球变化单因子和多因子的直接或间接响应进行综述,并进一步阐述参与土壤碳氮循环过程的功能微生物对气候变化的响应机制与适应规律。全球变化因子改变了土壤微生物的群落组成,呈现降低、增加和无影响3种效应,且不同功能微生物也呈现不同的敏感性。多个全球变化因子对土壤微生物群落结构的交互效应可能存在加性、协同、拮抗作用,产生加和的、相互促进或抵消的整体效果。然而,目前对多种全球变化因子如三因子或四因子的组合作用,以及多因子的高阶交互作用研究较少;已有的研究地理分布不均匀,且时间和空间大尺度的研究不足;缺乏综合生态系统模型对全球变化的影响进行模拟和预测。最后指出今后的研究发展方向:进行多种全球变化因子、长时间、多生态系统点位、大空间尺度的土壤微生物群落动态研究;探究多种全球变化因子的高阶交互作用;建立综合响应的生态系统模型,精确全球气候变化及其交互作用对土壤微生物群落影响的估算。这将有助于准确预测未来全球气候变化情景下生态系统尤其是土壤微生物生态系统的响应,为生态系统的可持续发展提供科学基础。

关键词：土壤微生物群落气候变化增温大气CO_(2)浓度升高氮沉降降水变化交互作用

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牛粪还田对土壤微生物群落特征的影响

环境科学 2023年第3期44卷 1792-1800页

作者：张雅丽郭晓明胡慧郭暖徐小涛李建林河南理工大学资源环境学院焦作454000 河南省焦作市生态环境局武陟分局焦作454000

畜禽粪便还田对土壤质量产生了深刻影响,而土壤微生物是反映土壤质量的敏感指标.基于稀释平板计数和高通量测序技术,研究了牛粪还田区土壤微生物群落特征及其影响因素.结果表明,与对照点相比,牛粪还田区土壤微生物群落β多样性发生了显... 详细信息

畜禽粪便还田对土壤质量产生了深刻影响,而土壤微生物是反映土壤质量的敏感指标.基于稀释平板计数和高通量测序技术,研究了牛粪还田区土壤微生物群落特征及其影响因素.结果表明,与对照点相比,牛粪还田区土壤微生物群落β多样性发生了显著变化;牛粪还田增加了变形杆菌门(Proteobacteria)的相对丰度,而减少了放线菌门(Actinobacteria)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)的相对丰度;牛粪还田显著改变了土壤微生物群落中的鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、PLTA13属、MSB-4B10属、盐单胞菌属(Halomonas)、CCD24属、Gaiella属、节杆菌属(Arthrobacter)、芽孢杆菌属(Bacillus)和Entotheonellaceae属的相对丰度;影响牛粪还田区土壤微生物群落组成的重要因素是土壤含水量和放线菌数量;牛粪还田增加了假单胞菌属(Pseudomonas)、梭状芽孢杆菌属(Clostridium)和链球菌属(Streptococcus)等病原菌的相对丰度,对土壤质量存在一定的生物污染风险.研究结果可为深入认识牛粪还田对土壤质量的影响提供数据支撑.

关键词：牛粪还田高通量测序土壤微生物群落土壤性质生物污染

谷壳灰硅肥改善土壤质量降低水稻镉砷累积的效应

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环境科学 2024年第3期45卷 1793-1802页

作者：易轩韬欧阳坤辜娇峰李倩游萍周航廖柏寒中南林业科技大学环境科学与工程学院长沙410004 湖南浩美安全环保科技有限公司长沙410100 昆明理工大学环境科学与工程学院昆明650504 中南大学资源加工与生物工程学院长沙410083

为研究谷壳灰制备硅肥对水稻不同生育期土壤重金属镉(Cd)和砷(As)生物有效性、酶活性、微生物群落结构和糙米重金属含量的影响,开展水稻盆栽试验.结果表明,施用0.1%~1.0%谷壳灰硅肥能提高土壤pH值0.04~0.24个单位,有效硅含量44.2%~97.5%... 详细信息

为研究谷壳灰制备硅肥对水稻不同生育期土壤重金属镉(Cd)和砷(As)生物有效性、酶活性、微生物群落结构和糙米重金属含量的影响,开展水稻盆栽试验.结果表明,施用0.1%~1.0%谷壳灰硅肥能提高土壤pH值0.04~0.24个单位,有效硅含量44.2%~97.5%,也能降低土壤有效态Cd含量16.2%~21.4%,有效态As含量16.0%~24.9%;随施加量的增大各生育期土壤酶活性增大,其中蔗糖酶活性显著增大6.3%~145.7%,脱氢酶活性显著增大6.7%~224.1%;分析土壤成熟期微生物群落结构显示,施用谷壳灰硅肥不影响微生物α-多样性,但对微生物β-多样性产生显著影响,促进微生物生长,维持群落结构稳定性;随施加量的增大,糙米Cd含量降低了29.3%~89.7%,糙米总As和无机As含量分别降低7.8%~42.3%和17.2%~44.5%,当施用量在0.5%和1.0%时水稻糙米ω(Cd)土壤质量、降低糙米Cd和As含量,具有环境友好性,可用于Cd和As复合污染稻田土壤的治理.

关键词：谷壳灰硅(Si) 镉砷水稻土壤酶土壤微生物群落

腐熟玉米秸秆对设施土壤环境及黄瓜产量和品质的影响

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应用生态学报 2023年第5期34卷 1290-1296页

作者：张晓伟杨显贺车豪杰秦竞毕焕改艾希珍山东农业大学园艺科学与工程学院/作物生物学国家重点实验室/农业部黄淮地区园艺作物生物学与种质创制重点开放实验室/山东省果蔬优质高效生产协同创新中心山东泰安271018 邹城市农业农村局山东邹城273500 青岛市城阳区农业农村局山东青岛266109 枣庄市农业农机技术推广中心山东枣庄277800

针对当前设施黄瓜生产中化肥用量过多造成的土壤环境变劣、黄瓜产量和品质下降等问题,本研究以‘津优35号’黄瓜为试材,研究腐熟玉米秸秆对日光温室黄瓜根区土壤环境及其产量和品质的影响。试验设3个处理,分别为腐熟玉米秸秆与化肥配施(... 详细信息

针对当前设施黄瓜生产中化肥用量过多造成的土壤环境变劣、黄瓜产量和品质下降等问题,本研究以‘津优35号’黄瓜为试材,研究腐熟玉米秸秆对日光温室黄瓜根区土壤环境及其产量和品质的影响。试验设3个处理,分别为腐熟玉米秸秆与化肥配施(T_(1),总施氮量450 kg N·hm^(-2),其中9000 kg·hm^(-2)腐熟玉米秸秆作基肥,其余部分用化肥补充)、单施化肥(T_(2),总施氮量与T_(1)相同)和不施肥对照(CK)。结果表明:连续种植2茬后,T_(1)处理的土壤有机质含量显著增加,T_(2)与对照差异不显著;T_(1)和T_(2)处理的碱解氮、速效磷和速效钾含量均显著高于对照。T_(1)处理黄瓜根区土壤容重显著低于T_(2)和对照,而孔隙度和呼吸速率显著高于T_(2)和对照,电导率虽然高于对照,但与T_(2)相比显著降低,pH与T_(2)和对照差异不显著。黄瓜根际土壤中的细菌和放线菌数量以T_(1)最多,对照最低,而真菌数量以T_(2)最多。T_(1)处理的根际土壤酶活性均显著高于对照,而T_(2)处理显著低于对照或与对照差异不显著。T_(1)处理的黄瓜根系干重和根系活力均显著高于对照,产量比对照增加10.1%,产品品质明显提高;T_(2)处理的根系活力也显著高于对照,但根系生长量和产量与对照差异不显著,与T_(1)相比产品品质有所下降。可见,腐熟玉米秸秆与化肥配施可改良设施土壤环境,促进黄瓜根系生长,增强根系活力,提高产量和品质,可在生产中推广应用。

关键词：腐熟秸秆有机质土壤理化性质土壤微生物群落根系活力产量黄瓜

典型砷污染场地及周边生境土壤微生物群落结构及分子网络特征

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生态学杂志 2024年第5期43卷 1426-1433页

作者：徐墨馨叶丽丽陈永山李浩闻蒋金平桂林理工大学广西环境污染控制理论与技术重点实验室广西桂林541004 泉州师范学院资源与环境科学学院福建泉州362000 广西岩溶地区水污染控制用水安全保障协同创新中心广西桂林541004

为了解砷污染严重环境下不同生境土壤微生物群落结构差异,选择广西贺州某砷污染场地附近裸地、农田、草地和林地4种生境下的土壤,利用16S rRNA Illumina高通量测序技术和分子生态网络的方法,比较4种生境土壤微生物群落结构和组成的差异... 详细信息

为了解砷污染严重环境下不同生境土壤微生物群落结构差异,选择广西贺州某砷污染场地附近裸地、农田、草地和林地4种生境下的土壤,利用16S rRNA Illumina高通量测序技术和分子生态网络的方法,比较4种生境土壤微生物群落结构和组成的差异、微生物物种间的相互作用关系以及微生物与环境因子之间的相关性。结果表明:4种生境土壤均呈酸性,裸地土壤酸性最强。裸地土壤微生物群落的多样性和丰富度最低,农田土壤微生物群落多样性和丰富度最高。细菌门水平上,农田最关键菌门为放线菌门,而其他3种生境土壤最关键菌门为绿弯菌门,且相对丰度均最高。分子生态网络结构分析表明,农田土壤的网络节点数、连接数和模块数最少,联系较为简单,系统稳定性较低,林地土壤和草地土壤的连接数和平均连接度较高,微生物物种之间的联系更为复杂,系统稳定性更高。4种生境土壤微生物物种间均主要呈现出相互合作关系。冗余分析表明,环境因子中,土壤pH、速效K、全N和有机质显著影响了土壤微生物的群落结构。

关键词：砷土壤微生物群落分子生态网络高通量测序

酒石酸与农艺刈割联合辅助象草植物修复镉污染土壤的效应以及对土壤微生物群落的影响

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环境科学研究 2024年第2期37卷 359-370页

作者：马兰心唐棋辜娇峰王德正周航曾鹏廖柏寒中南林业科技大学环境科学与工程学院湖南长沙410004

针对重金属镉(Cd)污染耕地,选择适宜的经济作物并配套低生态风险辅助技术边生产边修复,对保持耕地种植属性和区域经济水平意义重大.为研究酒石酸和农艺刈割辅助象草(Pennisetum purpureum Schum)植物修复Cd重度污染的效果,在湖南东部地... 详细信息

针对重金属镉(Cd)污染耕地,选择适宜的经济作物并配套低生态风险辅助技术边生产边修复,对保持耕地种植属性和区域经济水平意义重大.为研究酒石酸和农艺刈割辅助象草(Pennisetum purpureum Schum)植物修复Cd重度污染的效果,在湖南东部地区某Cd污染农田开展象草的田间种植试验,分析酒石酸施用(单次施用0、1.25和2.5 mmol/kg)和农艺刈割(0、1和2次)单一或联合处理对土壤基本理化性质、象草Cd含量、象草生物量、象草Cd提取量和土壤微生物群落结构的影响.结果表明:①与实验田背景值相比,象草种植、酒石酸和刈割处理能够使土壤pH降低0.07~0.47个单位、土壤总Cd含量降低0.62%~39.72%,同时土壤有效态Cd含量增加1.25%~27.25%.②酒石酸施用有利于象草总生物量的增加,刈割则相反,但二者都增加了象草茎Cd含量,尤其是刈割处理,均是最后一茬收获的象草茎Cd含量较前茬更大,最高达8.94 mg/kg.③酒石酸施用量为1.25 mmol/kg且未刈割时,象草地上部位生物量最大,单位面积生物量最高达99.67 t/hm^(2)(单株达3.80 kg);同时象草地上部位Cd提取量达到最大,单位面积象草地上部Cd提取量达到213.58 g/hm^(2)(单株达8.14 mg).④酒石酸和刈割处理均对土壤微生物α-多样性无显著影响,但1.25 mmol/kg的酒石酸施用联合刈割2次的处理显著影响了土壤微生物β-多样性.研究显示:施加酒石酸和刈割均可提高象草茎和叶的Cd含量,且单一低剂量酒石酸处理下植物Cd提取量最大,同时试验处理一定程度上影响了土壤微生物群落的组成;在利用象草植物修复Cd污染土壤污染时,建议施用1.25 mmol/kg的酒石酸提升修复效率.

关键词：镉(Cd)污染土壤象草植物修复酒石酸刈割土壤微生物群落

微塑料对稻田土壤温室气体排放和微生物群落的影响

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生态学报 2024年第10期44卷 4308-4318页

作者：张之钰武海涛刘吉平王文锋徐磊张仲胜吉林师范大学旅游与地理科学学院四平136000 中国科学院东北地理与农业生态研究所湿地生物与环境重点实验室长春130102

微塑料因在土壤环境中广泛存在及其潜在的生态风险而受到越来越多的关注。微塑料的赋存会改变土壤理化性质,并对土壤微生物群落及其驱动的生物地球化学过程产生影响,而相关研究尚处于起步阶段。可生物降解塑料作为传统塑料的替代品,越... 详细信息

微塑料因在土壤环境中广泛存在及其潜在的生态风险而受到越来越多的关注。微塑料的赋存会改变土壤理化性质,并对土壤微生物群落及其驱动的生物地球化学过程产生影响,而相关研究尚处于起步阶段。可生物降解塑料作为传统塑料的替代品,越来越多地应用于农业活动,并释放到土壤中。然而,可生物降解微塑料对土壤微生物特性产生影响的研究鲜有报道。基于此,本试验以我国三江平原水稻田土壤为研究对象,选取了2种常见的微塑料为试验材料,分别为传统型微塑料聚丙烯(Polypropylene,PP)和可降解微塑料聚乳酸(Polylactic acid,PLA),进行了为期41d的微宇宙培养实验,旨在分析不同浓度与类型的微塑料对土壤可溶性有机碳(Dissolved Organic Carbon,DOC)含量及官能团特征、温室气体排放以及微生物群落结构的差异性影响。结果表明,传统型微塑料PP与可降解微塑料PLA添加均对土壤理化性质与微生物群落产生显著影响。其中,微塑料添加大体上增加了土壤DOC含量,PLA的促进作用较为明显,且增加含量与微塑料添加量呈正相关;PP和PLA均影响土壤DOC分子结构,削弱了土壤团聚化程度并促进了大分子量DOC化合物的生成;微塑料的添加促进土壤CH_(4)排放,而有效抑制了土壤CO_(2)排放;微塑料显著改变了土壤细菌和真菌群落的丰富度与多样性。相关分析结果表明,土壤CO_(2)累计排放量与芳香族化合物结构及疏水性等官能团特征、变形菌门(Proteobacteria)与放线菌门(Actinobacteria)均呈显著正相关关系。以上结果表明,微塑料添加改变了土壤DOC含量及官能团特征与微生物环境,进而影响土壤温室气体排放。本研究为今后微塑料对土壤地球化学和微生物特性的影响研究提供了科学的思路,同时也有助于评估微塑料对土壤生态系统的生态风险。

关键词：温室气体微塑料可溶性有机碳土壤微生物群落

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控释肥残膜积累对土壤微生物群落组成的影响

中国生态农业学报（中英文） 2022年第6期30卷 1002-1013页

作者：王学霞曹兵邹国元张佳佳王甲辰刘东生陈延华北京市农林科学院植物营养与资源研究所北京100097 北京市缓控释肥料工程技术研究中心北京100097

为探究控释肥残膜累积对土壤微生物群落的影响,采用Illumina MiSeq高通量测序技术,分析了不同控释肥残膜(聚氨酯)累积量下土壤细菌和真菌群落结构及多样性的差异。试验设不加聚氨酯残膜膜壳(CK)、添加聚氨酯残膜140 kg·hm^(−2)(CR1)、2... 详细信息

为探究控释肥残膜累积对土壤微生物群落的影响,采用Illumina MiSeq高通量测序技术,分析了不同控释肥残膜(聚氨酯)累积量下土壤细菌和真菌群落结构及多样性的差异。试验设不加聚氨酯残膜膜壳(CK)、添加聚氨酯残膜140 kg·hm^(−2)(CR1)、280 kg·hm^(−2)(CR2)、560 kg·hm^(−2)(CR3)和1400 kg·hm^(−2)(CR4)5个处理。结果表明:与CK相比,聚氨酯残膜施入土壤120 d后,CR4处理下土壤可溶性有机碳(DOC)、土壤含水量(SM)和玉米地下生物量(BGB)及CR3处理土壤NO_(3)^(−)-N含量显著增加(P土壤pH、速效钾(AK)、总氮(TN)、速效磷(AP)、NH_(4)^(+)-N含量无显著差异。聚氨酯残膜处理提高了细菌和真菌OTU(operational taxonomic unit)数量、细菌群落多样性(Shannon)和丰富度(Ace、Chao)指数,CR4处理与CK间差异显著(P土壤真菌群落多样性和丰富度无显著差异,但改变了基于门、属水平上的群落组成。随土壤聚氨酯残膜添加量的增加,变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和伯克氏菌属(Burkholderia)相对丰度增加,而酸杆菌门(Acidobacteria)和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)相对丰度减少,CR4处理与CK相比差异显著(P群落结构的影响最大(P=0.003),AP、SM和BGB对细菌群落结构也具有显著影响(P群落结构与土壤DOC、TN和SM呈现显著相关(P土壤可溶性有机碳、含水量、玉米根生物量等因子提高了细菌群落多样性,影响土壤细菌和真菌群落组成。

关键词：土壤微生物群落聚氨酯多样性控释肥残膜降解

几种改良措施对酸化茶园土壤理化性质和微生物群落结构的影响

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茶叶科学 2022年第5期42卷 661-671页

作者：李艳春汪航李兆伟叶菁王义祥福建省农业科学院农业生态研究所福建省红壤山地农业生态过程重点实验室福建福州350013 福建省农业科学院土壤肥料研究所福建福州350013 福建农林大学生命科学学院福建福州350002

茶园土壤酸化是制约茶树可持续生产的重要因素,通过田间小区试验分析比较几种措施对茶园土壤的改良效果,以期为茶园酸化土壤改良提供科学依据。试验设置7个处理:全量化肥(常规施肥,NPK)、全量化肥+10 t⋅hm^(-2)生物质炭(NPK+BC10)、有... 详细信息

茶园土壤酸化是制约茶树可持续生产的重要因素,通过田间小区试验分析比较几种措施对茶园土壤的改良效果,以期为茶园酸化土壤改良提供科学依据。试验设置7个处理:全量化肥(常规施肥,NPK)、全量化肥+10 t⋅hm^(-2)生物质炭(NPK+BC10)、有机肥替代50%化肥(OM50)、有机肥替代50%化肥+2 t⋅hm^(-2)生石灰(OM50+Lime)、有机肥替代50%化肥+10 t⋅hm^(-2)生物质炭(OM50+BC10)、有机肥替代50%化肥+20 t⋅hm^(-2)生物质炭(OM50+BC20)、有机肥替代50%化肥+40 t⋅hm^(-2)生物质炭(OM50+BC40)。连续施用2年后,对茶园土壤酸度、养分和微生物群落进行测定。与NPK相比,OM50+Lime、OM50+BC20和OM50+BC40处理土壤pH分别显著提高1.10、0.49和0.68,盐基饱和度分别显著提高114.01%、55.92%和58.62%。OM50+BC10、OM50+BC20和OM50+BC40处理的土壤有机碳含量分别比NPK处理显著增加了29.68%、41.04%和59.37%。不同处理对土壤硝态氮含量无显著影响,OM50、OM50+BC20和OM50+BC40处理的铵态氮含量比NPK处理分别显著提高了40.27%、44.77%和41.77%。NPK+BC10、OM50+BC10、OM50+BC20和OM50+BC40处理能显著提高土壤微生物活性、微生物群落物种丰富度、多样性和均一性。OM50+BC10、OM50+BC20和OM50+BC40处理显著降低了真菌/细菌比例,表明这3个处理短期内增加了红壤茶园土壤生态系统稳定性,但OM50+Lime处理的革兰氏阴性菌/革兰氏阳性菌比例显著低于对照处理,表明施用生石灰处理的土壤微生物受到的环境胁迫程度高于其他处理。总之,OM50+Lime、OM50+BC20和OM50+BC40处理对酸化茶园土壤有较好的改良效果,OM50+BC20和OM50+BC40处理对土壤微生物群落性质方面的改良效果更佳。综合考虑改良效应及成本,OM50+BC20为最佳改良方案。

关键词：茶园土壤酸化土壤微生物群落生物质炭石灰有机肥