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土壤 2022年第6期54卷 1157-1164页

作者：宋延静张晓黎付娆李萌王洁马兰山东省蚕业研究所山东烟台264002 中国科学院海岸带环境过程与生态修复重点实验室(烟台海岸带研究所) 山东烟台264003 山东省农业科学院黄河三角洲现代农业研究院山东东营257091

为探究滨海盐土不同盐度梯度下氨氧化微生物的丰度和多样性特征,利用土壤化学和分子生态学手段(定量PCR、T-RFLP)对莱州湾南岸及黄河口4个河口断面(黄河、白浪河、堤河、胶莱河)14个不同盐度(6.4‰~51.1‰)盐渍化土壤样品的氨氧化古菌(A... 详细信息

为探究滨海盐土不同盐度梯度下氨氧化微生物的丰度和多样性特征,利用土壤化学和分子生态学手段(定量PCR、T-RFLP)对莱州湾南岸及黄河口4个河口断面(黄河、白浪河、堤河、胶莱河)14个不同盐度(6.4‰~51.1‰)盐渍化土壤样品的氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)的硝化潜势、丰度及多样性进行了分析。结果发现:土壤硝化潜势在高盐度(34.7‰~51.1‰)条件下被显著抑制,主要受土壤盐度、p H和NO3–-N水平显著影响;AOA-amoA基因丰度比AOB-amoA高出两个数量级,在中盐度时丰度最高(9.92×106copies/g土),在高盐度时受到显著抑制(5.28×106copies/g土,P<0.05);AOB-amoA基因丰度受盐度的影响,低盐度时显著高于中、高盐度条件;然而AOA和AOB的多样性和群落结构受盐度梯度影响不大。相关分析表明,硝化潜势与AOA和AOB丰度均无显著相关性,而与AOA/AOB比值以及AOA的Shannon指数显著负相关。由此可见,滨海盐土中,盐度的波动对土壤氨氧化活性和功能微生物都会产生剧烈的影响,盐度和p H造成的土壤氮素有效性的变化可能是影响滨海盐土硝化活性和氨氧化微生物丰度及群落组成的关键因素。

关键词：滨海盐土硝化潜势氨氧化细菌和古菌盐度梯度群落结构

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瘤突苍耳入侵程度对本地苍耳、土壤氮转化和硝化菌的影响

瘤突苍耳入侵程度对本地苍耳、土壤氮转化和硝化菌的影响

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作者：张明沈阳农业大学

学位级别：硕士

随着迈进新时代,外来植物入侵问题愈发严重,对经济发展和自然环境造成的损害愈发严重。氮素是植物生长不可或缺的营养元素,外来入侵植物和土壤氮转化微生物之间的互作关系在其入侵过程中发挥至关重要的作用。本实验室的前期研究发现,偏... 详细信息

随着迈进新时代,外来植物入侵问题愈发严重,对经济发展和自然环境造成的损害愈发严重。氮素是植物生长不可或缺的营养元素,外来入侵植物和土壤氮转化微生物之间的互作关系在其入侵过程中发挥至关重要的作用。本实验室的前期研究发现,偏好硝态氮的外来入侵植物瘤突苍耳(Xanthium strumarium)全株水浸提液能显著提高土壤硝化速率和土壤硝氮含量;而偏好铵态氮的本地植物苍耳(***)则不能。这表明,瘤突苍耳入侵会影响土壤氮转化和氮形态,进而影响其入侵性,入侵程度越重,这种影响越大。为探讨不同入侵程度下的外来入侵植物对根围土壤的理化性质、氮转化及相关微生物的影响,本实验以瘤突苍耳和苍耳为实验材料,采用盆栽种植的方法,设置两种不同的土壤养分条件,研究在四个入侵程度下两种苍耳的生物量积累和分配、根围土壤氮转化以及根围土壤氨氧化菌多样性和群落结构等的差异,分析入侵程度、土壤氮转化和土壤硝化细菌间的关系。主要结论如下:不论栽培方式如何、土壤养分高低,瘤突苍耳单株地上生物量、地下生物量、总生物量和茎生物量分数均显著高于苍耳。不论土壤养分高低,随着瘤突苍耳入侵强度的增大,两种苍耳单株地上生物量和总生物均降低,苍耳的果实生物量也显著降低。土壤养分含量增加显著提高了瘤突苍耳和苍耳单株地上生物量、地下生物量、总生物量,以及苍耳的果实生物量和瘤突苍耳的茎生物量分数,但降低了瘤突苍耳的根生物量分数。不论土壤养分高低,单种时瘤突苍耳脲酶活性均显著高于苍耳,而瘤突苍耳根围土硝态氮含量却显著低于苍耳;随着瘤突苍耳入侵强度的提升,瘤突苍耳对苍耳的抑制作用增强,苍耳根围土壤净硝化速率呈下降的趋势。随着土壤养分的提升,两种苍耳根围土铵态氮含量和净硝化速率均提高。随着土壤养分提高,两种苍耳根围土氨氧化细菌(AOB)多样性均降低,土壤硝化潜势提高,土壤氨氧化潜势显著降低,土壤中AOB群落结构发生显著变化,但土壤氨氧化古菌(AOA)群落结构无显著变化。本实验中,氨氧化细菌主导着土壤中的硝化过程,其主导地位没有随着土壤养分和入侵程度的改变而变化。综上,随着瘤突苍耳入侵程度的增强,苍耳的生长发育和繁殖受到的抑制增强,瘤突苍耳渐渐通过竞争排挤苍耳,占据苍耳的生态位。瘤突苍耳具有更强的硝态氮吸收能力,其入侵显著改变了入侵地土壤氨氧化菌群落多样性和结构,创造了一个有益于自身生长的土壤环境,从而促进其进一步入侵。本研究有助于揭示外来植物入侵对土壤硝化菌之间的影响,为揭示植物-土壤反馈机制提供证据,为瘤突苍耳管控提供科学依据。

关键词：入侵程度土壤养分生长土壤氮形态土壤氮转化氨氧化细菌和古菌

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陇东旱塬黑垆土长期施肥对春玉米-冬小麦轮作产量、土壤质量及微生物的影响

陇东旱塬黑垆土长期施肥对春玉米-冬小麦轮作产量、土壤质量及微...

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作者：王婷甘肃农业大学

学位级别：博士

探讨陇东旱塬黑垆土春玉米-冬小麦轮作下“降水-产量-土壤质量-土壤微生物”对长期不同施肥的响应及其影响机制,对指导旱作农田水肥资源高效利用、土壤地力优化管理和作物生产力持续提高具有重要意义。本文基于始建于1979年的甘肃平凉... 详细信息

探讨陇东旱塬黑垆土春玉米-冬小麦轮作下“降水-产量-土壤质量-土壤微生物”对长期不同施肥的响应及其影响机制,对指导旱作农田水肥资源高效利用、土壤地力优化管理和作物生产力持续提高具有重要意义。本文基于始建于1979年的甘肃平凉黑垆土春玉米-冬小麦轮作长期肥料定位试验,以不施肥(CK)、单施化学氮肥(N)、氮磷化肥配施(NP)、氮磷化肥配施秸秆(SNP)、单施有机肥(M)和氮磷化肥配施有机肥(MNP)6个处理为研究对象,结合历史同期气象数据和长期定位监测资料,于2015-2017年开展了如下研究:(1)分析了长期不同施肥下春玉米—冬小麦轮作的产量和水肥效应,揭示了降水-施肥-产量之间的关系;(2)引入DSSAT-CERES-Wheat模型,评价了长期不同施肥土壤基础地力及其贡献率演变特征,揭示了土壤基础地力贡献率与土壤肥力因子之间的关系;(3)分析了长期不同施肥土壤物理、化学和生物学性状演变特征,采用最小数据集综合评价了长期施肥的土壤质量;(4)应用Illumina Miseq和Roche 454 GS FLX Titanium System高通量测序平台,研究了长期施肥条件下土壤细菌、古菌群落特征和氨氧化菌及其关键功能基因特征,揭示了影响土壤微生物群落特征的主导土壤肥力因子。全文主要结论如下:(1)在陇东旱塬地区农田长期进行冬小麦-春玉米轮作,有机肥或秸秆与氮磷配施显著提高了作物在干旱年、平水年和丰水年作物产量、肥料贡献率、降水利用效率和水分利用效率。与单施氮肥相比,冬小麦分别增产140%～151%、113%～174%和70.6%～102%;春玉米分别增产69.5%～99.9%、91.1～104%和105%～127%;干旱年,冬小麦肥料贡献率、降水利用效率和水分利用效率分别增加197%～204%、153%～165%和81%～82%,春玉米分别增加172～217%、71%～99%和77%～118%。平水年,冬小麦肥料贡献率、降水利用效率和水分利用效率分别增加749%～843%、118%～180%和152%～227%,春玉米分别增加1451～1543%、91%～104%和104%～91%。丰水年,冬小麦肥料贡献率、降水利用效率和水分利用效率分别增加84%～520%、73%～105%和57%～109%,春玉米分别增加40～44%、104%～125%和136%～158%。年际间降水变化是影响产量稳定性和可持续性的主要因子。有机肥或秸秆与氮磷配施显著增加了冬小麦在干旱年、平水年和丰水年产量稳定性和可持续性,而玉米产量稳定性和可持续性随着降雨增加而提高。(2)在陇东旱塬地区农田长期进行冬小麦-春玉米轮作,长期不同施肥处理的土壤基础地力及其贡献率均随时间呈波动上升趋势。长期不施肥和单施氮土壤基础地力分别以年0.23%和3.03%的年递增率显著下降,而单施有机肥或有机肥与化肥配施土壤基础地力分别以2.7%和3.82%的年递增率显著增加,秸秆与化肥配施土壤基础地力上升趋势不显著。有机肥或秸秆与化肥相结合的土壤基础地力贡献率显著高于单施氮肥,单施有机肥和化肥配施。土壤有机碳含量是导致土壤基础地力提升的关键土壤肥力因子。(3)在陇东旱塬地区农田长期进行冬小麦-春玉米轮作,秸秆/有机肥与化肥配施是补充土壤养分库、增强土壤生物肥力和提高土壤质量的重要措施。与试验初相比,单施氮肥或有机肥、秸秆氮磷配施和有机无机配施均显著降低了土壤容重(1.5～10.8%)和土壤微团聚体比例(40.7～56.8%)。单施氮肥、氮磷配施和秸秆氮磷配施增加了土壤p H(0.04～1.54%),而有机无机配施降低了土壤p H(0.5%)。秸秆/有机肥与化肥配施显著提高了土壤有机碳(40.0～108.7%)、全氮(0～55.3%)、全磷(20.0～59.3%)、碱解氮(34.4～103.3%)、速效磷(106.3～561.5%)和速效钾(145.0～206.7%)含量。与1989年相比,秸秆/有机肥与化肥配施显著提高了土壤脲酶(8.2～47.5%)、土壤蔗糖酶(16.1～62.7%)和土壤碱性磷酸酶(12.0～65.5%)活性。连续施肥39年后,有机肥与化肥配施显著提高了微生物碳(20.9～199.2%)和氮(18.5～259.0%)含量。基于土壤质量线性评分模型计算所得土壤质量指数大小依次为MNP(0.66)>M(0.57)>SNP(0.49)>NP(0.30)>N(0.27)>CK(0.19)。(4)土壤细菌共38门、157纲、297目、541科和1062属,变形菌门(Proteobacteria)与厚壁菌门(Firmicutes)是冬小麦播种前、开花期和收获后所有处理共有的优势菌门,其平均相对丰度分别为33.8%与31.9%、39.4%与17.3%和19.5%与57.5%。杆

关键词：长期施肥试验水肥效应土壤质量土壤细菌和古菌氨氧化细菌和古菌土壤基础地力

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辛炔和乙炔作为选择性抑制剂在测定土壤硝化-反硝化速率时的误差研究

辛炔和乙炔作为选择性抑制剂在测定土壤硝化-反硝化速率时的误差...

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作者：张志君福建农林大学

学位级别：硕士

硝化-反硝化作用在土壤氮循环中具有重要作用,它不仅是土壤中氮素损失的重要途径,也是温室气体氧化亚氮（N2O）排放的主要来源。炔烃类物质（辛炔和乙炔）作为选择性抑制剂,目前被广泛用于土壤硝化-反硝化作用的研究。其中辛炔抑制技术... 详细信息

硝化-反硝化作用在土壤氮循环中具有重要作用,它不仅是土壤中氮素损失的重要途径,也是温室气体氧化亚氮（N2O）排放的主要来源。炔烃类物质（辛炔和乙炔）作为选择性抑制剂,目前被广泛用于土壤硝化-反硝化作用的研究。其中辛炔抑制技术是目前新发展起来的用来区分氨氧化过程中氨氧化细菌和氨氧化古菌对N2O产生量的相对贡献的方法,而乙炔抑制技术是最常用的测定土壤反硝化速率的方法。目前,辛炔与乙炔作为选择性抑制剂在测定土壤硝化-反硝化速率中的误差大小还没有很好的量化,其误差产生的机制还缺乏深入研究。为了研究辛炔抑制技术在区分细菌与古菌氨氧化速率时的系统误差,本文利用典型氨氧化细菌与氨氧化古菌的纯菌株,在不同浓度的辛炔处理下追踪氨氧化过程中含氮气体（N2O和NO）的动态变化,量化辛炔在测定氨氧化过程中的误差。研究结果表明:与乙炔类似,辛炔也具有催化NO氧化为NO2的能力,另外辛炔不溶于水,无法完全抑制细菌的氨氧化作用,这导致用辛炔区分细菌与古菌氨氧化过程中对N2O产生量的贡献时会造成实验误差。辛炔抑制法的系统误差是用辛炔抑制法测定的土壤氨氧化速率的0.25-1倍。随着辛炔浓度（≤20uM）的增加,辛炔抑制法造成的系统误差值也随之增加。由辛炔催化NO氧化成NO2所造成的误差占误差值的45%,而由辛炔不能完全抑制细菌的氨氧化活性所造成的误差占误差值的55%。根据我们的研究结果:当辛炔的浓度为10uM时,辛炔抑制法在区分细菌和古菌氨氧化过程中产生N2O的相对量时具有较小的实验误差。为了定量评价乙炔抑制法在测定土壤反硝化速率时的系统误差,本文以氦/氮置换-直接定量氮气法为基准,量化了不同土壤参数条件下乙炔在测定反硝化速率时的误差。结果表明:随着土壤含水量的增加,乙炔抑制法的系统误差是用乙炔抑制法测定的土壤反硝化速率的5-26倍。另外,乙炔抑制法测定的数据未能反映出反硝化速率随含水量增加而增加的趋势。随着土壤硝酸盐含量和水分含量的增加,乙炔抑制法的误差值增加。乙炔抑制法的误差主要有两种来源:一种是乙炔催化NO氧化为NO2,导致由NO进一步还原为N2O的量减少,造成反硝化速率的低估。这一类型的误差平均占乙炔抑制法总误差值的60%（31%-79%）。另外一种是乙炔对N2O还原酶的不完全抑制,这一种类的误差平均占乙炔抑制法总误差的40%（14%-71%）。这些结果表明:在好氧条件下,乙炔抑制法测定土壤反硝化时会产生较大误差,所以在好氧条件下建议谨慎使用乙炔抑制法测定土壤反硝化速率。特别是对于硝酸盐含量和水分含量都较高的土壤,不建议使用乙炔抑制法测定土壤反硝化速率。总之,在测定硝化-反硝化作用时,无论是辛炔还是乙炔抑制技术都需要考虑其所造成的系统误差。本文的结果有助于明确抑制剂的适用范围和条件,有助于更合理地运用炔烃类（辛炔和乙炔）抑制技术测定不同土壤条件下的反硝化和好氧氨氧化速率,同时为合理解释好氧条件下用炔烃类（辛炔和乙炔）抑制技术测定的土壤硝化-反硝化速率方面的数据提供了理论依据。

关键词：硝化-反硝化作用辛炔和乙炔抑制技术氨氧化细菌和古菌反硝化速率氨氧化速率

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