红壤侵蚀区不同植被类型土壤磷垂直分布特征及影响因素研究

为探讨红壤侵蚀区不同植被类型下土壤磷素有效性,选取福建长汀红壤丘陵生态系统国家定位观测研究站的裸地(CK)、针叶林(CF)、针阔混交林(CB)以及阔叶林(BF)4种植被类型,分别测定其铁氧化物、各级磷素形态,并采用高通量测序技术对解磷菌(PSM)进行测定。结果表明:随着植被类型的转变,中等活性磷含量增加,低活性磷含量总体上减少,游离态氧化铁(Fed)含量逐渐减少。土壤中解磷菌的丰富度和多样性随植被类型的转变增加。在门分类水平上,优势类群主要有变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、异常球菌—栖热菌门(Deinococcus-Thermus)等。变形菌门和酸性磷酸酶的含量随植被类型的转变总体呈现出增加趋势,变形菌门与ACP呈极显著正相关。综上所述,随着植被类型转变,稳定态磷逐渐向可利用态磷转化,土壤潜在磷源增加;游离态氧化铁含量的减少有利于有机磷的解吸和矿化,进而增加磷的有效性;解磷菌群落结构与多样性变化会受到土壤理化性质的影响,解磷微生物可通过分泌酸性磷酸酶的方式水解有机化合物并降解固定在土壤的无机磷,进而提高磷的有效性。

磷肥和生物炭配施对杉木林地土壤微生物的影响

以二代杉木林地土壤为供试土壤,进行室内培养试验来探讨P肥与生物炭配施对杉木林地土壤养分和微生物结构的影响,为施用生物炭和P肥对我国经营南方杉木人工林的可持续性提供合理的依据。试验设置4组处理,进行150 d室内生物培养试验后测定土壤基本养分状况,同时采用高通量测序技术分析土壤细菌、真菌的群落组成,并对土壤主要养分与微生物类群的相关性进行分析。结果表明,与单施P肥处理组(P)相比,在施加P肥的条件下,配施的生物炭在氧化前后均能促进土壤全C、全N、全P,速效K的含量增加,同时也降低了硝态氮和速效P的含量,其中与施生物炭处理组(WBCP)相比,氧化生物炭处理组(OBCP)对速效P和溶解性有机碳的含量有显著的抑制作用;与原土(CK)相比,P处理组中土壤细菌相对丰度以及群落结构差异较小,而其他处理中土壤的细菌相对丰度以及群落结构差异较大;WBCP和OBCP处理组对土壤真菌种类影响弱于P处理组,不同生物炭的添加培养分别降低子囊菌门的相对丰度,提高了毛霉亚门的相对丰度;土壤基本养分含量与门、属水平下主要微生物类群具有密切的相关性。因此在施用P肥的土壤中添加生物炭,能够有效改善杉木人工林土壤的主要养分状况,总体上促进土壤微生物物种数的增加,但生物炭氧化后其改善效果减弱,在对主要微生物类群相对丰度的调节上具有差异。

生物炭及其老化对杉木林土壤养分含量和微生物群落组成影响的室内模拟

【目的】探讨生物炭的输入以及经历老化后对杉木人工林土壤主要养分含量和微生物群落组成的影响,为我国南方杉木林地施用生物炭提供合理依据。【方法】以杉木叶为原材料制备生物炭,并对其进行水洗和酸化处理以模拟加速生物炭在自然环境中的长期老化,同时以2代杉木林红壤为供试土壤,设置土壤中未加生物炭(CK)、加入3%的生物炭(BC)、3%的水洗老化生物炭(WBC)以及3%的酸化老化生物炭(OBC)4组处理,进行150天室内培养后测定土壤主要养分,同时采用高通量测序技术分析土壤细菌、真菌的群落组成,并分析土壤主要养分含量与主要微生物类群的相关性。【结果】生物炭添加能显著提高土壤全碳、全氮、溶解性有机碳、速效钾和硝态氮的含量;老化后的生物炭降低了土壤溶解性有机碳含量,OBC对土壤溶解性有机氮含量也有显著抑制作用(P<0.05)。韦恩图分析表明,OBC对土壤微生物物种数的促进效果最明显。对细菌而言,生物炭老化前后均能显著提高土壤变形菌门、芽单胞菌门、拟杆菌门、芽单胞菌科、鞘脂单胞菌科和红螺菌科的相对丰度;OBC显著提高了土壤疣微菌门和浮霉菌门的相对丰度;绿弯菌门、放线菌门和厚壁菌门与全碳、全氮含量呈显著负相关,变形菌门、拟杆菌门与速效钾、硝态氮含量呈显著正相关。对真菌而言,子囊菌门和担子菌门是主要的优势菌门,WBC提高了土壤担子菌门、毛霉亚门和灵芝科的相对丰度;OBC降低了土壤壶菌门的相对丰度;子囊菌门与铵态氮、溶解性有机碳含量呈显著正相关,被孢霉门的相对丰度与溶解性有机氮含量显著正相关。【结论】生物炭添加能有效改善杉木人工林土壤主要养分状况,然而经水洗和酸化老化处理后的生物炭提高土壤养分的效果有所减弱;老化前后生物炭的添加总体上均能增加土壤微生物的物种数,但对主要微生物类群相对丰度的调节有差异。

不同林龄杉木林土壤磷形态与解磷菌变化

【目的】分析不同林龄杉木林土壤中的磷素形态变化特征,探讨林龄与不同分类水平解磷菌种类及相对丰度的联系,为人工林土壤磷素的有效利用和可持续经营提供参考。【方法】在福建南平选取5个林龄(4、15、24、43、100年)杉木人工林,用改进Hedley磷素分级法测定0~20 cm土壤中不同分级磷素含量,并采用高通量测序技术对PCR扩增的phoD基因进行测定,得到不同分类水平上解磷菌的相对丰度。【结果】在同一林龄杉木林中,总体上不同分级磷素含量大小依次是Residual-P>NaOH-P>NaHCO_(3)-P>H_(2)O-P>HCl-P。土壤中H_(2)O-IP含量随林龄增加而显著升高(P<0.05),NaHCO_(3)-IP含量随林龄增加先升后降,在43年时最大。随林龄增加,土壤NaOH-P含量波动明显,表现为24年>100年>43年>4年>15年。有机磷总量整体呈上升趋势,随林龄变化表现为100年>24年>43年>15年>4年。随林龄增加,杉木人工林土壤中活性磷含量逐渐升高,杉木幼龄林、中龄林、近熟林的土壤磷素活性表现为稳定态磷>中等活性磷>活性磷,过熟林的磷素活性表现为稳定态磷>活性磷>中等活性磷。杉木林土壤的解磷菌丰富度随林龄增加总体表现为43年>100年>24年>15年>4年,解磷菌种群多样性总体表现为43年>100年>15年>24年>4年。OTU韦恩图和PCoA分析表明,15年和24年土壤中解磷菌结构和多样性相近,43年杉木林土壤包含的解磷菌类群最丰富,且独特性最明显。4年杉木林解磷菌类群数目最少。在门分类水平上,土壤中变形菌门含量最高,其次是异常球菌-栖热菌门和放线菌门;在属分类水平上,优势类群主要有慢生根瘤菌属、Pseudolabrys、假单胞菌属、异常球菌属等;冗余分析表明,土壤NaHCO_(3)-IP与厚壁菌门相对含量呈显著正相关,NaOH-IP与放线菌门、芽单胞菌门等呈显著负相关;HCl-OP与酸杆菌门呈显著负相关,H_(2)O-OP、NaHCO_(3)-IP与慢生根瘤菌属呈显著负相关。【结论】随林龄增加,杉木人工林土壤中不同形态的磷素含量变化明显,土壤活性磷含量不断提高,近熟林和过熟林土壤的潜在供磷能力高于幼龄林和中林龄;土壤理化性质的改变影响了土壤微生物活性,解磷菌的丰富度和多样性增加可能在一定程度上提高了杉木人工林土壤磷素的有效性。

铁氧化物影响下生物质炭对土壤细菌群落结构的影响

为探究铁氧化物影响下不同制备方式获得的秸秆生物质炭(水热炭、裂解炭)对土壤细菌群落结构及组成的影响,以北方棕壤土为研究对象,分别添加铁氧化物、玉米秸秆及其制备产生的水热炭、裂解炭,进行为期120 d的室内培养试验.采用高通量测序技术,通过测定不同处理下土壤细菌16S rDNA V3~V4区序列,分析生物质炭及其与铁氧化物交互施用对土壤细菌群落结构的影响.结果表明:施用裂解炭对细菌丰度(Chao1指数)和多样性(Shannon指数)无明显影响,对细菌群落结构的影响也较小;单独施用水热炭和玉米秸秆均显著降低了细菌的丰度和多样性(P<0.05),改变了土壤细菌群落结构,其中,施用水热炭后,土壤中变形菌门和放线菌门的相对丰度显著提高,而绿弯菌门和芽单胞菌门的相对丰度显著下降,表明水热炭对土壤细菌产生一定的负面影响;相较于单独施用水热炭,铁氧化物与水热炭的混施则显著提高了细菌的丰度和多样性,利于绿弯菌门的生长,但显著降低了变形菌门的相对丰度,在一定程度上改良了土壤环境.因此,在施用水热炭的同时,建议添加铁氧化物以抵消水热炭对土壤理化性质的不利影响.冗余分析和相关性分析结果表明,NH~+_4-N含量是影响细菌群落丰度和多样性的主要因素,其他土壤理化性质也与细菌优势菌群之间具有显著相关性.