长期施肥黄土旱塬农田土壤⁃微生物⁃植物系统碳氮磷生态化学计量特征

探讨长期不同施肥制度对农田土壤、植物生态系统的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其生态化学计量比的影响,可为揭示该系统能量平衡和养分循环,实现农业生态系统元素平衡及可持续发展提供参考意义。以位于黄土高原半干旱地区的长武国家黄土高原农业生态实验站长期施肥试验为研究对象,选取不施肥(CK)、单施氮肥(N)、单施磷肥(P)、施氮磷肥(NP)、单施有机肥(M)、氮肥配施有机肥(NM)、磷肥配施有机肥(PM)、氮磷肥配施有机肥(NPM)8个处理,分析了黄土旱塬典型农田土壤⁃微生物⁃植物生态系统中C、N、P含量及其生态化学计量变化规律。研究结果表明:1)长期单施有机肥和化肥配施有机肥处理可显著提高土壤和有机质C、N、P含量。2)氮、磷肥的输入显著降低了土壤和小麦C∶N、N∶P,施P显著降低了有机态C∶P和小麦C∶P;有机肥配施对微生物生物量和小麦C∶N∶P的影响更为明显。3)长期有机肥配施条件下土壤养分和小麦化学计量比存在较强的相关关系。微生物生物量碳与有机C、N、P呈显著正相关,土壤微生物生物量氮与土壤N、P总量呈显著正相关,微生物生物量磷与土壤C、N、P总量含量呈显著负相关;植株碳含量与微生物生物量氮呈显著正相关,植物磷含量与土壤有机磷呈显著正相关。黄土区农田生态系统土壤TC∶TP与TC∶TN,TN∶TP呈正相关,土壤TN∶TP与有机碳和有机磷比呈正相关,植物植株C∶N与BC∶BP、BN∶BP呈正相关。长期施肥明显改变了土壤和植物C、N、P含量及化学计量比。氮肥配施有机肥可明显提高微生物对土壤碳素的转化分解,导致有机质和微生物量的化学计量比发生变化,进而提高作物对土壤碳素的固定能力,增强植株对外源养分的输入。

土壤微生物膜对沙生植物幼苗光合和荧光特性的影响

为揭示土壤微生物膜对沙生植物幼苗光合和荧光特性的影响,以沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)和沙打旺(Astragalus laxmannii)幼苗为研究对象,设置不同菌剂施用方式(喷施、混施)和施用量(0、1、3、5、7 g·kg^(-1)和10g·kg^(-1))开展盆栽试验,比较分析土壤微生物膜形成后植物气体交换和叶绿素荧光特征。结果表明:(1)当菌剂施用量>3 g·kg^(-1)时,固结层硬度、厚度和土壤脲酶、蔗糖酶活性均显著高于对照组(P<0.05)。(2)在3~7 g·kg^(-1)菌剂处理组沙打旺净光合速率显著高于对照组(P<0.05),且蒸腾速率(Tr)、净光合速率(Pn)和胞间CO_(2)浓度(Ci)均显著高于沙冬青(P<0.05)。(3)当菌剂施用量>5 g·kg^(-1)时沙打旺最大光化学效率(F_(v)/F_(m))显著高于对照组(P<0.05)。除3 g·kg^(-1)处理组之外,沙冬青F_(v)/F_(m)和光化学猝灭系数(QP)均高于沙打旺。(4)土壤特性、光合气体交换和叶绿素荧光三者为部分中介模型,土壤特性的改变能直接影响沙冬青和沙打旺叶绿素荧光特性。土壤微生物膜使固结层硬度和厚度平均提高3.84%和152.85%,土壤过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶活性平均增强93.37%、170.68%和256.03%。其通过改善土壤质量、提高叶片气孔导度从而增强沙冬青和沙打旺光合效率和能力,使沙打旺和沙冬青净光合速率平均提高28.48%,F_(v)/F_(m)平均提高0.84%。

鄱阳湖洲滩湿地植物演替对土壤微生物量的影响

湿地植物演替对土壤微生物量具有显著影响,但不同土壤理化环境下的植物演替对湿地土壤微生物量影响的具体差异还不清楚。以鄱阳湖土壤理化性质不同的4个碟形子湖(包括相对肥沃的东湖和白沙湖以及相对贫瘠的蚌湖和大湖池)为研究对象,运用空间代替时间的方法,在泥滩带、湿生植被带(苔草)和挺水植被带(南荻或芦苇)采集0~10 cm表层土壤,分析不同土壤理化性质条件下植物群落演替对土壤微生物量的影响。采用土壤微生物量碳(MBC)和微生物熵(qMB)指示土壤微生物量。蚌湖、大湖池、东湖和白沙湖洲滩湿地表层土壤MBC的平均值分别为1077.27、888.29、942.45和1162.46 mg/kg,土壤qMB的平均值分别为6.07%、6.17%、3.60%和3.79%。在泥滩—苔草—南荻植物演替洲滩,土壤MBC先增加后减少;但是在泥滩—苔草—芦苇植物演替洲滩,土壤MBC持续增加。植物演替没有显著改变土壤qMB。尽管植物的生长会增加所有洲滩湿地的土壤MBC,但增加的幅度在相对贫瘠的蚌湖和大湖池明显强于相对肥沃的东湖和白沙湖。蚌湖和大湖池的土壤qMB也显著高于东湖和白沙湖。在植被演替梯度上,洲滩湿地土壤MBC和qMB普遍受到土壤碳、氮、磷含量和pH的影响,但是不同洲滩湿地影响微生物量的关键元素并不相同。这些结果证明植物演替对湿地土壤微生物量的影响不仅与植物物种有关,还受土壤理化环境的影响。本研究将为认识湿地土壤微生物量的变化机制和科学管理长江中下游湖泊湿地提供依据。

植物-微生物联合修复石油烃污染土壤研究进展

石油烃污染引发了严重的土壤污染问题,在各种修复技术当中,植物-微生物联合修复技术以成本低、修复效果好、二次污染少等优点得到广泛重视。文章以植物-微生物联合修复技术为中心,阐述了内生菌-植物联合修复和植物-根际微生物联合修复两种典型的联合修复技术的原理以及最新的应用进展,并总结了当前植物-微生物联合修复技术研究的不足,以期为石油烃污染土壤的生物修复提供参考。

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

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.

外来入侵植物影响土壤微生物作用机理研究进展

外来入侵植物广泛存在于全球各地,对土地生态系统造成了巨大危害。入侵植物定植后,不仅使原生植被的群落结构发生变化,还会影响土壤微生物的生长。基于国内相关研究,本文总结了外来入侵植物对土壤微生物数量和群落结构的影响,并对其作用机理进行了分析,重点阐述了根系分泌物、土壤营养物质、生物互作等方面内容,提出了展望。土壤微生物群落结构、微生物多样性与数量受不同入侵植物的影响不同。入侵植物主要通过根系分泌物、根际微生物互作及土壤养分变化等对土壤微生物产生影响。为了进一步探究入侵植物与微生物相互作用,未来应更加强植物入侵监测、管理与生态修复研究,以促进土地生态系统的可持续发展。

不同药用植物根际土壤原核微生物多样性研究

为研究不同药用植物根际土壤中的原核微生物多样性,分别采集白术(Atractylodes macrocephala)、白芍(Paeonia sterniana)、牡丹(Paeonia suffruticosa)、玄参(Scrophularia ningpoensis)四种药用植物的根际土壤以及非种植区的土壤,针对16S rRNA基因的V3~V4区进行测序,分析土壤细菌群落的组成。结果表明,药用植物根际土壤中的细菌群落多样性指数显著高于非种植区土壤。五组样本的优势类群差异不大,总体相对丰度较高的有变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)等,药用植物根际中的放线菌相对丰度高于非种植区。属水平上四种药用植物根际细菌和非种植区的群落结构有较大差异,四种中药材的根际土壤中各自富集了特异性的有益细菌属。药用植物根际土壤中的NMD1、Dongia、Gaiella、Streptomyces等相对丰度高于非种植区,而非种植区土壤中Lysobacter相对丰度显著高于药用植物。此外,四种中药材的根际土壤中硝酸盐还原和芳香族化合物降解功能被富集。

植物-微生物联合修复石油污染土壤的研究进展

生物修复技术因其环境友好、修复成本低等优点受到大量关注,尤其是植物-微生物联合修复技术。两者互利的共生关系让植物-微生物组合更好地结合两者的优点,有效提高生物修复的应用范围和降解效率。本文概述植物-微生物联合修复技术降解有机污染物的机制,梳理联合修复技术的应用形式,重点讨论不同形式的植物-微生物组合的协同效应,并对植物-微生物联合修复未来的研究方向和应用前景进行展望,以更好地修复石油污染土壤。

微生物强化植物修复铅污染土壤研究

微生物—植物联合修复是一种修复效果好、应用前景广阔的重金属污染土壤修复技术。本论文旨在通过盆栽试验来研究耐铅乳酸菌与黑麦草联合修复铅污染土壤的能力。结果表明,投加E. faec iumDUTYH_16120012后,黑麦草的生长量显著增加,富集转运铅的能力显著提高,表明该菌株显著提升了黑麦草对铅污染土壤的修复效率。

植物-微生物联合修复石油污染土壤研究进展

总结了近年来植物-微生物修复石油污染土壤的研究进展,比较了植物修复、微生物修复及植物-微生物联合修复,分析发现较单一生物修复,联合修复效率显著提高,进一步明晰植物-微生物联合修复机理,指出根际效应、菌根作用在联合修复中发挥着重要作用,并对比了基于不同机理的植物-微生物联合修复方法,最后围绕未来石油污染土壤植物-微生物修复技术的发展方向提出了展望。

植物-微生物电化学耦合降解底泥中氯硝柳胺的特性

以植物-底泥-微生物电化学系统中氯硝柳胺的降解为研究对象,研究了外加电压、植物(菖蒲(Acorus Calamus L.)和黑麦草(Lolium Perenne L.))以及生物表面活性剂(鼠李糖脂)对氯硝柳胺降解的影响。研究结果表明:外加适量的直流电压可以对底泥-微生物电化学系统中氯硝柳胺的降解产生一定的促进作用,1.2 V外加电压作用下的底泥-微生物电化学耦合系统中氯硝柳胺降解的半衰期比0.2 V减少了11.59%;植物对底泥中氯硝柳胺降解具有促进作用,1.2 V电压作用下的菖蒲和黑麦草微生物电化学耦合系统氯硝柳胺降解半衰期比无植物时分别减少7.43%和1.58%;外加适量的鼠李糖脂对于底泥中氯硝柳胺的降解具有促进作用,外加1.2 V电压,在且菖蒲-底泥-微生物电化学耦合系统中加入0.50 g·kg^(-1)鼠李糖脂,氯硝柳胺降解半衰期最小,比不加入鼠李糖脂减少26.45%。耦合系统中的氯硝柳胺通过生成2-氯-4-硝基苯胺、5-氯水杨酸等中间产物逐渐降解,最终生成CO_(2)、H_(2)O等。

间作对作物、土壤及微生物影响的研究进展

间作是一种生态农业,通过植物间优势互补来提高植物的养分积累以促进生长。筛选出优良的间作模式可实现增产增收。首先,间作通过地上部生态位提高植物对光资源的利用能力,并协同地下部生态位提高植物抗逆性和抗病性,直接促进产量增加。其次,间作能改良土壤结构,改变土壤理化性质,提高养分含量和酶活性。较好的土壤条件又能正向促进植物生长、生理和养分吸收,体现出多样性净效益,使得间作系统整体产量提高。最后,间作亦会丰富土壤中微生物群落多样性,改良土壤,平衡有益和有害微生物,对植物生长发育有利。本文从植物生长生产、土壤理化结构和土壤微生物等方面综述了近10年来国内外间作研究概况,并对间作的生态和经济效益、研究的重点方向、深层次机理的探究、产业面临的瓶颈和高通量测序技术的应用这5个方面进行了展望,以期揭示间作对植物、土壤和微生物的影响,为未来间作产业发展提供经验和参考。

氮添加对森林生态系统植物–土壤–微生物化学计量比影响的研究进展

人类活动引起大气氮沉降速率增加的问题虽有所改善,但仍影响着森林生态系统的物质循环。模拟施氮对中国森林生态系统化学计量比的影响多集中于植物、土壤和微生物的单一分析,对植物–土壤–微生物碳(C)、氮(N)和磷(P)化学计量特征及其耦合关系的研究较少。本文通过整合先前的研究结果,总结了外源氮输入后植物–土壤–微生物C、N和P化学计量特征的响应,结果发现,低浓度施氮有利于土壤主要养分和微生物量的积累,促进植物和微生物养分的吸收利用,高浓度施氮则相反。但对于C和P元素,则表现出不同的结果,C元素随着外源氮的输入而增加或不发生变化,而P元素则充满不确定性,表现为增加、不变或减少等3种结果,这主要是由于养分元素的限制和环境因素的变化所致。通过本文系统的整合,补充了森林生态系统中植物–土壤–微生物C、N、P化学计量特征耦合领域的知识缺失,可为深入认识和理解未来氮沉降对生态系统生物地球化学循环的影响提供理论依据。

根系分泌物与根际微生物对土壤重金属污染的响应与修复作用(综述)

我国土壤重金属污染形势严峻,对粮食安全与人体健康构成严重威胁,土壤重金属污染修复是目前急需解决的环境问题之一。植物修复作为一种绿色安全、环境友好的生物修复技术,近年来备受关注,其发展取得显著成效。根系分泌物是利用生物修复重金属污染土壤过程中的关键物质,是植物与土壤微生物进行物质交换和信息传递的重要载体,在植物响应污染物胁迫及污染修复中扮演重要角色。研究根系分泌物和根际微生物对土壤重金属污染的响应与修复作用,揭示两者动态协同作用机制,对深入了解植物修复重金属污染土壤的过程与机理具有重要意义。本文归纳梳理了根系分泌物的影响因素与现有研究方法,系统总结了多种草本植物根系分泌物和根际微生物在重金属胁迫下的响应与主要修复机制,以及根系分泌物-根际微生物互作对重金属污染土壤的修复作用;并对根系分泌物介导下植物-根际微生物协同修复重金属污染土壤研究过程存在的难题和未来研究方向进行讨论与展望。结果表明,在重金属胁迫下,根系分泌物的组成和数量均发生显著变化;根系分泌物对重金属污染土壤的修复机制主要包括活化与固化;根系分泌物是影响根际微生物群落形成的重要因素,根际微生物对根系分泌物也具有一定调控功能,两者互作在土壤重金属的消减中发挥了重要作用。本文旨在为根系分泌物-根际微生物相互作用机制的深化研究及植物修复技术的优化应用提供理论参考。

溶磷微生物在钝化和植物修复重金属污染土壤中的作用

钝化和植物修复是重金属污染土壤修复的重要技术手段,而溶磷微生物可进一步增强钝化和植物修复重金属污染土壤的作用。介绍了钝化和植物修复重金属污染土壤的基本原理,总结了溶磷微生物对土壤中难溶性磷酸盐的溶解、利用磷酸盐钝化修复重金属污染土壤、溶磷微生物对磷酸盐钝化修复的强化以及溶磷微生物强化植物修复重金属污染土壤的研究进展,探讨了溶磷微生物对重金属的抗性及其溶磷机理、溶磷微生物对磷酸盐钝化修复重金属污染土壤的强化作用机理以及溶磷微生物强化植物修复重金属污染土壤的作用机理。旨在为生物修复重金属污染土壤研究提供一定的理论依据和技术支撑。

土壤-植物系统中硒的生物有效性及其影响因素研究进展

硒的生物有效性是决定硒在土壤-植物系统中转运、积累的关键因素,然而目前关于该方面研究进展还缺乏系统的总结和论述。本文结合赣南富硒脐橙调查研究结果,以硒在土壤-植物系统中的运移为切入点,系统总结和论述了硒在土壤-植物系统中的氧化-还原、吸收、转运过程,探讨了土壤理化性质、微生物、施肥、农艺管理和植物生长阶段等对硒生物有效性和迁移的影响,并提出未来硒的研究热点:土壤微生物活性与硒生物地球化学循环的耦合关系;植物生长、果实品质与硒代谢相关的分子机制;结合同位素示踪技术和薄膜扩散梯度(DGT)技术原位探究硒在生物地球化学中的归趋。本综述可为土壤硒生物有效性调控、植物体系中硒的有效积累和农艺生物强化富硒措施方面的研究提供理论参考。

植物-微生物联合修复重金属铬污染土壤研究

在铬污染土壤中加入活性污泥,并种植万寿菊,进行植物和微生物联合修复重金属铬污染土壤的实验。实验表明:添加污泥增加了铬污染土壤中微生物的丰度,同时降低了六价铬的含量,并且土壤中六价铬的含量随着活性污泥比例的增加而下降,说明微生物对土壤修复起到了积极的作用。土壤中铬的含量一定程度上会影响植物的生长,但微生物对重金属的的转化作用,使植物的耐受性增加,促进了植物对土壤中铬的吸收,提高了对污染土壤的修复能力。植物生长过程中对土壤中的铬进行了富集,万寿菊对铬的转运能力随着土壤中的铬浓度增加而增加。

微生物电化学修复中污染土壤生化特性变化

为探明土壤酶和pH在微生物电化学系统(MES)降解四环素过程中的作用,采集了黑土、潮土、黄棕壤和红壤4种类型土壤进行研究。结果表明:向黑土、潮土和红壤中添加10 mg/kg四环素后(TN处理)土壤pH较对照处理(CK,无抗生素添加)分别增加了0.08、0.15、1.09个单位,而经MES处理后(TC,四环素含量10 mg/kg)4种类型土壤中pH均呈降低趋势。尽管土壤脱氢酶、脲酶和多酚氧化酶活性在四环素污染土壤中展现出不同的变化规律,但其活性在MES中较TN处理分别增加了62.4%~72.1%、11.3%~80.9%(红壤除外)和12.6%~42.6%。与TN相比,四环素降解率在TC处理中分别增加了14%(黑土)、26%(潮土)、26%(黄棕壤)和17%(红壤)。相关性分析表明,脱氢酶活性与四环素降解率呈显著正相关,pH与降解率显著负相关,说明脱氢酶可能参与了降解四环素过程,且酸性条件可能更有利于降解。该试验从土壤生化特性角度揭示了MES对四环素的降解机理,可为土壤污染修复提供支撑。

植物酵素营养液对桃园土壤肥力和微生物多样性的影响

【目的】研究植物酵素营养液对土壤养分和微生物变化的影响,以期为提升果园土壤肥力和植物酵素的应用提供理论依据。【方法】对桃园土壤分别施用植物酵素营养液和常规水肥的进行对比试验,分别采集两处理0~20 cm和20~40 cm的混合土样,研究土壤铵态氮、速效钾、速效磷、有机质含量及土壤微生物的变化情况,探讨植物酵素营养液对桃园土壤肥力以及土壤微生物的影响。【结果】在0~20 cm和20~40 cm土壤深度,植物酵素营养液处理的桃园土壤有机质含量较常规土壤对照的含量分别增加了1.40 mg/kg和0.40 mg/kg;在0~40 cm土层中,两处理土壤养分含量均随土层深度增加而减少,且植物酵素营养液处理的土壤养分含量高于常规处理的含量;植物酵素营养液处理增加了土壤中微生物的数量。【结论】土壤中施入植物酵素液可以提高桃树土壤肥力和土壤中微生物的数量。

稻田土壤微生物残体积累对外源秸秆输入的响应研究进展

稻田土壤碳循环是我国陆地生态系统碳循环的重要组成部分。促进稻田生态系统碳的固定及稳定对减缓全球气候变化起着不容忽视的作用。微生物主导的有机碳转化过程是土壤碳循环研究的核心,微生物同化代谢介导的细胞残体迭代积累在土壤有机碳长期截获和稳定过程中发挥重要作用。与旱地土壤相比,关于稻田土壤中微生物残体积累动态对外源有机物质如作物秸秆输入的响应及主要影响因子的认识还相对有限,对微生物通过同化作用参与土壤固碳的过程和机制尚缺乏系统认识。基于此,本文介绍了微生物残体对土壤有机碳库形成和积累的重要性及评价指标,重点探讨了秸秆还田对稻田土壤微生物残体积累动态以及外源秸秆碳形成细胞残体转化过程的影响,分析了影响微生物残体积累转化的主要气候因素和土壤因素,最后提出了未来应借助先进的光谱和高分辨率成像技术并结合同位素示踪对微生物残体的稳定性与机理开展更为深入的研究。