不同稻田生态系统周丛生物对水稻种子萌发和幼苗生长的影响

周丛生物广泛分布于稻田生态系统淹水环境中,直接影响稻田养分的迁移转化过程及其生物有效性,但其是否影响水稻的生长、发育却鲜有报道。通过室内控制试验,利用延边(YB)、鹰潭(YT)和镇江(ZJ)的水稻土培养周丛生物,并研究了三种周丛生物对水稻种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明,不同类型土壤培养的周丛生物主要由变形菌门(Proteobacteria)、蓝细菌门(Cyanobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)组成;三种周丛生物的多样性存在显著差异,其中延边周丛生物(YBP)的物种数和Chao1指数显著高于其他两组处理(P <0.05)。皮尔森(Pearson)相关性分析结果表明,周丛生物群落物种组成和多样性与土壤pH、全磷、总有机碳和全锰含量呈显著正相关(P <0.01)。此外,三种周丛生物的碳代谢活性存在显著差异(P <0.05)。其中,延边周丛生物(YBP)在整个检测期内的碳代谢活性最高,鹰潭周丛生物(YTP)的碳代谢活性最低。种子萌发试验结果显示周丛生物的存在显著提高了水稻种子的萌发率(最高18%)和α-淀粉酶活性(P <0.05),同时提高了水稻幼苗的存活率(鹰潭周丛生物,P <0.05),增加了水稻幼苗的根生物量和根长(延边周丛生物,P<0.05)。皮尔森(Pearson)相关性分析结果表明,水稻种子萌发率和存活率与周丛生物理化特征呈显著正相关(P <0.01)。本研究明确了周丛生物与不同土壤基质间的关系,为调节周丛生物的生长进而提高作物产量提供了新视角。

渗漏是三峡库区砂质土橘园氮磷流失的主要途径

过量施肥引起的氮磷流失是影响三峡库区水环境的重要因素。以三峡库区砂质土生草覆盖梯田橘园为研究对象,开展了不同施肥水平下的小区试验,连续2年对地表径流和渗漏液中的氮磷流失情况进行了观测。结果表明:(1)小区水分主要通过渗漏流失,地表径流系数低,土壤侵蚀弱。(2)深穴埋施施肥对地表径流氮磷流失无显著影响。(3)渗漏损失是小区氮磷流失的主要途径,分别占全氮和全磷总流失量的99.0%和76.9%。(4)氮磷流失量占施肥量的34.5%和6.4%,其中渗漏流失的氮磷分别占施肥量的34.3%和5.1%。(5)施肥引起的渗漏液氮流失量(y)随着施肥量(x)的增多而增大,二者具有极显著的线性相关关系(y=0.35x-5.77,P<0.01);而施肥引起的渗漏液磷流失量与施肥量无显著的相关性(P=0.05),主要因为一部分磷肥被根系利用,大部分残余的磷肥被耕层土壤吸附,仅有少量磷肥下渗至深层土壤,并且建园改土深层残余磷素对渗漏磷流失产生了影响。可见,砂质土梯田橘园养分渗漏流失,尤其是氮渗漏流失需要足够关注,养分管理需进一步优化,以减少流失,实现高效利用。

周丛生物在土水界面碳氮磷元素迁移转化中的作用

生长在淹水固体表面和土水界面之间的周丛生物由微藻、真菌、细菌等微生物群落和胞外聚合物等物质组成,它们能够相互作用形成更复杂的微生物聚集体,具有生态稳定性,直接影响土-水界面之间的物质循环、能量流动和信息交换。以“periphyton”“periphytic biofilm”“周丛生物”和“周丛藻类”等作为主题检索词,在Web of Science(WOS)数据库和中国知网平台(CNKI)检索2019-2023年相关文献,并通过VOSviewer软件进行共现分析。结果表明,目前关于周丛生物的研究主要集中在其对河流、湖泊、稻田等浅水生态系统中氮磷迁移转化的影响及其调控机制等方面,对碳循环的影响研究相对较少。重点总结了周丛生物对碳氮磷生源要素迁移转化的作用及其机制,并在此基础上提出结合同位素分析等手段研究周丛生物对碳固定和矿化等方面的研究展望。

中国主要稻区周丛生物群落组成结构及其磷捕获能力

广泛分布在水-土界面之间的周丛生物是稻田生态系统物质迁移和能量交换的关键热区和必经之地,但至今鲜有研究关注稻田周丛生物的群落特征及其调控功能。为进一步了解周丛生物磷捕获功能,本研究选取我国主要稻区周丛生物,覆盖华南地区、长江中下游地区、东北地区三个水稻种植区,利用高通量测序技术分析周丛生物群落组成结构,结合PLS-PM和回归分析揭示影响稻田周丛生物捕获磷的因素。结果表明,不同地区稻田土壤理化性质存在显著差异(P<0.05)。我国主要稻区周丛生物磷捕获能力由北到南、由西向东呈现递增的趋势。不同地区稻田周丛生物群落组成差异显著(P<0.05)。在属水平上,华南地区周丛生物以Acinetobacter、Proteiniclasticum等原核微生物及Gregarina、Adriamonas等真核微生物为优势物种;长江中下游地区周丛生物以Bacillus、Cloacibacterium等原核微生物及Gregarina、Vermamoeba等真核微生物为主组成;在东北地区,周丛生物由Flavisolibacter、Anaerolinea为优势的原核微生物和以Adriamonas、Vermamoeba为优势的真核微生物组成。发现土壤理化性质(特别是土壤有机碳含量和田面水pH)与周丛生物群落多样性存在相关性。华南地区周丛生物中的微藻对于磷的捕获起到一定的促进作用,而东北地区周丛生物中的聚磷菌对磷的捕获有正效应。本研究通过对全国不同地区稻田周丛生物磷捕获能力的分析,丰富了对稻田周丛生物群落组成、结构及其调控磷循环的认识,也为将来开发生物技术回收利用稻田盈余磷提供了理论依据。

高效富集磷的周丛生物构建及其特征分析

为强化周丛生物富集磷的性能,采用斜生栅藻与周丛生物共培养,形成新型的具有高效富集磷能力的人工周丛生物,并探究其特征与富集磷的机制。结果表明:与原周丛生物相比,人工周丛生物7 d磷富集量由(2.26±0.14)mg·g^(-1)显著提高到了(6.79±0.45)mg·g^(-1)。人工周丛生物有更为复杂的表面细胞结构以及更高的三维孔隙度,从而增加了表面磷的结合位点。人工周丛生物中光合作用相关生物,特别是绿藻的相对丰度提高了177.6%,从而增加了周丛生物胞内磷的吸附;胞外聚合物(EPS)中胞外蛋白质和多糖的含量增加,提升了周丛生物胞外磷的富集。周丛生物体系代谢产物的定量分析也表明:人工周丛生物中涉及到组氨酸和维生素B6代谢途径的8种关键代谢物质表达量上调。研究表明,斜生栅藻的引入改进了周丛生物的群落组成,尤其提高了光合自养微生物的丰度,促进了EPS的产率和关键代谢物质表达量的上调,最终提高了周丛生物的磷富集能力。