长期放牧改变了草地生态系统的土壤资源可利用性和微生物生物量化学计量.研究放牧荒漠草原土壤化学计量不平衡与微生物碳利用效率(CUE)的关系,有助于从微生物视角理解土壤碳动态.本研究依托2004年建立的内蒙古短花针茅荒漠草原长期放牧实验平台,以围封禁牧为对照,设置重度、中度和轻度放牧处理,测定了 土壤有效养分、微生物生物量及其获取的相关酶活性,并利用生态化学计量法对土壤微生物CUE进行计算.结果表明:与对照相比,放牧抑制了土壤微生物CUE,降幅为1.0％～10.3％;土壤C∶N不平衡在中度放牧处理下显著增加20.6％,C∶P不平衡和N∶P不平衡在重度放牧处理分别显著增加20.7％和25.2％,这表明土壤微生物群落更容易受N、P限制.土壤微生物群落通过调节元素阈值计量比和胞外酶的产生来维持自身化学计量平衡.结构方程模型结果表明,化学计量不平衡通过改变元素阈值计量比、微生物生物量化学计量和酶化学计量间接影响微生物CUE.

为促进木麻黄生长并解决根际土壤微生物群落结构和功能异常问题,本研究从木麻黄根瘤中筛选出具备固氮(N)、产细胞壁降解酶(蛋白酶和纤维素酶)、产生长素(IAA)、产铁载体、产氨气(NH3)、溶解磷酸盐等多种功能的8株菌株,其中LB08、LB 18、LB 19、LB42、LB46、LB63和LB69为类芽孢杆菌,LQ10为布鲁氏菌.菌液浸种试验显示:8株菌株均对木麻黄幼苗生长具有促进效果,其中菌株LB69显著提高了木麻黄种子萌发率和幼苗活力,增幅分别达19.7％和28.3％;菌株LQ10显著提升了根长和根系活力,增幅分别为48.2％和334.4％;菌株LB18和LB42分别对初期芽长和生物量积累具有最显著的促进效果,增长率分别为22.4％和32.8％.此外,浸种后幼苗多酚氧化酶、超氧化物歧化酶、过氧化物酶等的同工酶谱条带数增多,个别条带增强,酶亚型多样性增加,抗逆能力增强.综上,本文所述8株菌株的添加对植物生长及抗氧化酶活性具有促进效果,有成为生物肥料的潜力.

开展氮沉降对森林土壤-微生物-胞外酶化学计量特征影响的研究,可为理解氮沉降对森林生态系统元素循环和养分限制的影响提供理论基础.本研究以云南松林为对象,于2019年开始进行氮沉降模拟试验,设置对照(CK,0g N·m-2·a-1)、低氮(LN,10 g N·m-2·a-1)、中氮(MN,20 g N·m-2·a-1)、高氮(HN,25 gN·m-2·a-1)4个处理,于2022年9月采集土壤样品(分为0～5、5～10、10～20 cm 土层)测定土壤有机碳、全氮、全磷、微生物生物量碳氮磷(MBC、MBN、MBP)以及碳氮磷获取酶活性.结果表明:与对照相比,氮沉降显著抑制了土壤有机碳含量、C∶N和C∶P,降幅分别为6.9％～29.8％、7.6％～45.2％和6.5％～28.6％;促进了土壤全氮含量和N∶P,增幅分别为10.0％～45.0％和19.0％～46.0％;对土壤全磷含量则无显著影响;除土壤C∶N和C∶P外,土壤养分含量及化学计量比均在0～5cm 土层最高.MN和HN处理显著抑制了土壤MBN,降幅为11.0％～12.7％,氮沉降下土壤MBC和MBP及相关计量比无显著变化;0～5 cm 土层的土壤微生物养分含量显著高于其余土层.氮沉降显著抑制了纤维素二糖水解酶和亮氨酸氨基肽酶活性(降幅为14.5％～16.2％和48.7％～66.3％);HN处理促进了 β-1,4-葡萄糖苷酶活性(增幅68.0％),但抑制了土壤酶化学计量碳氮比和氮磷比(降幅95.4％和88.4％);LN和MN处理促进了 β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性(增幅68.3％～116.6％),但抑制了土壤酶化学计量碳磷比(降幅14.9％～29.4％);碱性磷酸酶活性无显著变化;土壤酶活性均随土层加深而显著降低.相关性分析表明,土壤全氮、全磷、微生物养分与矢量角度(表征微生物氮或磷限制)均呈显著负相关,而矢量长度(表征微生物碳限制)与矢量角度始终呈显著正相关,代表微生物碳限制与磷限制之间协同促进.氮沉降在缓解云南松林微生物氮限制的同时逐渐向磷限制转变,此外,研究区还受到微生物碳限制,且微生物碳和磷限制的关系呈正比.

为探究刺槐人工林根际和非根际土壤微生物元素利用效率的季节差异及其影响因素,在黄土高原选取3个季节(春季、夏季、秋季)人工林根际和非根际土壤为研究对象,测定土壤理化性质、微生物生物量和酶活性等指标,计算化学计量失衡、矢量特征及元素利用效率.结果表明,季节动态显著影响化学计量失衡,根际和非根际C:N失衡在季节上均表现为先增加后降低的趋势,而C:P和N:P失衡则相反.矢量长度和矢量角度的变化表明根际与非根际土壤微生物均在夏季受到较强的碳、氮限制,而在春、秋季受到较强的磷限制.季节动态对微生物元素利用效率有显著影响,其中碳利用效率在夏季最低,而氮、磷利用效率在夏季最高.偏最小二乘路径模型结果表明,根际和非根际土壤微生物均通过矢量特征和胞外酶活性间接地影响元素利用效率,而非根际土壤微生物化学计量失衡对元素利用效率有直接影响.研究结果有助于深入理解人工林根际和非根际土壤微生物的养分利用机制,为生态脆弱地区的人工林管理提供理论依据.

目的:从采自云南省丽江郊野的土壤中筛选出具有抑菌活性的菌株,分离其活性成分进行抗菌作用机制初步研究以寻找抗菌活性物质.方法:使用大肠杆菌和金黄色葡萄球菌等6种细菌以及白色念珠菌等11种真菌作为指示菌,采用管碟法和菌丝生长速率法对拮抗菌进行筛选,通过生理生化测试和16S rDNA序列分析鉴定菌种;对发酵液中分离出的活性化合物使用液相色谱-质谱/质谱技术进行结构分析;采用氯化三苯四氮唑法检测RN8菌株发酵液不同稀释倍数处理大肠杆菌和白色念珠菌后的细胞脱氢酶活力,利用分光光度法测定蛋白质、DNA和钾离子泄漏率;将环四肽RN作用于白色念珠菌进行代谢组研究.结果:RN8菌株发酵液对17种测试指示菌具有拮抗效果,鉴定为枯草芽孢杆菌;RN鉴定为环肽类化合物,当其质量浓度为12.5 μg/mL时,抑制率达73.41％,EC50为4.69 μg/mL;KEGG数据库和路径拓扑分析显示,五个主要代谢途径有显著影响,包括嘧啶代谢,苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成,苯丙氨酸代谢,烟酸和烟酰胺代谢,缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的生物合成,这些过程涉及2'-脱氧胞苷等37种代谢物.结论:枯草芽孢杆菌RN8是广谱拮抗性菌株,其抑菌活性成分造成白色念珠菌细胞外膜的损伤,破坏细胞膜整体结构,导致细胞内物质泄漏,显著影响主要代谢途径,从而起到抗菌作用.

[目的]镰刀菌根腐病是世界范围内大豆生产上最具破坏性的土传病害之一,为获得对禾谷镰刀菌Fusarium graminearum具有较好拮抗效果的生防菌株.[方法]从健康大豆根际土壤分离细菌,平板对峙法筛选拮抗菌株,通过形态观察、生理生化特性、胞外酶活性及促生特性对菌株进行鉴定分析,采用盆栽试验进一步测定菌株生防及促生效果.[结果]筛选出的 4 株芽孢杆菌和 1 株假单胞杆菌对F.graminearum的抑菌率均达到 60%以上,对F.oxysporum,F.solani,F.longifundum以及 F.equiseti也均有一定的抑制作用,其发酵液及挥发代谢物均会影响F.graminearum的生长.5 株拮抗菌具有产蛋白酶、纤维素酶以及葡聚糖酶的活性,解磷、解钾、固氮以及产铁载体的能力.综合以上测试结果,菌株 20-8 具有较强的抑菌及大豆促生效果.根据形态特征及 16S rRNA序列分析,将菌株 20-8 鉴定为暹罗芽孢杆菌(Bacillus siamensis).该菌株的发酵上清液可以破坏F.graminearum菌丝体结构,无细胞发酵上清液可以显著抑制孢子萌发.室内盆栽防效测定结果表明,20-8 的稀释发酵液对F.graminearum引起大豆根腐病的防效可达 46.08%,并且促进大豆植株生长.[结论]筛选鉴定的暹罗芽孢杆菌 20-8 具有解磷、解钾、固氮以及产铁载体及多种胞外酶功能,其稀释发酵液具有较强的抗真菌活性及大豆促生能力,菌株 20-8 可以用于防治F.graminearum引起的大豆根腐病.

本研究依托同质园观测样地,选择次生林(主要树种为米槠)、10年生的米槠人工林和杉木人工林为研究对象,分析亚热带不同林分土壤酶活性和计量比特征的差异及其影响因素.结果表明:与次生林相比,米槠人工林土壤有机碳、总氮和可溶性有机碳含量分别显著降低42.6％、47.4％和60.9％,杉木人工林显著降低了 42.9％、36.7％和61.1％.相比于次生林,米槠人工林土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮(MBN)以及微生物生物量磷分别显著降低40.6％、35.5％和45.9％,杉木人工林显著降低了53.7％、56.4％和61.7％.与次生林相比,米槠人工林土壤酶活性变化不显著,但杉木人工林的碳获取酶(β-1,4-葡萄糖苷酶和纤维二糖水解酶)活性显著降低51.2％和59.8％,氮和磷获取酶活性分别显著降低41.0％和29.8％,碳获取酶/氮获取酶以及碳获取酶/磷获取酶分别显著降低11.3％和7.7％.冗余分析表明,MBN和硝态氮是驱动土壤酶活性及酶化学计量比变化的主要因素.不同林分的土壤酶活性和微生物养分需求存在显著差异,与次生林相比,营造杉木人工林会刺激植物与微生物的养分竞争,加剧微生物的氮、磷养分限制.

为了探究木本植物根际效应的季节动态及其驱动因素,以北京市东灵山地区两种主要植被类型——白桦(Betula platyphylla)林和蒙古栎(Quercus mongolica)林中的优势树种为研究对象,于2017年的春(5月)、夏(7月)、秋(9月)、冬(12月)4个季节分别测定根际土壤与非根际土壤的理化性质、微生物生物量、碳矿化速率及净氮矿化速率、胞外酶活性和矢量特征以及植物的根系、叶片功能性状,分析根际效应的季节变化动态.结果发现:(1)土壤pH及铵态氮含量、微生物生物量、碳氮矿化速率、胞外酶活性和矢量特征指标在根际土壤与非根际土壤之间存在显著差异,根际效应主要呈现为正效应,即根际土壤高于非根际土壤.(2)根际效应存在显著的季节动态,表现为秋季的根际效应最强.(3)根际效应与植物根系和叶片功能性状之间存在显著相关关系.细根生物量与可提取有机碳、土壤总碳、总氮含量的根际效应显著正相关;叶干物质含量、叶碳氮比与微生物生物量碳含量、微生物生物量氮含量、碳矿化速率、酸性磷酸酶活性的根际效应显著正相关.研究结果表明,植物功能性状对于植物的根际效应具有重要作用;在东灵山的温带落叶阔叶林,可能由于秋季植物地下碳输入量最高,导致根际微生物数量和活性增加,从而出现秋季微生物生物量及活性的根际效应高于其他季节的现象.

以湖南省祁阳县的国家红壤肥力与肥料效益长期试验地为平台,采用单施氮肥(N)、氮钾配施(NK)、氮磷配施(NP)和氮磷钾配施(NPK)4种不同组合的无机肥料添加方式,结合实时定量PCR和高通量测序技术,探究长期施用化肥对土壤磷形态、磷酸酶活性及phoD基因丰度和多样性的影响.结果表明:与单施氮肥处理相比,氮与磷、钾配施可以缓解土壤酸化趋势,氮磷配施能够显著增加土壤中各形态磷含量.与单施氮肥处理相比,氮磷、氮钾处理显著提高了土壤碱性磷酸酶活性、土壤总细菌丰度及phoD基因丰度;氮磷钾配施显著提高了土壤碱性磷酸酶活性和土壤总细菌丰度,但显著降低土壤phoD基因丰度.磷酸酶编码基因phoD基因群落的α-与β-多样性在处理间不存在显著差异,且所有处理中来源于假单胞菌属与紫色杆菌属的phoD基因分别超过总序列的45％.此外,链霉菌属、马赛菌属以及短波单胞菌属与土壤磷素存在显著的正相关关系.以上结果表明:在不同养分输入条件下,调节功能菌群丰度及磷酸酶活性的关键因素不同.氮磷钾的合理配施能够增加土壤磷含量和磷酸酶活性,改变phoD基因丰度和群落结构,提高土壤的供磷能力,但长期施用化肥会使土壤微生物物种趋于单一化.

氮(N)和磷(P)养分有效性是制约森林生态系统林分生产力与碳汇功能的关键要素,但目前对多变环境下森林生态系统养分限制特征还缺乏充分的科学认识.山地生态系统的气候、植被和土壤等环境因子沿海拔的垂直变化格局为深入认识森林养分限制及其驱动因素提供了天然的实验平台.该研究以青藏高原东缘典型的川西亚高山针叶林——岷江冷杉(Abies faxoniana)林为研究对象,通过沿巴朗山2 850-3 200 m海拔梯度的多点取样,从植物叶片N、P养分含量、化学计量变化和地下微生物胞外酶化学计量学的角度,分析了海拔梯度下该区域森林养分限制特征变化规律及其主要驱动因素.结果表明:1)随海拔升高,叶片N、P含量降低而N:P由12.33升高至15.00,表明随海拔升高该区域针叶林叶片生长由N限制转化为N-P共同限制,且P限制随海拔升高而表现出增强趋势;2)矢量模型分析发现不同海拔下根际土壤微生物胞外酶化学计量矢量角度均>45°,且随海拔升高呈上升趋势,表明该区域微生物受P限制,且海拔越高土壤微生物P限制越强;3)进一步通过Pearson相关分析和路径分析表明,海拔引起的气温变化是驱动岷江冷杉林生态系统养分限制的主导因素.综上所述,基于叶片和土壤微生物养分证据均表明川西亚高山针叶林生态系统总体表现出P限制程度随海拔升高而逐渐增强的趋势.