土壤微生物是陆地生态系统中维持土壤生产力的重要组分.因此,深入了解不同环境中土壤微生物群落功能多样性的作用,对于整个生态系统的研究具有重要意义.为了探讨油松(Pinus tabuliformis Carr.)、蒙古栎(Quercus mongolica Fisch.ex Ledeb.)混交林造林模式对土壤微生物群落功能多样性的影响,运用Biolog-Eco技术,对辽宁省建平县油松人工纯林(YC)、无植物种植土壤(NP)以及油松-蒙古栎人工混交林(YM)土壤微生物代谢功能多样性进行研究,探讨不同类型林分对土壤微生物群落的影响.结果显示:不同类型林分的土壤微生物群落代谢活性差异显著,总碳源的利用能力(AWCD)的顺序为:YM＞YC＞NP.不同类型林分的土壤微生物对六大碳源的利用率存在差异,YM对L-天门冬酰胺、L-苯基丙氨酸、L-丝氨酸、L-苏氨酸、吐温40、D-半乳糖酸-γ-内脂、苯乙胺、D-葡萄糖胺酸、4-羟基苯甲酸、γ-羟基丁酸的利用能力显著高于YC (P＜0.os),YC又显著高于NP.主成分分析显示,糖类和氨基酸类碳源是影响微生物活性的重要碳源.3种林分类型土壤微生物Shannon指数无明显差异,物种McIntosh指数依次为YM＞YC ＞NP,Simpson指数YM和YC无明显差异,二者均显著高于NP.结果表明,油松-蒙古栎混交林可以显著提高土壤微生物的活性.

为了探讨氮磷添加对土壤微生物特点的影响,选择安徽省池州仙寓山常绿阔叶老龄林,设定了4个水平的氮磷添加试验,即对照(CK,0 kg N/hm2)、低氮(LN,50 kg N/hm2)、高氮(HN,100 kg N/hm2)、高氮+磷(HN+P,100 kg N/hm2+50 kg P/hm2).利用氯仿熏蒸法和Biolog微平板技术,分析不同水平氮磷添加对不同土层(0-10 cm、10-20 cm和20-30 cm)土壤微生物生物量C(MBC)、N(MBN)和微生物群落功能多样性的影响.结果表明:MBC、MBN随土层加深而降低,且差异性极显著,MBC与MBC/MBN比在氮磷添加后均表现出显著性差异;土壤微生物群落的代谢活性随土层加深而降低,HN与LN处理的土壤微生物活性最高;McIntosh、Shannon和Simpson多样性指数在不同土层和不同N、P添加水平上都存在差异,表层土壤微生物多样性指数差异性较为显著.土壤微生物对羧酸类、氨基酸类和碳水类碳源利用率最高;主成分分析显示不同土层的土壤微生物碳源利用上有明显的变化,表层土壤微生物碳源利用在不同N、P添加水平上有明显的空间变异性,其他土层分布较为集中,空间差异性主要表现在对碳水类与羧酸类碳源的利用上.土层与氮、磷添加剂量对土壤微生物生物量C、N及功能多样性都有显著影响,其中高氮处理对表层土壤微生物影响最大.

应用Biolog ECO技术和RDA分析研究了兰州市不同功能区,即风景区(Scenic Area,SA)、交通干线(Main Traffic Line,MTL)、公共服务区(Public Service Area,PSA)、文教区(Culture and Education Area,CEA)空气微生物群落代谢功能多样性及其与环境因子的相关性.结果表明,不同功能区的AWCD值在培养192 h后进入稳定期,对碳源总体利用能力呈现显著的区域性差异,SA>PSA>CEA≈MTL.受环境因素影响,McIn-tosh指数差异明显,SA和PSA物种均一度较高.兰州市空气微生物相对利用率较高的碳源类型是酯类、氨基酸类及醇类,与主成分1显著相关的碳源有10种,其中氨基酸类是导致兰州市空气微生物群落代谢功能区域性差异的主要分异类型.环境因子与空气微生物群落代谢功能密切相关,温度、风速是不同功能区存在差异的主导因子.

林下植被是生态系统的重要组分.通过对比分析红壤侵蚀区植被恢复过程中,林下有无芒萁覆盖地的土壤可溶性有机碳(DOG,Dissolved Organic Carbon)含量及其与地下根系生物量、地上植被淋溶液DOC含量的关系.结果表明:林下植被芒萁覆盖增加了地上叶片和地下根系生物量,土壤DOC含量及储量也显著增加(P＜0.05),芒萁覆盖对表层土壤(0-20cm) DOC的影响大于深层土壤(20-100cm)(P＜0.05);相关分析结果表明,林下芒萁覆盖地土壤DOC储量与细根生物量的垂直变化呈显著的正相关关系(P＜0.05),且随植被恢复年限的增加相关性显著增加,地下根系的垂直分布直接影响各土层DOC储量.不同植被恢复时期,林下芒萁覆盖地土壤DOC与鲜叶(马尾松+芒萁)和枯落物(马尾松+芒萁)淋溶液DOC均呈显著的正相关关系(P＜0.01),而林下裸露地土壤DOC仅与鲜叶(马尾松)淋溶液DOC呈显著的相关性(P＜0.01),林下芒萁覆盖地相对于裸露地枯落物淋溶液对土壤DOC储量的影响大于鲜叶.植被恢复过程中芒萁覆盖地土壤微生物生物量碳和微生物熵显著高于林下裸露地.因此,在植被恢复进程中,芒萁能够提供更多底物参与土壤物质与养分循环,对土壤DOC的贡献较大,为侵蚀区马尾松林恢复提供了重要的养分再吸收来源;同时芒萁覆盖增加了微生物活性,促进了微生物对土壤DOC的同化作用,提高了微生物碳源的利用率,对土壤有机碳的积累起着重要的作用.

茶树长期宿根连作会导致土壤酸化严重、土壤营养不平衡、根际土壤微生态结构恶化.研究生物质炭、羊粪对宿根连作茶树生长以及土壤微生物群落结构和功能的影响,探讨其对宿根连作茶树土壤环境的调节效果,可为宿根连作茶园土壤微生态的改善提供理论依据.本研究以宿根连作20年的茶园土壤为对象,利用Biolog技术和磷脂脂肪酸(PLFA)方法,研究施用生物质炭(40 t·hm-2)和羊粪替代部分化肥对连作茶树产量和品质、土壤化学性质、根际土壤微生物群落功能和结构的影响.结果表明:施用生物质炭、羊粪1年后酸化茶园土壤的pH和土壤养分显著提高,并提高了茶叶产量.与常规施肥相比,施用生物质炭、羊粪替代部分化肥处理显著提高了茶树根际土壤微生物的碳源代谢活性和微生物多样性,对胺类、碳水化合物和聚合物的相对利用有所增加.生物质炭和羊粪处理的根际土壤总PLFA含量分别比常规施肥处理提高了20.9％和47.5％,羊粪处理还显著降低了总饱和/总单一不饱和脂肪酸比例.生物质炭和羊粪可改善茶园土壤酸化状况和土壤肥力,对宿根连作茶树的生长具有促进作用,两种措施均不同程度地增加了土壤微生物的代谢活性和微生物量、提高了多样性指数、改善了微生物群落结构.施用生物质炭和羊粪可作为调节宿根连作茶园根际土壤微生态的有效措施.

在云南省玉溪市元江县和德宏州陇川县甘蔗种植区分别设置甘蔗间作玉米和单作玉米田小区试验,采用Biolog-ECO板测定了不同气候条件下间作玉米与单作玉米根际微生物代谢功能多样性.结果表明:在陇川和元江试验区,间作玉米根际微生物的平均颜色变化率(AWCD)相对于单作玉米分别提高了28.50％和42.32％,Shannon指数和Simpson指数高于单作玉米田;从土壤微生物对碳源的利用率来看,两个试验区的间作玉米根际微生物对22种碳源的利用率高于单作玉米田,对2种碳源的利用率低于单作玉米田,两试验区间作与单作玉米根际微生物对碳源的利用率变化规律不尽一致的碳源有7种.由此表明,间作提高了玉米根际微生物对大部分碳源的利用率,并且在不同试验区有所差异.主成分分析表明,元江和陇川试验区间作玉米和单作玉米根际微生物群落结构明显不同.综上所述,在甘蔗玉米间作体系中,间作玉米根际微生物相对于单作玉米根际微生物群落多样性较高、根际微生物活性较强.该研究结果可为玉米甘蔗间作对土壤微生物活性影响研究提供理论基础.

以松江湿地为研究对象,采用磷脂脂肪酸(PLFA)和BIOLOG微平板法,系统分析4种干扰方式(农业、工业、旅游和保护)对湿地土壤微生物群落结构和功能的影响.结果表明,微生物对碳源利用能力由强到弱依次为:滨江湿地(保护)＞金河湾湿地(旅游)＞白鱼泡湿地(旅游)＞太阳岛湿地(旅游)＞呼兰河口湿地(农业)＞阿什河湿地(工业).松江湿地土壤微生物对羧酸类、糖类和氨基酸类碳源利用率较高,而对多聚物类、酚类和胺类的利用率较低,其中羧酸类和糖类是影响微生物群落代谢功能的敏感碳源.松江湿地土壤微生物以细菌为主,占总PLFA的69.72％-80.97％,真菌次之(9.20％-23.51％),放线菌最少(6.77％-9.82％);Shannon多样性指数以滨江湿地最高(2.994),阿什河湿地最低(2.881).RDA分析表明,受工业、农业干扰的阿什河湿地和呼兰河口湿地微生物群落结构与TN、NO3--N和NH4+-N呈显著正相关(P＜0.05);受旅游干扰的太阳岛湿地微生物群落结构与pH呈显著正相关;而同样受旅游干扰的白鱼泡和金河湾湿地微生物群落结构与pH呈显著负相关;受保护的滨江湿地微生物群落结构主要受TC/TN影响.

为了评价燕麦对金属锶(Sr)污染土壤的修复效果,通过土培盆栽试验,在土壤中添加Sr,共设置6个处理:25 mg/kgSr(CK)、100 mg/kg Sr(L)、250 mg/kg Sr(H)、25 mg/kg Sr+燕麦(CK+燕麦)、100 mg/kg Sr+燕麦(L+燕麦)和250 mg/kg Sr+燕麦(H+燕麦).从土壤酶(转化酶、磷酸酶、蛋白酶、脲酶和脱氢酶)活性和土壤微生物群落功能多样性来评价燕麦在锶污染土壤植物修复中的作用.结果表明:燕麦显著提高了脲酶和脱氢酶活性.燕麦显著提高了锶污染土壤微生物对31种碳源的平均利用率(AWCD),并提高了锶污染土壤条件下微生物群落的Shannon多样性指数(H)、Shannon均匀度指数(E)和碳源利用丰富度指数(S),降低了Shannon优势度指数(D).主成分分析表明种植燕麦显著增加了锶污染土壤中微生物群落功能多样性.与未种植处理(L和H)相比,L+燕麦处理中羧酸类碳源和聚合物类碳源的利用率分别增加了19％和31％,H+燕麦处理中羧酸类碳源和聚合物类碳源的利用率分别增加了24％和41％.因此,在锶污染土壤中,燕麦显著提高了土壤酶活性,改善了微生物功能多样性.

通过抗感水稻细菌性条斑病(简称细条病)的品种的水根际可培养细菌群落结构和代谢功能多样性分析,探讨其根际细菌多样性差异与水稻抗细条病的相关性.采集孕穗期水稻品种CG2和IR24的植株根际土壤,采用多种培养基进行可培养细菌的分离、鉴定,并通过16S rRNA序列构建系统进化树;利用Biolog技术分析不同品种根际微生物的代谢功能差异.结果显示:不同水稻品种的根际土壤可培养细菌分析发现抗病品种CG2以芽孢杆菌为优势菌群,而感病品种IR24以节杆菌为优势种群;对条斑病菌有抑制的菌株,筛选后以芽孢杆菌为主,且抗病品种的比率达47％以上,而感病材料中只有2.3％;抗病品种根际微生物群落的Shannon多样性指数(H′),Shannon均匀度指数(SE),Simpson指数(D),McIntos指数(U)和McIntosh均匀度指数(ME)分别增加了8.80％,48.49％,11.76％,41.88％和0.52％;主成份分析表明抗病品种CG2的根际土壤微生物与感病品种IR24相比,对碳水化合物,氨基酸类、酯类、醇类、胺类和酸类的利用率分别提高了12.52％、66.53％、3.78％、7.49％、27.98％和40.67％.研究表明,从根际土壤细菌数量和种类上看,抗病品种CG2的根际土壤细菌数量和种类与感病品种相比,细菌群落结构多样性更为丰富,发挥生防作用的菌群更多,为水稻条斑病的生物防治提供了思路和资源.

研究植物凋落物分解及其微生物的驱动机制,对于掌握湿地生态系统物质循环特征及其关键生态过程具有重要意义.该研究以滇西北高原典型湿地纳帕海湖滨带的优势植物茭草和杉叶藻为研究对象,通过凋落物袋法和Biolog GenⅢ技术,研究其凋落物在大气界面、水界面和土界面的质量衰减特征以及微生物的碳源利用和代谢的变化规律.结果 表明:(1)通过一年的分解,茭草凋落物在大气界面、水界面和土界面的质量残留率分别为77.7％、42.2％、25.3％,显著高于杉叶藻凋落物的相应质量残留率(41.6％、32.5％、12.4％);但同一物种不同分解生境下质量残留率则表现为大气界面＞水界面＞土界面.(2)2种植物不同界面的平均吸光度值上升快慢存在差异,茭草土界面和杉叶藻大气界面中的微生物碳源代谢强度最大;土界面下茭草植物微生物碳源利用率最高,且醇类和胺类的碳源利用率达到0.26和0.24.(3)2种植物的微生物群落结构存在一定的差异,茭草凋落物土界面中微生物群落对各类碳源有较强的利用能力,其微生物群落所含物种比较丰富、群落均匀性和多样性更加明显,与茭草凋落物质量残留率季节性变化结果较为一致.研究认为,研究区域内凋落物质量衰减和微生物的关系,可以为生态系统的稳定与发展及凋落物分解的微生物学机理提供科学依据.