氯仿(CHCl3)和溴仿(CHBr3)是两种重要的挥发性卤代烃(Volatile halohydrocarbon,VHCs),可通过光化学作用,引起臭氧层破坏和温室效应,影响全球气候变化.以黄河三角洲湿地的优势物种—盐地碱蓬(Suaeda glauca)为研究对象,采用室内盆栽培养来探究不同浓度氮输入水平(CK,对照,6.0 g N m-2 a-1;1.5N0,低氮处理,9.0 g N m-2 a-1;3.0N0,高氮处理,18.0 g N m-2 a-1)对盐地碱蓬以及盆栽微生态系统CHCl3、CHBr3通量特征的影响.结果表明,不同氮梯度下盐地碱蓬CHCl3和CHBr3排放通量均呈现出先降后升的趋势,低浓度1.5N0下可以促进盐地碱蓬CHCl3的释放,高浓度3.0N0则抑制;盐地碱蓬CHCl3、CHBr3气体通量的峰值分别出现在枯萎期与苗期,其主要原因是不同氮梯度刺激了气体消耗与产生之间的平衡以及植物各生长期生长因子的改变.由相关性分析可知,盐地碱蓬CHCl3排放通量受多种因子相互作用,植物根长与CHBr3排放之间存在显著相关性,根部越长,CHBr3的排放通量越低.不同氮梯度下盆栽微生态系统内CHCl3、CHBr3排放通量的变化趋势不同,CHCl3通量为先升后降,CHBr3为先降后升,气体通量的最高值与最低值出现在植物不同生长时期,盆栽微生态系统气体排放通量主要受土壤NH4+-N、NO3--N、以及植物凋落物等交互作用的影响.

盐生植物是盐沼有机碳储存的“临时库”,也是土壤有机碳累积的主要来源,其碳储量大小对盐沼生态系统“碳汇”功能的发挥十分重要.以长江口潮滩本地种芦苇(Phragmites australis)和海三棱藤草(Scirpus mariqueter),及入侵种互花米草(Spartina alterniflora)为研究对象,采用单因素盆栽实验,模拟分析淹水盐度(0、5、10、15、25和35)、淹水深度(0、10、20、40、60cm和80cm)和淹水频率(每天、每3天、每7天、每10天和每15天)变化对各盐生植物地上、地下和总体碳储量大小的影响.研究结果表明,随着淹水盐度增加,芦苇、互花米草和海三棱藤草地上部分与总体碳储量均显著降低.土壤盐度可分别解释其地上部分碳储量变异的47.2％、66.5％和72.7％,与总体碳储量变异的34.7％、45.0％和62.0％.随着淹水深度增加,芦苇地上部分、总体碳储量和海三棱蔗草地上部分碳储量均显著降低,其变异的68.6％、28.5％和71.1％可由淹水深度变化(10-80cm)解释.互花米草在80cm淹水深度下仍有较高的地上部分碳储量和总体碳储量.3种盐生植物碳储量对淹水频率变化的响应差异均不显著,所有处理地下部分碳储量差异也未达到显著水平.总体而言,互花米草对水盐胁迫的耐受性要强于本地种芦苇和海三棱蔗草.尽管互花米草和芦苇具有相对较高的碳储量,但水盐胁迫对其碳储量的显著抑制作用不容忽视.海三棱蔗草碳储量本就不高,输入土壤的有机碳量较为有限,海平面上升及盐水入侵等逆境胁迫会使其对盐沼“碳汇”贡献更加微弱.

[背景]联合固氮菌由于不具有宿主专一性,在土壤、叶际中广泛存在,对生态系统氮素供应有着重要贡献,它还可以通过分泌生长激素等间接作用促进植物生长,可作为重要的农业生产菌剂.土壤接种剂由于受土著微生物的竞争和土壤抑菌物质等的影响,接种效果不稳定,难以推广使用.相比于土壤环境,叶际生境相对简单且表面积巨大,进行叶际接种是固氮菌剂推广应用的一个新思路.[目的]优化联合固氮菌菌株W12接种添加剂,制备液体接种剂并研究其在玉米叶际的定殖效果.[方法]对菌株W12进行菌落PCR测序,构建系统发育树并确定分类地位.分别在培养液中添加不同浓度梯度的羧甲基纤维素(Carboxymethyl cellulose,CMC)和甘油(Glycerol,Gly),测量菌株W12生长曲线和固氮酶活性,优化添加剂浓度并制备液体接种剂,对接种剂的有效保存时间进行检测.将接种剂喷洒到玉米叶际,测量其对玉米产量和植株含氮量的影响,并通过低氮培养基进行回收计数.[结果]固氮菌菌株W12的16S rRNA基因序列与变栖克雷伯氏菌(Klebsiella variicola)的相似性高达99％,在培养液中添加CMC和甘油对菌株W12的生长无明显促进和抑制效果,但均提高了固氮酶活性.添加甘油制备的接种剂在盆栽和大田玉米叶面喷施后,在玉米生长末期叶际回收到的W12类似菌分别为4.3× 105 CFU/g叶片和1.7× 105 CFU/g叶片,显著高于未接种的处理;而且大田玉米籽粒、茎部和叶片的含氮量高于不接种的对照处理.经过90 d贮藏后,4℃保存的接种剂剩余活菌数均高于1.0×108 CFU/mL.[结论]羧甲基纤维素和甘油的添加不仅有利于固氮菌液体接种剂在叶片的附着,并能显著提高联合固氮菌菌株W12的固氮酶活性,低温冷藏可保证液体接种剂的有效活菌数;液体接种剂在玉米叶际喷施后,菌株W12能够成功定殖,并显著提高玉米植株和籽粒含氮量.研究结果为固氮菌叶面接种剂的制备和应用,以及实现农业氮肥减施保产的目标提供了借鉴意义.

滨海湿地生态系统正遭受着人为活动或自然因素的威胁,为探究多环芳烃(PAHs)污染对滨海湿地入侵植物互花米草根际、根内微生物的影响及植物-微生物联合修复PAHs的潜力,设置含有不同浓度菲和芘的沉积物处理,通过盆栽实验对互花米草幼苗进行暴露. 结果显示,培养70 d后,菲和芘的去除率分别为13％-36％和11％-30％;菲处理的互花米草根际沉积物中脱氢酶活性显著高于对照(P ＜ 0.05),非根际沉积物多酚氧化酶活性则降低10％. 磷脂脂肪酸(PLFA)分析显示,菲处理显著降低了根际沉积物微生物量(P ＜ 0.05),尤其是革兰氏阴性菌下降了24％;而芘处理对脱氢酶、多酚氧化酶以及总微生物量的影响相对较小. 100 mg/kg菲处理使得根际与根内革兰氏阴性菌PAHs-环羟基双加氧酶基因(PAH-RHDα-GN)丰度比对照组分别增加了100倍和3倍;而100 mg/kg芘处理使得根际与非根际沉积物中PAH-RHDα-GP丰度显著升高(P ＜ 0.05). 上述结果表明,入侵植物互花米草对PAHs污染存在明显的响应,其根内细菌在植物-微生物联合修复PAHs污染具有重要的作用. (图5 表4 参37)

土壤重金属积累严重影响植物生长和生态系统平衡,探寻植物对重金属的耐性机理尤为重要.菠菜可能具有一定的耐铜性,但Cu对其矿质元素吸收、细胞超微结构等方面的耐性机理尚不明确.本研究以菠菜幼苗为研究对象,通过盆栽试验,探究不同浓度铜处理对菠菜幼苗生长、矿质元素吸收、叶片细胞超微结构等指标的影响.结果表明:100 mg·L-1 CuSO4处理浓度时,菠菜幼苗根Cu2+积累量小于地上部,其根系生长量增加,地上部生长量稍有下降,继续增加铜处理浓度,植物体各器官生长参数均呈下降趋势.低浓度铜处理时(《400 mg·L-1CuSO4),菠菜幼苗叶N、K、Ca、Mg、Fe含量增加,P含量减少;根N、P、K含量减少,Ca、Mg、Fe含量增加;叶片细胞内各细胞器清晰可见,基粒片层排列仍较为整齐,叶绿体内外膜完整.高浓度铜处理时(＞600 mg·L-1 CuSO4),菠菜幼苗叶N含量增加,P、K、Ca、Mg、Fe含量减少;根N、P、K、Ca、Mg、Fe含量均减少;叶片细胞内叶绿体变圆,叶绿体膜变薄,基质、基粒片层变少,层堆积高度下降,细胞核解体,液泡、细胞壁中有黑色小点分布,可能是大量Cu2+聚集导致细胞内膨压增大所致.低浓度铜处理并未对菠菜幼苗的生长生理特性产生明显的负面影响,而高浓度铜处理并未终止菠菜幼苗的生长.说明菠菜幼苗具有一定的耐铜性.

凋落物作为草原生态系统的重要组成部分,直接参与调控生态系统微环境、种子萌发和植被更新过程.然而目前研究主要关注凋落物自身特性对幼苗建植的影响,而凋落物管理方式对生态系统微环境和植物群落幼苗建植及其交互作用的影响却鲜见报道.以内蒙古半干旱草地为研究对象,采用野外原位盆栽控制试验,探讨凋落物添加和去除对自然草地植物幼苗建植的影响机理.结果显示,(1)凋落物添加和去除显著降低了植物群落幼苗建植数,分别降低22.99％和22.19％;(2)幼苗建植数与土壤含水量存在正相关关系,而幼苗建植数与近地表光合有效辐射和土壤温度呈负相关关系;(3)尽管凋落物添加通过降低光合有效辐射和土壤温度对幼苗建植有潜在的间接促进作用,但凋落物添加可能通过凋落物自身特性(机械覆盖或化感作用等)最终直接抑制幼苗建植,而凋落物去除是通过提高地表辐射和土壤温度间接抑制幼苗建植.本研究表明,过多或过少的凋落物累积量通过改变幼苗建植所需微环境以及引起生态系统资源配置失衡,对群落幼苗建植过程产生负效应;结果可为该地区草地生态恢复与持续利用模式提供理论支持.

纳米产品的广泛应用导致纳米材料不可避免地进入农田土壤,对农田生态系统产生潜在影响.本研究以纳米磁性氧化铁(Fe3O4)为研究对象,以玉米(Zea mays L.)为供试植物,采用盆栽试验方法,模拟不同纳米Fe3O4水平(0.1、1.0、10.0 mg/kg)的土壤,并以相同水平的微米Fe3O4为纳米效应的对照,利用Illumina高通量测序技术对土壤真菌群落结构进行分析,并结合FUNGuild解析土壤真菌功能对纳米Fe3O4的响应.通过比较不同Fe3O4处理的土壤真菌多样性和群落结构发现,微米Fe3O4和纳米Fe3O4对土壤真菌多样性的影响较小,但10.0 mg/kg施加水平的纳米Fe3O4显著(P＜0.05)改变了土壤真菌群落结构,使真菌群落结构发生显著分异(P＜0.05),主要表现为降低了篮状菌Talarmyces、镰刀菌Fusarium、隐球菌Cryptococcus和被孢霉Mortierella等的相对丰度.FUNGuild分析发现10.0 mg/kg的纳米Fe3O4降低了腐生营养型真菌的相对丰度,但增加了共生营养型和病理营养型真菌的相对丰度.由此可见,一定浓度的纳米Fe3O4可显著改变土壤真菌群落结构和功能,对植物生长和土壤养分循环产生潜在影响.

为探究球毛壳ND35微生物菌剂对楸树幼苗生长及土壤肥力的作用机制,本研究楸树幼苗为研究对象,采用室内盆栽试验,设计0(CK),10(T1),15(T2),20(T3)4种微生物菌剂施用量,测定幼苗生长情况、土壤微生物组成结构、土壤酶和土壤养分等特征.研究结果如下:(1)球毛壳ND35微生物菌剂可显著促进楸树幼苗的生长,株高、地径、地上及地下生物量显著提高(P＜0.05),T2处理下促生效果最好.(2)施用球毛壳ND35微生物菌剂可显著提高土壤中有机质、硝态氮、铵态氮含量及脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性(P＜0.05).(3)球毛壳ND35微生物菌剂可显著影响土壤细菌群落组成,提高细菌群落的丰富度和多样性,使土壤中β-变形菌纲(Betaproteobacteria)、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)的相对丰度显著下降,α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、δ-变形菌纲(Deltaproteobacteria)的相对丰度呈显著提高,可使土壤中鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)的相对丰度显著提高21.88％-103.56％(P＜0.05),芽孢杆菌属(Bacillus)的相对丰度提高66.28％-65.97％(P＜0.05),酸杆菌属(Acidibacter)的相对丰度提高12.76％-38.06％.(4)冗余分析(RDA)结果表明,土壤硝态氮、铵态氮、有机质是影响土壤细菌群落分布和多样性的重要环境因子,土壤细菌群落结构的改变会显著影响土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶的活性.因此,施用球毛壳ND35微生物菌剂可通过影响植物根际土壤的化学性质及生物性质,促进楸树幼苗的生长.这一研究结果为楸树繁育提供了新的指导方向,亦为将其用于困难立地及退化生态系统植被恢复提供基础理论指导.

为揭示西南亚高山森林恢复过程中不同演替阶段物种间相互作用对土壤酶活性的影响,采用盆栽试验,选取亚高山森林演替后期针叶树种云杉(Picea asperata)和阔叶树种红桦(Betula albo-sinensis)以及演替中期灌丛树种高山柳(Salix oritrepha),研究物种间相互作用对土壤酶活性的影响及其对不同施肥种类(无机肥和有机肥)的响应.结果表明:(1)与对照相比,添加有机肥提高了土壤多酚氧化酶、转化酶、纤维素酶和蛋白酶活性;添加无机肥后,土壤转化酶活性增加了 16％-41％,纤维素酶和蛋白酶活性却显著降低;多酚氧化酶活性在单栽高山柳土壤中增加129％,而在红桦土壤中降低了43％.(2)对照组中,蛋白酶活性表现为在高山柳土壤显著低于红桦、云杉土壤;无机肥组中,蛋白酶活性表现为云杉土壤＜红桦土壤＜高山柳土壤;转化酶活性在无机肥和有机肥组中均表现为云杉根系土壤显著低于红桦和高山柳根际土壤;(3)物种混栽后,在对照组中,除云杉-红桦混栽土壤蛋白酶活性低于单栽红桦和云杉土壤蛋白酶活性外,其余物种两两混栽后土壤酶活性与单栽植物土壤酶活性没有显著差异性;但是添加无机肥和有机肥后,与单栽植物土壤酶活性相比,物种混栽可提高土壤蛋白酶和转化酶活性.(4)不同土壤酶活性受不同的土壤因子调控.可见,不同种类植物根际土壤酶活性对无机肥和有机肥的响应不同,而且物种间相互作用对土壤酶的影响及其对肥料的响应因物种而异;本研究结果不仅为认识亚高山森林恢复演替过程中微生物功能和养分循环对植物作用与施肥的响应机制提供了重要的科学依据,还为深入了解西南亚高山森林植被更新与恢复的影响机制提供了重要支撑.

[背景]根际微生物在植物根部生态系统中扮演着重要角色,影响着植物的营养吸收和健康生长.[目的]了解常年不发病烟田烤烟品种K326根际可培养微生物的多样性,筛选具有防病促生功能的菌株,为烟草病害绿色防控提供资源.[方法]采用传统培养方法对烟草根际土壤中的细菌和真菌进行分离鉴定,评价菌株的促生特性及病原菌拮抗能力,并进一步验证典型菌株对盆栽烟苗的促生效果.[结果]共获得261株微生物菌株,包括160株细菌和101株真菌.经分子鉴定,细菌中以变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)为主要类群;真菌中以子囊菌门(Ascomycota)和毛霉菌门(Mucoromycota)为主要类群.在属水平上,细菌以假单胞菌属(Pseudomonas)和芽孢杆菌属(Bacillus)为主,真菌以曲霉属(Aspergillus)和青霉属(Penicillium)为主.从不同种水平上进一步选择44株细菌为代表菌株,发现它们均具有不同程度的吲哚-3-乙酸(Indole-3-Acetic Acid,IAA)产生能力,9株能够溶解有机磷,16株能够溶解无机磷,13株产生铁载体,14株产生生1-氨基环丙烷-1-羧酸(1-Aminocyclopropane-1-Carboxylate,ACC)脱氨酶.从160株细菌中筛选得到抑制青枯病菌和黑胫病菌的菌株数目分别为25、26株.经盆栽试验发现韩国假单胞菌(P.koreensis) HCH2-3、浅黄绿假单胞菌(P.lurida) FGD5-2和贝莱斯芽孢杆菌(B.velezensis) EM-1对烟苗呈现不同程度的促生作用,其中3株菌联合施加对烟苗的促生效果最明显.[结论]烟草根际存在着丰富多样的具有防病促生潜力的微生物,并且合成菌群或功能互补的菌株联合施用是未来微生物菌剂研发的重要方向.