油田土壤微生物群落碳代谢与理化因子关系研究

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土壤微生物群落对碳循环的影响

土壤微生物群落对碳循环的影响

土壤微生物群落对碳循环的影响土壤是生态系统中一个重要的介质,其中含有大量的微生物。

土壤微生物群落是土壤中的一个重要组成部分,它们对土壤的生物地球化学过程具有广泛而深刻的影响,其中最为重要的是它们与土壤有机碳循环过程之间的关系。

土壤微生物群落是指生活在土壤中的各种微生物,包括细菌、真菌、放线菌、原生动物和微型动物等。

这些微生物在土壤中具有丰富的功能,如分解有机物、促进养分循环、改善土壤结构、抑制病原微生物的生长等。

其中最重要的功能之一是参与土壤中碳循环过程。

土壤中碳循环主要包括有机碳的输入、分解和输出三个过程。

有机碳的输入主要是指植物通过光合作用固定CO2形成的有机物,它们通过植物的死亡和腐烂、根系分泌、植物间作用等方式进入土壤中。

土壤中的微生物在这些有机物的分解过程中,释放出二氧化碳等化合物,并将一部分有机物转化为自身的生物质。

有机碳的输出则是指二氧化碳通过土壤和植物的表面向大气排放的过程。

土壤微生物群落对碳循环的影响体现在以下三个方面。

首先,土壤微生物群落参与了有机物的分解过程。

土壤中的微生物对植物残体和根系分泌的有机物进行分解和转化,将有机碳转化为自身的生物质或释放为CO2等气体。

微生物群落的组成及其数量对分解速率和分解产物的种类和数量都有影响。

例如,具有酸解能力的微生物可以分解较难降解的有机物,而多酚类化合物分解菌则可以在降解木材、纤维素等多酚类化合物方面发挥重要作用。

其次,土壤微生物群落对二氧化碳的排放起着重要作用。

土壤微生物在分解有机物的过程中,释放出CO2等一系列升温气体,这些气体会通过土壤或植物的表面排放到大气中,影响地球气候。

据估计,土壤微生物释放的CO2占全球CO2排放量的5%-20%。

最后,通过形成土壤结构,微生物群落也可以影响碳在土壤中的储存。

土壤中的有机碳储存量在全球生态系统中占据着重要的地位。

在土壤结构形成中,土壤微生物对土壤有机碳的稳定化和保持起到了重要的作用。

微生物可以形成一系列生态系统,从而促进有机质的分类和稳定化,从而使有机碳在土壤中更加稳定和长期保存。

土壤微生物生物量碳研究综述

土壤微生物生物量碳研究综述

土壤微生物生物量碳研究进展综述黎荣彬(广东省岭南综合勘察设计院)摘要:土壤微生物量碳是土壤碳素转化的重要环节,也是土壤有效碳库的重要组成部分。

本文从土壤微生物量碳的影响因素、测定、周转以及土壤微生物量碳与土壤有机碳的关系四个方面综述了土壤微生物生物量碳的研究进展。

同时,为国内今后这方面的研究重点及发展方向提供了参考。

关键词:土壤微生物量碳;周转;土壤有机碳土壤微生物生物量碳(简称土壤微生物量C)是指土壤中体积<5000μm3活的和死的微生物体内C的总和。

土壤微生物量C在土壤C库中所占比例很小,一般只占土壤有机碳全量的1%-4%[1],但对土壤有效养分而言,却是一个很大的供给源和库存[2]。

目前国内外对微生物生物量碳与土壤肥力的关系方面已有大量报道,并把土壤微生物量C视为土壤肥力变化的重要指标之一[3-5]。

本文综述了国内外土壤微生物量C的研究进展,为促进国内土壤微生物量C的研究提供参考依据。

1 土壤微生物量C的含量及影响因素我国土壤微生物量C变幅为42.0-2064.0 kg/hm2,占土壤有机碳的2.0 %-4.0 %,与国外报道结果接近[6]。

研究表明,环境条件、施肥措施以及土地利用方式均会影响土壤微生物量C的数量[4、5]。

刘守龙[7]等研究发现,稻田土壤微生物量C含量及其在土壤有机C 中所占的比例普遍明显高于在旱作土壤测定的结果,表明稻田土壤对土壤微生物量的维持能力较强,另外,不同类型稻田的土壤微生物量C含量及其对施肥的反应存在很大的差异。

朱志建[8]等研究了四类森林植被下土壤微生物量C含量,从平均值看是:常绿阔叶林>马尾松林>毛竹林>杉木林,而且阔叶林下土壤微生物明显高于其它三种林分。

李香真[9]等对蒙古高原土壤微生物量C含量的研究发现,草甸草原和典型草原土壤的较高,荒漠草原土壤的较低。

此外,张蕴薇[10]等研究不同放牧强度下土壤微生物量C含量的情况,结果表明,重牧区土壤微生物量C含量仅为轻牧区的一半,停止放牧后,微生物量C含量大幅度下降。

微生物对土壤碳循环的影响与调控

微生物对土壤碳循环的影响与调控

微生物对土壤碳循环的影响与调控微生物是土壤生态系统中不可忽视的重要组成部分,对土壤碳循环起着重要的作用。

本文将探讨微生物对土壤碳循环的影响及其调控机制。

一、微生物对土壤碳循环的影响1. 有机质分解:微生物通过分解有机质,在土壤中释放出碳氧化物。

这个过程被称为有机质矿化,是土壤中碳循环的重要环节之一。

2. 养分循环:微生物通过分解有机物,将有机碳的一部分转化为微生物自身所需的能量和氮、磷、钾等养分。

这些养分在微生物的代谢过程中参与了土壤碳循环,并可供植物吸收利用。

3. 呼吸作用:微生物通过呼吸作用将有机碳氧化为二氧化碳,释放到土壤和大气中。

这是土壤中碳循环的重要途径之一。

4. 抑制土壤有机碳的流失:微生物在土壤中形成胶体结构,抑制有机碳的淋失。

同时,微生物与土壤胶体颗粒结合,稳定有机碳,避免其流失。

二、微生物对土壤碳循环的调控机制1. 群落结构:微生物群落结构的变化会影响土壤中微生物功能的发挥。

不同菌群在有机质分解以及养分循环中具有不同的功能,因此微生物群落结构的调控对土壤碳循环至关重要。

2. 环境因子影响:环境因子如土壤水分、温度等会影响微生物的代谢活性和群落结构。

适宜的土壤水分和温度条件能够促进微生物的活性,从而增加土壤碳的储存和循环。

3. 共生关系:微生物与植物根系形成共生关系,通过植物根系提供的有机碳和养分,微生物能够更好地发挥其分解有机质和促进土壤碳循环的功能。

4. 外源物质输入:合理施加有机肥和改良土壤结构的措施,可以提高土壤中微生物的数量和活性,从而促进土壤碳循环。

综上所述,微生物对土壤碳循环具有重要的影响力和调控机制。

加强对微生物在土壤碳循环中的作用的研究,有助于更好地管理和保护土壤碳库,促进气候变化适应和农业可持续发展。

生物炭对土壤酶活和细菌群落的影响及其作用机制

生物炭对土壤酶活和细菌群落的影响及其作用机制

生物炭对土壤酶活和细菌群落的影响及其作用机制一、本文概述本文旨在探讨生物炭对土壤酶活性和细菌群落的影响及其潜在的作用机制。

生物炭作为一种由生物质经热解或气化产生的富含碳的固体产物,近年来在农业和环境科学领域引起了广泛关注。

由于其具有多孔性、高比表面积和良好的吸附性能,生物炭在改善土壤质量、提高土壤酶活性以及调控土壤微生物群落结构方面显示出巨大潜力。

本文首先介绍了生物炭的基本性质和制备方法,为后续研究提供基础。

接着,通过综述相关文献和实验数据,分析了生物炭对土壤酶活性的影响。

土壤酶作为土壤生物化学反应的重要催化剂,其活性直接影响着土壤中有机物的分解和养分的转化。

本文详细探讨了生物炭对几种关键土壤酶(如脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶等)活性的影响及其机制。

本文还重点研究了生物炭对土壤细菌群落的影响。

土壤细菌作为土壤生态系统中最丰富和最重要的微生物类群之一,对土壤肥力和作物生长具有重要影响。

通过高通量测序等现代分子生物学技术,本文分析了生物炭处理下土壤细菌群落结构的变化,并探讨了生物炭对细菌群落多样性和功能的影响及其机制。

本文旨在全面解析生物炭对土壤酶活性和细菌群落的影响及其作用机制,为生物炭在农业可持续发展和生态环境保护中的应用提供科学依据。

二、生物炭对土壤酶活的影响土壤酶是土壤生物化学反应的重要驱动力,对土壤肥力和微生物活动具有重要影响。

生物炭作为一种新型的土壤改良剂,其对土壤酶活的影响一直是研究热点。

本部分将探讨生物炭对土壤酶活的影响及其可能的作用机制。

生物炭的施入可以显著提高土壤中某些酶的活性。

这主要归因于生物炭的多孔结构和巨大的比表面积,为土壤酶提供了更多的附着位点,从而增强了酶的活性。

生物炭的碱性特性也有助于提高土壤中某些酶的活性,尤其是在酸性土壤中。

生物炭对土壤酶活的影响还与其自身的理化性质密切相关。

生物炭的含碳量、灰分含量、表面官能团等特性都会影响其与土壤酶的相互作用。

例如,生物炭表面的负电荷可以吸引带正电荷的酶分子,从而增强酶的活性。

农田土壤自养微生物固碳潜力及影响因素的研究进展

农田土壤自养微生物固碳潜力及影响因素的研究进展

㊀山东农业科学㊀2023ꎬ55(6):157~165ShandongAgriculturalSciences㊀DOI:10.14083/j.issn.1001-4942.2023.06.021收稿日期:2022-09-26基金项目:国家自然科学基金项目(32260345)ꎻ青海省科技计划资助项目(2022-ZJ-740)作者简介:周连玉(1976 )ꎬ女ꎬ湖南安仁人ꎬ博士ꎬ教授ꎬ主要从事微生物资源开发与研究ꎮE-mail:zly7604@163.com农田土壤自养微生物固碳潜力及影响因素的研究进展周连玉1ꎬ2ꎬ3ꎬ巨家升1ꎬ马学兰1ꎬ孙文娟1ꎬ王龙瑞1ꎬ魏乐1(1.青海师范大学生命科学学院ꎬ青海西宁㊀810008ꎻ2.青海省青藏高原药用动植物资源重点实验室ꎬ青海西宁㊀810008ꎻ3.高原科学与可持续发展研究院ꎬ青海西宁㊀810008)㊀㊀摘要:自养微生物利用光能或化学能将二氧化碳转化成有机物ꎬ具有很强的环境适应性ꎬ在农田土壤固碳过程中发挥重要作用ꎮ本文介绍了自养微生物固碳途径以及农田土壤自养微生物种群ꎬ阐述了土壤理化性质㊁环境因子和农田管理措施对农田土壤自养微生物固碳能力的影响以及农田固碳微生物资源的开发与应用ꎬ并对今后农田自养微生物的重点研究方向进行了展望ꎬ以期为提高农田土壤的固碳潜能㊁增强农田生态功能提供参考ꎮ关键词:农田土壤ꎻ自养微生物ꎻ固碳潜力中图分类号:S154.3㊀㊀文献标识号:A㊀㊀文章编号:1001-4942(2023)06-0157-09ResearchProgressofCarbonSequestrationPotentialofAutotrophicMicroorganismsinFarmlandSoilandInfluencingFactorsZhouLianyu1ꎬ2ꎬ3ꎬJuJiasheng1ꎬMaXuelan1ꎬSunWenjuan1ꎬWangLongrui1ꎬWeiLe1(1.CollegeofLifeSciencesꎬQinghaiNormalUniversityꎬXining810008ꎬChinaꎻ2.KeyLaboratoryofMedicinalPlantandAnimalResourcesoftheQinghai ̄TibetPlateauinQinghaiProvinceꎬXining810008ꎬChinaꎻ3.AcademyofPlateauScienceandSustainabilityꎬXining810008ꎬChina)Abstract㊀Autotrophicmicroorganismscanuselightorchemicalenergiestoconvertcarbondioxideintoorganicmattersꎬwhichhavestrongenvironmentaladaptabilityandplayimportantrolesintheprocessofcarbonsequestrationinfarmlandsoil.Thispaperintroducedthecarbonsequestrationpathwayofautotrophicmicroor ̄ganismsandthepopulationofautotrophicmicroorganismsinfarmlandsoil.Theeffectsofsoilphysicalandchemicalpropertiesꎬenvironmentalfactorsandfarmlandmanagementmeasuresonthecarbonsequestrationca ̄pacityofsoilautotrophicmicroorganismsinfarmlandandthedevelopmentandapplicationofcarbonsequestra ̄tionmicrobialresourcesinfarmlandweresummarizedꎬandthefutureresearchdirectionsofautotrophicmicro ̄organismsinfarmlandwereprospected.Itwasexpectedtoprovidereferencesforimprovingthecarbonseques ̄trationpotentialoffarmlandsoilandenhancingtheecologicalfunctionoffarmland.Keywords㊀FarmlandsoilꎻAutotrophicmicroorganismsꎻCarbonsequestrationpotential㊀㊀我国是一个典型的农业大国ꎬ耕地面积约1.2ˑ108hm2ꎮ作为陆地生态系统重要组成部分的农田生态系统具有碳源和碳汇双重特性ꎬ调控农田土壤固碳减排ꎬ对于保障粮食安全以及实现 碳中和 战略目标具有重大意义ꎮ目前主要的固碳方法有化学固碳㊁物理固碳和生物固碳ꎬ其中ꎬ生物固碳法是通过植物或微生物将CO2合成各种有机物ꎬ从而转化成各种可再生生物燃料和化工产品ꎮ除了植物的固碳作用ꎬ自养微生物利用光能或化学能将CO2转化成有机物ꎬ对大气中CO2浓度调节发挥着不可忽视的作用ꎻ由于其具有分布广泛㊁环境适应性强等优势ꎬ利用这种耗能较低㊁经济可行㊁绿色无污染的微生物固碳已成为目前固定CO2研究的热点之一[1-5]ꎮ近年来ꎬ国内外学者在农田自养微生物固碳潜力的分子生态方面开展了一些研究ꎬ本文从农田自养微生物固碳种群㊁固碳速率㊁固碳潜力的影响因子以及固碳菌种资源应用等方面ꎬ总结和分析农田自养微生物固碳机制ꎬ并简要展望研究前景ꎬ可为提高农田土壤固碳潜能㊁增强农田生态功能提供参考ꎮ1㊀自养微生物固碳途径自养微生物能够利用无机物作为营养物质进行正常生命代谢活动ꎬ根据能量来源可以分为光能自养微生物和化能自养微生物两种类型ꎻ根据对氧气需求的不同ꎬ光能自养和化能自养微生物又可分别分为好氧型和厌氧型[6]ꎮ自养微生物在不同环境中进化出不同的CO2固定途径ꎮ目前已报道7条自养微生物固碳途径ꎬ即卡尔文循环(CBB)㊁还原型三羧酸循环(rTCAcycle)㊁厌氧乙酰辅酶A途径又称Wood-Ljungdahl途径(WLpathway)㊁3-羟基丙酸双循环(3HPbicycle)㊁3-羟基丙酸/4-羟基丁酸循环(3-HP-4HBcycle)㊁二羧酸/4-羟基丁酸循环(Di-4HBcycle)和反向甘氨酸裂解途径[7-12]ꎮ其中CBB循环是化能自养微生物固定CO2的主要途径ꎬ在代谢过程中已将CBB循环应用于将CO2转化为生物基化学物质ꎮ限制卡尔文循环速率的关键酶为核酮糖-1ꎬ5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RubisCO)ꎬ根据序列和结构同源性ꎬ大多数RubisCO分为Ⅰ㊁Ⅱ㊁Ⅲ型和Ⅳ型ꎮⅠ型和Ⅱ型参与自养ꎻⅢ型与核苷酸和核苷代谢有关ꎻⅣ型又称为RubisCO类似蛋白ꎬ不具有催化羧化反应和氧化反应的能力ꎮcbbL㊁cbbM基因分别编码RubisCOⅠ型和Ⅱ型的大亚基ꎬ且具有高度保守性ꎮ按照其氨基酸组成的进化距离将RubisCOⅠ基因分成 green-like 和 red-like 两个类群ꎬ其中 green-like 类群又可以分为ⅠA㊁ⅠBꎻ red-like 也有2种类型ꎬ为ⅠC和ⅠD[13]ꎮ近年来ꎬcbbL㊁cbbM基因作为固碳相关的生物标志物被许多学者用于分析不同生态环境中固碳微生物群落结构㊁多样性以及固碳能力ꎻ还有针对还原型三羧酸循环固碳途径ATP-柠檬酸裂解酶的功能基因aclB以及3-羟基丙酸/4-羟基丁酸循环途径中乙酰辅酶A/丙酰辅酶A羧化酶的功能基因accA开展农业土壤中自养细菌的生态特征研究ꎮ2㊀农田土壤固碳自养微生物的群落组成农田土壤自养固碳微生物种类丰富ꎬ土壤性质㊁农艺管理措施㊁环境因子等因素均会影响固碳微生物类群的变化ꎮ不同区域的稻田土壤都含有共有的cbbL和cbbM优势种群ꎬ由于土壤性质的不同各自又有特有的cbbL和cbbM优势种群ꎬcbbL的阳性克隆子主要与变形菌的慢生根瘤菌(Bra ̄dyrhizobiumsp.)㊁维氏硝酸杆菌(Nitrobacterwino ̄gradskyi)㊁亚硝化螺菌(Nitrosospirasp.)㊁脱氮硫杆菌(Thiobacillusdenitrificans)㊁固氮红细菌(Rhodobacterazotoformans)等的序列相似ꎬcbbM的阳性克隆子与变形菌门的硫化菌(T.thioparus)等专性化能自养菌的相似度较高[14]ꎮBradyrhi ̄zobium和Rubrivivax是铁渗㊁潜育水耕人为土中的主要类群ꎬ普通铁渗水耕人为土的主要类群是Rhodopseudomonas㊁Rhodospirillum㊁Methylibium和Variovorax[15]ꎮ固碳微生物种群在土壤垂直方向的分布趋势为亚表层(5~7cm)的土壤固碳细菌多样性高于表层(0~2cm)ꎻ黏粒和粉粒中固碳微生物多样性高于砂粒[16]ꎮYuan等[17]采用室内14C-CO2连续标记培养土壤80d后ꎬ发现在水稻㊁旱地土壤中固碳细菌优势种群有Azospirillumli ̄poferum㊁R.palustris㊁B.japonicum㊁Ralstoniaeutro ̄851山东农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第55卷㊀pha等ꎮ花生和棉花土壤中检测出B.japonicum㊁Burkholderia㊁Nitrosospira为优势固碳类群[16]ꎬ土壤固碳菌种类在水稻连作㊁水稻/油菜轮作㊁油菜/玉米轮作的农田土壤中存在较大差异[18]ꎻ而在花生根际上发现碳同化自养微生物cbbL与Rhizobi ̄umleguminosarum㊁Bradyrhizobiumsp.㊁Sinorhizobi ̄ummeliloti㊁Ochrobactrumanthropi等序列类似[19]ꎮLu等[20]设计免耕㊁旋耕㊁翻耕三种耕作方式并结合玉米秸秆还田的研究表明ꎬ秸秆还田常规耕作土壤中cbbL的细菌在门水平变形杆菌门丰度占94.3%ꎬ在物种水平变形杆菌占42.9%ꎻ相比之下ꎬ无秸秆免耕土壤中携带cbbL的细菌在门水平放线菌门占31.5%和物种水平的弯曲高温单孢菌(Thermomonosporacurvata)占29.1%ꎬ且玉米秸秆还田增加特有种群Acidiphiliummultivorumꎮ通过野外长期定位试验ꎬ从red-likecbbL的角度分析ꎬ施肥处理黑麦土壤中优势类群为Bacillus㊁Strepto ̄myces和Arthrobacter[21]ꎮ不同有机碳源相同施用量的长期定位试验结果表明ꎬ有机碳物料的输入促使土壤中放线菌门的小单孢菌属(Micromonos ̄pora)㊁分枝杆菌属(Mycobacterium)㊁高温单孢菌属(Thermomonospora)和变形菌门的盐红螺菌属(Halorhodospira)㊁慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)的种群相对丰度增加[22]ꎮ基于荧光定量PCR技术和高通量测序技术分析秸秆㊁生物炭和纳米碳添加对退化农田土壤固碳细菌群落结构多样性的影响ꎬ结果显示优势菌属硫碱弧菌(Thioalka ̄livibrio)㊁Sulfurifustis㊁Thiobacillus分别在生物炭㊁纳米碳和秸秆添加后的农田土壤中相对丰度最高[23]ꎮ这些研究表明ꎬ碳同化微生物类群对土壤特性和环境因子变化比较敏感ꎬ土壤理化性质㊁农艺管理以及生态因子等因素均显著影响土壤固碳微生物的优势种群组成以及cbbL和cbbM基因的多样性ꎮ3㊀农田土壤自养微生物固碳能力与影响因素㊀㊀不同类群的固碳微生物可能在农田土壤中表达不同的固碳途径ꎬ从而其固碳能力也有差异ꎮ稻田土壤自养微生物同化大气CO2ꎬ是农田土壤有机碳的重要来源之一ꎮ许多研究者通过检测微生物生物量碳(MBC)㊁固碳酶活性以及固碳基因的表达量来估测农田土壤自养微生物固碳能力ꎮ土壤特性㊁农艺管理以及环境因子明显影响碳同化微生物生长㊁代谢以及功能基因的表达ꎮ3.1㊀耕地类型耕地分为水田和旱地两种类型ꎮ耕地水分多少不仅影响作物生长ꎬ还调节土壤中微生物数量或种类ꎮ农田土壤有机碳的来源较自然生态系统更加广泛ꎬ一般由作物秸秆和根茬来源碳㊁作物根际沉积碳㊁动物残体㊁微生物固碳以及有机肥投入碳等组成ꎮ采用14C-CO2连续标记培养农田土壤80d后ꎬ微生物固定碳占稻田和旱地土壤有机碳(SOC)的0.12%~0.59%ꎬ据估算每年全球土壤自养微生物固定的碳大约0.6~4.9pgꎻ农田土壤自养微生物的CO2日同化速率为0.01~0.10g/m2ꎬ年碳同化速率为100~450kg/hm2ꎬ其对碳循环的年贡献率为0.9%~4.1%ꎻ同时ꎬ稻田和旱地的固碳能力不同ꎬ细菌总固定碳在稻田土壤中占比高于旱地[17]ꎮ同样采用14C-CO2连续标记培养稻田㊁旱地土壤110d后ꎬ稻田土壤光照处理的14C-SOC含量超过旱地土壤ꎻ在理想状态下估算出土壤微生物的年碳同化量在0.3~3.7pg[24]ꎮ通过分析采集的稻田和旱地土壤碳库ꎬ结果发现长期耕作的稻田土壤固持的有机碳中植物残体来源碳占33%~54%㊁微生物残体来源碳占28%~36%ꎬ而旱地土壤中积累的有机碳植物残体贡献19%~42%㊁微生物残留物贡献40%~59%ꎬ在旱地土壤中微生物固碳作用明显大于稻田[25]ꎮ这些研究说明作为土壤有机碳重要来源之一的微生物同化碳量对稻田㊁旱地土壤响应的研究结果存在一定差异性ꎬ其缘由可能与试验区域气候条件㊁土壤性质㊁作物种类㊁试验时间㊁CO2浓度等不同有密切联系ꎮ一些自养微生物在农田土壤环境下能够利用CBB循环途径进行CO2固定ꎬ其固碳速率受关键固碳基因和固碳酶活性的调控ꎮ不同区域的稻田土壤cbbL基因丰度为107~108copies/gꎬ比cbbM高3个数量级ꎬ各区域cbbL和cbbM丰度均存在差异性[14]ꎮXiao等[26]指出中国南方5个不同水951㊀第6期㊀㊀㊀㊀㊀周连玉ꎬ等:农田土壤自养微生物固碳潜力及影响因素的研究进展稻产区的水稻土(0~20cm)cbbLR㊁cbbM㊁cbbLG固碳基因丰度范围在106~109copies/g干土ꎬ丰度从高到低依次为cbbLR>cbbM>cbbLGꎬcbbLR基因丰度与土壤固碳酶活性呈显著正相关ꎬ此结果说明cbbLR基因可能发挥着更大作用ꎮ此外ꎬ稻田㊁旱地细菌cbbL基因丰度为106~108copies/g土壤ꎬ稻田cbbL基因丰度㊁碳同化酶活性是旱地的4~30倍[17ꎬ27]ꎬcbbL基因丰度㊁RubisCO活性均与MBC呈正相关ꎬcbbL基因丰度与RubisCO活性呈显著或极显著正相关[17ꎬ27]ꎬ且cbbL基因丰度㊁RubisCO活性㊁MBC与耕地水分含量之间均表现出显著或极显著正相关ꎮ3.2㊀土壤理化性质土壤质地是土壤中较为重要的一种物理性质ꎬ影响土壤的透光性㊁通气性㊁养分状态以及水分含量ꎬ进而影响微生物的生存环境及代谢活性ꎮSelesi等[28]研究发现不同农田土壤中red-likecb ̄bL基因丰度为8.0ˑ106~3.4ˑ107copies/gꎬ其中主要分布在壤土(63~2μm)和黏土(2.0~0.1μm)中ꎬ而在砂土(2000~63μm)中几乎检测不到ꎮ土壤的自养微生物同化碳均进入了不同粒径的团聚体和腐殖质组分中ꎬ主要进入0.2~0.02㊁2.0~0.2mm粒径与胡敏酸组分[29]ꎮ土壤粗颗粒组分中营养物质难以积累ꎬ不利于自养微生物生长ꎬ因此16SrRNA以及卡尔文功能基因拷贝数量低ꎬ而土壤中黏粒含量较高ꎬ可以有效固定㊁吸附微生物ꎬ因而土壤MBC相对较高[14]ꎮ土壤中有机物质含量㊁pH㊁氧化还原状态㊁竞争性离子等化学性质都会影响微生物的群落组成和活性ꎬ进而使得土壤中自养微生物固碳能力发生变化ꎮ化能自养菌以H2㊁NH4+㊁NO2㊁S2O32-㊁H2S㊁Fe2+㊁Mn2+㊁CO㊁CH4㊁CH3OH等多种无机化合物作为电子供体[30]ꎬ通过氧化无机底物获得能源用于将CO2合成氨基酸㊁脂肪酸等土壤有机质成分[1ꎬ2]ꎬ因而土壤有机质含量较低的贫瘠土壤更有利于碳同化微生物的活性表达[14ꎬ31]ꎮ土壤pH可以通过H+浓度改变土壤中营养元素的形态从而影响自养微生物类群[32]以及cbbM基因丰度ꎬpH值大的土壤中cbbM基因丰度较高[31]ꎮ已有研究报道土壤MBC与土壤有机碳㊁全氮㊁有效磷㊁速效钾㊁碱性磷酸酶㊁酸性磷酸酶㊁土壤容重等存在显著相关性[33]ꎻ固碳细菌群落结构和固碳功能基因的丰度也受土壤C/N比㊁阳离子交换量㊁全氮㊁全磷含量等影响[26ꎬ27]ꎮ3.3㊀土层深度土壤是一种物理(不同粒径㊁密度㊁颗粒)和化学(腐殖质)组分不同的复杂体系ꎬ随土层深度的增加ꎬ光照㊁通气性㊁基质和养分利用率发生改变ꎬ从而为自养微生物提供多样生境[28]ꎮ农田土壤中积累较多的细菌残体碳[25]ꎬ表层土壤中微生物残体碳对有机碳的平均贡献率为51%ꎬ且随土层深度的增加而降低[34]ꎮ不同耕地类型随土壤深度的增加固碳能力存在差异ꎬ水稻土壤cbbL基因丰度逐渐降低ꎬ旱地土壤cbbL基因丰度变化不明显ꎻ0~1cm深度稻田或旱地土壤RubisCO活性均显著高于1~5cm和5~17cm土层ꎬ且在0~1cm土壤深度ꎬcbbL基因丰度与RubisCO活性呈极显著正相关[27]ꎮ在不同作物体系的土壤中MBC㊁RubisCO活性以及cbbL基因丰度均随土壤深度的增加而呈现下降趋势[18]ꎮGe等[35]观察到随土壤深度的增加ꎬ翻耕和免耕水稻土壤cbbL基因丰度以及固碳活性逐渐降低ꎬ翻耕和免耕旱地土壤cbbL基因丰度变化幅度不大㊁固碳活性降低ꎮ光照随土层深度的增加而减少ꎬ光诱导表层土壤(0~1cm)光能自养微生物进行碳同化ꎬ继而传输至次层土壤(1cm以下)供化能自养微生物碳同化ꎬ由此可构成光能㊁化能自养固碳的双重协同作用ꎮ3.4㊀土壤耕作土壤耕作是改善耕层质量㊁培肥地力的重要农田管理技术措施ꎬ对土壤生态系统环境有重要影响ꎮ传统耕作(翻耕㊁深松耕)㊁少耕(浅耕㊁旋耕)和免耕(留茬㊁留茬覆盖)等耕作方式影响土壤温度㊁水分㊁通气性及养分含量ꎬ还改变土壤中微生物种群结构㊁数量和多样性ꎮLu等[20]设计免耕㊁旋耕㊁翻耕三种耕作方式并结合玉米秸秆还田方式进行玉米种植试验ꎬ结果表明翻耕㊁翻耕秸秆还田㊁旋耕秸秆还田土壤中cbbL与16SrRNA基因丰度以及RubisCO活性显著高于免耕土壤ꎬ旋耕土壤中RubisCO活性显著高于免耕土壤ꎬ而061山东农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第55卷㊀旋耕土壤中cbbL与16SrRNA基因丰度与免耕土壤之间无显著性差异ꎮGe等[35]研究发现ꎬ水田和旱地土壤翻耕后ꎬ土壤中MBC㊁固定CO2活性较免耕土壤高ꎬ然而16SrRNA和cbbL基因丰度低于免耕土壤ꎬ可能是翻耕改变土壤团聚体的粒径和稳定性ꎬ从而影响某些自养固碳微生物的生长与代谢ꎮ在旱地土壤中耕作方式对土壤cbbL基因丰度的影响不一致ꎬ可能与作物体系㊁培养环境等因素有关ꎮ3.5㊀作物体系在农业生产过程中ꎬ种植方式对土壤微生物生物量碳有显著影响ꎮ小麦/玉米轮作体系下土壤MBC显著大于棉花连作体系土壤[33]ꎮ种植水稻的土壤cbbL基因拷贝数显著高于种植玉米的土壤[31]ꎻ水稻连作土壤MBC㊁cbbL基因丰度均显著高于小麦/玉米和水稻/小麦轮作的土壤ꎬ水稻/小麦轮作的土壤cbbL基因丰度明显大于小麦/玉米轮作体系的土壤[36]ꎮWu等[18]通过14C-CO2稳定性同位素示踪技术进一步研究水稻连作㊁水稻/油菜轮作㊁油菜/玉米轮作体系下农田土壤固定CO2自养微生物的固碳潜力ꎬ发现水稻连作土壤MBC㊁RubisCO活性㊁cbbL丰度均显著高于水稻/油菜轮作和油菜/玉米轮作的土壤ꎬ水稻/油菜轮作土壤MBC㊁固碳活性大于油菜/玉米轮作的土壤ꎮ由上述研究结果可知ꎬ种植水稻有利于自养微生物的繁殖ꎬ从而促进稻田生态系统的固碳作用ꎮ这些不同作物土壤自养微生物固碳能力的差异性可能是作物体系中根系分泌物㊁根茬等种类不同ꎬ因此为土壤微生物提供了不同的碳源ꎮ比较不同种植模式对土壤理化性质及有机碳质量的影响ꎬ有利于优化农田种植模式ꎬ实现农业可持续发展ꎮ3.6㊀施肥施肥改变土壤环境和养分状况ꎬ调控固碳自养微生物的活性ꎮ磷肥㊁氮磷肥㊁氮肥配施有机肥㊁氮磷肥配施有机肥4种施肥处理均显著提高土壤MBC[37]ꎮ比较分析7种不同施肥处理的农田黑土土壤MBCꎬ发现长期大量单施有机肥能够显著促进玉米全生育期土壤微生物繁殖ꎬ提高土壤MBCꎻ而秸秆配施有机肥㊁秸秆配施化肥和半量有机肥配施化肥只在玉米生长的最旺盛时期促进土壤MBC的提高[38]ꎮ氮㊁磷素的添加会一定程度地影响土壤碳循环相关微生物的生长和代谢活动ꎮ例如ꎬ基于磷素添加对土壤中3条重要的CO2固定途径(卡尔文循环㊁还原性三羧酸循环和3-羟基丙酸/4-羟基丁酸)的关键功能基因数量的研究发现ꎬ水稻分蘖期添加磷素显著提高土壤中cbbL㊁cbbM㊁accA和aclB基因数量ꎬ而磷素添加对水稻拔节期土壤中cbbL㊁accA和aclB基因数量的促进作用并不明显ꎬ对cbbM基因数量甚至产生了抑制作用[39]ꎮ然而ꎬ一些研究者对于施用化肥对固碳基因的影响有不一致的认识ꎬ施用农家肥或化肥(包括氮磷钾)的黑麦土壤中cbbL基因拷贝数均低于不施肥土壤[28]ꎻ添加化肥氮磷钾显著降低小麦/大豆/玉米轮作土壤自养微生物固定CO2效率㊁cbbL和accA基因丰度[40]ꎮ袁红朝等[41]研究表明ꎬ3种施肥处理的稻田土壤细菌cb ̄bL基因丰度为3.35ˑ108~5.61ˑ108copies/g土ꎬ氮磷钾肥㊁氮磷钾加秸秆还田处理后ꎬ土壤细菌cbbL基因数量增加ꎬ其中秸秆配施化肥处理土壤cbbL数量最多ꎻ同时ꎬ在3个区域的水稻施肥试验也表明ꎬ秸秆还田配施化肥土壤固碳细菌cbbL基因丰度和RubisCO活性显著高于不施肥或施用化肥的土壤[42]ꎮ秸秆还田可以改善土壤结构㊁提高土壤肥力ꎬ还可增加农田土壤微生物固碳[43-46]ꎮ将秸秆原料制备成生物炭还田后ꎬ通过影响土壤的比重㊁有机碳含量㊁孔隙度等而明显提高农田砂土土层中固碳微生物生物量以及cbbL基因拷贝数[47]ꎬ因此生物质炭可以作为一种有效的农田固碳减排措施ꎮ3.7㊀环境因子随着温室效应的加剧ꎬ大气中CO2浓度不断升高ꎮCO2浓度㊁温度和光照作为影响微生物生长的关键环境因子ꎬ对微生物的生长和代谢活动都会产生影响ꎮHart等[48]发现ꎬ在10%的CO2浓度和提高S2O32-含量以及避光条件下ꎬ培养40h的土壤化能自养细菌能够同化CO2的量为4.52g/kg干土ꎮ在水稻分蘖期㊁抽穗期ꎬCO2浓度升高㊁温度和CO2浓度升高互作均能够提高土壤MBCꎻ在水稻成熟期ꎬ土壤MBC在试验的CO2浓161㊀第6期㊀㊀㊀㊀㊀周连玉ꎬ等:农田土壤自养微生物固碳潜力及影响因素的研究进展度或温度处理之间均无显著差异[49]ꎮ土壤中不同优势自养细菌类群的碳固定关键酶对CO2的特异性或耐受性存在较大差异[50]ꎬ这也会导致固碳细菌的固碳能力不同ꎮ高浓度CO2处理大豆田的研究结果显示ꎬ表层土(0~5cm)中RubisCO编码基因丰度显著升高[51]ꎮ光照处理下水稻土和旱地土壤固碳细菌数量明显高于遮光处理的土壤[27]ꎮ14C-CO2连续标记培养试验表明ꎬ避光处理的土壤中未检测到14C-MBC[23]ꎬ光能㊁化能自养微生物固碳活性被抑制[17]ꎮ土壤含水量显著影响土壤自养微生物固碳基因丰度和RubisCO活性ꎮ陈晓娟等[52]基于14C-CO2连续标记技术研究表明湿地土壤的MBC㊁细菌cbbL基因丰度与RubisCO活性均显著大于旱地土壤ꎮ培养的前14dꎬ土壤cbbL丰度呈现随含水量增加而升高趋势ꎬ且淹水处理土壤在整个培养期间cbbL丰度最高ꎻ第14天土壤含水量25%处理的RubisCO活性显著高于土壤含水量10%和15%以及淹水3种处理ꎻ第28天时低含水量(10%和15%)处理土壤中RubisCO活性显著低于高含水量(25%)及淹水处理ꎻ培养期间土壤cb ̄bL丰度与RubisCO活性呈显著正相关线性关系[53]ꎮ自养微生物的丰度和多样性与土壤水分呈显著正相关ꎬ而与土壤中C㊁N含量呈负相关[26]ꎮ这可能与淹水可减少土壤的物理变化ꎬ并能增加自养微生物生长所必需的无机养分含量有关ꎮ因此ꎬ通过合理灌溉可以调节农田土壤的水热状况ꎬ从而有利于自养微生物发挥固碳潜力ꎮ3.8㊀培养时间农田土壤自养固碳微生物不仅在空间上分布多样化ꎬ还随着时间的延长呈现动态变化ꎮ通过14C-CO2连续标记培养农田土壤试验表明ꎬ在光照和避光处理下可能由于厌氧条件下及缺少新物质输入导致农田土壤MBC随着培养时间的延长表现为下降趋势[24]ꎮ将土壤含水量分别设置为10%㊁15%㊁25%及淹水并于室温下培养ꎬ结果显示各处理cbbL丰度均随培养时间延长而趋于上升ꎬ培养初期(第3天)土壤cbbL丰度均显著低于培养末期(第28天)ꎻ低含水量处理(10%及15%)中RubisCO活性在培养期间无显著变化ꎬ土壤含水量25%处理第3天及第7天的RubisCO活性显著低于第14天及第28天ꎬ土壤淹水处理中培养3㊁7㊁14d的RubisCO活性显著低于第28天[53]ꎮ选取江西鹰潭㊁浙江嘉兴㊁湖南桃源古市和湖南桃源宝洞峪的土壤分别进行室内培养ꎬ培养前4种土壤cbbL基因拷贝数均显著低于培养45dꎻ浙江嘉兴㊁湖南桃源宝洞峪土壤培养45d时cbbM拷贝数高于培养前ꎻ其他2种稻田土cbbM基因丰度在不同培养时间之间无显著差异[14]ꎮ随水稻生长发育进程ꎬ对照和磷肥处理土壤cbbL㊁accA和aclB基因拷贝数呈下降趋势[39]ꎮ在不同时期诸多因素通过改变土壤环境而影响固碳自养微生物类群ꎬ进而对固碳微生物介导的固碳潜力产生影响ꎮ4㊀农田固碳微生物资源挖掘与应用农田土壤固碳自养微生物种群丰富ꎬ在农田生态系统碳汇方面发挥着不可或缺的作用[54]ꎮ由于自养微生物生长对环境因子要求比较特殊ꎬ生长速度较缓慢ꎬ然而针对农田土壤固碳自养微生物资源开发与应用的相关研究仍较少ꎮ王竞等[55]利用筛选培养基㊁置换排气法配气以及优化培养基中H2㊁O2㊁CO2比例的方法ꎬ从花园土壤中分离筛选到1株能够高效固定CO2的氢氧化细菌ꎮKhalifa等[56]以硫化亚铁(FeS)作为能量来源ꎬ采用改良的矿物培养基从日本稻田土壤中分离得到1株铁氧化菌ꎬ命名为Ferrigeniumku ̄madaigen.nov.ꎬsp.nov.ꎬ对其16SrRNA基因序列的分析表明ꎬ该菌株属于披毛菌科(Gallionel ̄laceae)ꎬ其在系统发育上与该家族的其他成员不同ꎮ郭珺等[57]利用无碳源无机培养基从活性污泥㊁沼液和设施土壤中分离筛选出以CO2为碳源的菌株24株ꎬ其中生长较快的8株菌分别隶属于假单胞菌属(Pseudomonassp.)和嗜甲基菌属(Methanotrophssp.)ꎮ花生根际土壤分离出兼性固CO2㊁N2菌株HSJꎬ表现出较高的固碳酶和固氮酶活性ꎬ其碱基序列与链霉菌属(Streptomycessp.)6个菌株的同源性为99%[58]ꎮ从农田土壤中筛选分离到固碳菌株后ꎬ继续进一步对固碳菌菌株进行驯化和发酵条件优化[58]ꎬ并通过土壤施用试261山东农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第55卷㊀验使其能应用于生产实践[57]ꎬ以吸收环境中的CO2减缓温室效应ꎮ5㊀展望农田土壤自养微生物的固碳能力与土壤理化性质㊁气候因子以及农田管理措施等多种因素密切相关ꎬ各因素之间可能存在相互作用ꎮ整合14C同位素标记技术和微生物分子生态学技术(克隆文库㊁T-RFLP和定量PCR等)ꎬ通过农田原位或室内模拟培养试验开展土壤自养微生物时空分布的碳同化规律ꎬ及其响应人为扰动和气候变化耦合作用的机制研究ꎮ由此核算与预测农田固碳能力ꎬ构建优化的农田管理模式ꎬ推动农田纳入 碳交易 市场ꎮ自养微生物利用光能或还原性物质的氧化获取化学能ꎬ通过多种途径实现CO2的捕集及转化ꎬ同时ꎬ在固定CO2能力方面自养微生物表现出可持续性㊁可控性及可靠性ꎮ设计培养基从农田土壤中分离㊁筛选出具有固碳潜力的优良菌种资源ꎬ并从营养成分㊁环境条件㊁人工电子供体等方面[59ꎬ60]提升菌株的固碳效率ꎮ随着合成生物学的快速发展ꎬ基于对固碳微生物的固碳途径及其分子机制的深入研究和认识ꎬ采用现代育种技术全面改造生产菌株ꎬ从而提高CO2的自养微生物固定效率ꎬ实现人工自养微生物的应用ꎬ为固碳减排㊁实现碳中和提供新的途径和菌种资源ꎮ继而将固碳菌种与农田措施㊁其他微生物菌剂等方法结合起来ꎬ研发农田土壤微生物固碳技术ꎮ参㊀考㊀文㊀献:[1]㊀MiltnerAꎬRichnowHHꎬKopinkeFDꎬetal.AssimilationofCO2bysoilmicroorganismsandtransformationintosoilorganicmatter[J].OrganicGeochemistryꎬ2004ꎬ35(9):1015-1024. [2]㊀MiltnerAꎬKopinkeFDꎬKindlerRꎬetal.Non ̄phototrophicCO2fixationbysoilmicroorganisms[J].PlantandSoilꎬ2005ꎬ269(1/2):193-203.[3]㊀KajlaSꎬKumariRꎬNagiGK.MicrobialCO2fixationandbio ̄technologyinreducingindustrialCO2emissions[J].ArchivesofMicrobiologyꎬ2022ꎬ204(2):149.[4]㊀AnandAꎬRaghuvanshiSꎬGuptaS.Trendsincarbondioxide(CO2)fixationbymicrobialcultivations[J].CurrentSustain ̄ableRenewableEnergyReportsꎬ2020ꎬ7:40-47.[5]㊀刘开放ꎬ刘立明.小个头有大能量:微生物开启固定CO2新篇章[J].科学ꎬ2022ꎬ74(3):29-33ꎬ69. [6]㊀袁红朝ꎬ秦红灵ꎬ刘守龙ꎬ等.固碳微生物分子生态学研究[J].中国农业科学ꎬ2011ꎬ44(14):2951-2958.㊀[7]㊀HüglerMꎬSievertSM.BeyondtheCalvincycle:autotrophiccarbonfixationintheocean[J].AnnualReviewofMarineSci ̄enceꎬ2011ꎬ3(1):261-289.[8]㊀BergIA.Ecologicalaspectsofthedistributionofdifferentauto ̄trophicCO2fixationpathways[J].AppliedandEnvironmentalMicrobiologyꎬ2011ꎬ77(6):1925-1936.[9]㊀JeoungJHꎬGoetzlSꎬHennigSEꎬetal.Theextendedreduc ̄tiveacetyl ̄CoApathway:ATPasesinmetalclustermaturationandreductiveactivation[J].BiologicalChemistryꎬ2014ꎬ395(5):545-558.[10]ThauerRK.Microbiology:afifthpathwayofcarbonfixation[J].Scienceꎬ2007ꎬ318(5857):1732-1733.[11]FigueroaIAꎬBarnumTPꎬSomasekharPYꎬetal.Met ̄agenomics ̄guidedanalysisofmicrobialchemolithoautotrophicphosphiteoxidationyieldsevidenceofaseventhnaturalCO2fixationpathway[J].ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmericaꎬ2018ꎬ115(1):E92-E101.[12]FuchsG.Alternativepathwaysofcarbondioxidefixation:in ̄sightsintotheearlyevolutionoflife[J].AnnualReviewofMi ̄crobiologyꎬ2011ꎬ65(1):631-658.㊀[13]WatsonGMFꎬTabitaFR.Microbialribulose ̄1ꎬ5 ̄bisphos ̄phatecarboxylase/oxygenase:amoleculeforphylogeneticandenzymologicalinvestigations[J].FEMSMicrobiologyLettersꎬ1997ꎬ146(1):13-22.[14]刘琼ꎬ魏晓梦ꎬ吴小红ꎬ等.稻田土壤固碳功能微生物群落结构和数量特征[J].环境科学ꎬ2017ꎬ38(2):760-768. 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黄土高原石油污染土壤微生物群落结构及其代谢特征研究_甄丽莎_谷洁_胡婷_吕睿_贾

黄土高原石油污染土壤微生物群落结构及其代谢特征研究_甄丽莎_谷洁_胡婷_吕睿_贾
网络出版时间:2014-11-03 11:11 网络出版地址:/kcms/doi/10.5846/stxb201312132953.html 第 35 卷第 17 期 2015 年 9 月 生 态 学 报 ACTA ECOLOGICA SINICA Vol.35 , No.17 Sep. ,2015
1 College of Resources and Environment, Northwest Agriculture and Forestry University, Yangling Shaanxi 712100, China 2 Shaanxi Province Microbiology Institute, Xi’an 710043,China 3 The Research Center of Recycle Agricultural Engineering and Technology of Shaanxi Province, Yangling 712100, China Abstract: To investigate the impacts of crude oil pollution on the soil microbial community, and estimate the potential for crude oil degradation by indigenous microbial consortia, we examined the soil microbial community structure, metabolic characteristics and functional diversity of crude oil-contaminated soil collected in the Loess Plateau in northern Shaanxi, using plate counts and the Biolog Eco plate method. The results showed that the responses of soil microbes to crude oil pollution stress varied greatly. The abundance of bacteria and fungi in crude oil-contaminated soil were about one order of magnitude higher than in the uncontaminated soil, while the abundance of actinomycetes was significantly lower in polluted soil than in uncontaminated soil (P < 0.01). The number of bacteria in crude oil-contaminated soil was 107 CFU/g, and the proportion of bacteria reached 99.8%–99.9% of all microbes. This indicated that the majority of biodegradation of crude oil was the result of bacterial activity, in collaboration with fungi rather than actinomycetes. The microbial activity of uncontaminated soil was higher than that of crude oil-contaminated soil,

土壤碳储量控制中微生物合成及代谢作用研究进展

土壤碳储量控制中微生物合成及代谢作用研究进展

土壤碳储量控制中微生物合成及代谢作用研究进展摘要:近年来,由于全球碳(C)循环与气候变化有关的研究日益引起人们的兴趣,对土壤有机质(SOM)分解、转化和稳定的研究也急剧增加。

我们使用土壤“微生物碳泵”(MCP)的概念框架来演示微生物是如何在土壤碳储存中发挥积极作用的。

微生物碳泵将微生物产生的一系列有机化合物与它们的进一步稳定联系起来,称为“续埋效应”。

这种整合捕捉了微生物同化作用在土壤有机质形成过程中累积的长期遗留问题,其机制(无论是通过物理保护还是由于化学成分而缺乏活化能)最终使微生物碳源在土壤中埋葬。

本文以土壤微生物碳泵作为概念指南,加强对全球变化条件下土壤碳动态对陆地碳循环响应的机制的理解。

关键词:土壤有机质;土壤碳动态;微生物碳泵由于全球气候和大气化学成分的变化,土壤碳稳定已成为近年来的一个重要课题[1]。

由于其面积大,平衡土壤碳库的输入和输出之间的微小变化都将和减少或加剧燃烧化石燃料后果一样对大气二氧化碳含量变化产生重大影响。

由于土壤碳循环是微生物生长和活动的最终结果,了解土壤中的有机质分解、转化和封存需要了解微生物生理学如何调控生物地球化学循环的过程、气候变化和生态系统可持续性。

1.土壤有机质和微生物代谢控制陆地生态系统中碳的长期储存主要发生在植物生物量作为土壤中稳定的有机质的情况下。

考虑到碳转化过程中微生物的代谢活动,我们提出关于微生物分类影响土壤有机质形成的两个途径:体外(细胞外)修饰、胞外酶攻击和变换植物残留导致沉积植物的碳不易被微生物同化;以及有机底物通过细胞摄取-生物合成-生长-死亡在体内的转换方式。

导致微生物衍生碳沉积有两种途径,进一步退化的化合物或由修改原始组织形成的更容易稳定的化合物,或通过微生物合成新的化合物,如聚合物与降解木质素产品和氨基酸。

无论如何,体外修饰意味着通过微生物降解酶(即纯分解代谢过程)重组或改变分子,而体内周转意味着分子的分解和再合成,也可能意味着分解代谢过程和合成代谢过程的混合。

土壤微生物研究原理与方法

土壤微生物研究原理与方法

土壤微生物研究原理与方法土壤微生物是指存在于土壤中的微小生物体,包括细菌、真菌、放线菌、古菌、原生生物等。

它们在土壤中扮演着重要的角色,参与有机物质的分解、养分循环以及土壤生物活性等过程。

因此,研究土壤微生物对于理解土壤生态系统的功能和稳定性具有重要意义。

本文将介绍土壤微生物研究的原理和方法。

1. 土壤微生物研究原理土壤微生物研究的原理主要包括以下几个方面:(1)微生物群落结构:土壤微生物群落结构是指土壤中微生物的种类组成和数量分布。

通过研究微生物群落结构,可以了解土壤微生物的多样性和功能多样性,揭示微生物之间的相互作用和对土壤环境的响应。

(2)微生物代谢活性:微生物在土壤中的代谢活性反映了其对有机质和养分的利用能力。

通过研究土壤微生物的代谢活性,可以评估土壤微生物的生物量和活性,从而了解土壤的新陈代谢情况。

(3)微生物的生态功能:微生物在土壤生态系统中具有多种生态功能,包括有机质的分解、养分的转化和循环、抗生素的合成等。

研究微生物的生态功能可以揭示微生物与土壤环境之间的相互作用和影响,为土壤养分管理和生态系统恢复提供理论支持。

2. 土壤微生物研究方法土壤微生物研究方法主要包括土壤微生物的提取和分离、微生物群落结构的分析、微生物代谢活性的测定以及微生物的生态功能评价等。

(1)土壤微生物的提取和分离:土壤中微生物的提取和分离是研究土壤微生物的第一步。

常用的方法包括土壤样品的稀释平板法、渗滤法、摇瓶培养法以及膜过滤法等。

对于某些特定微生物群落的研究,可以选择特定的培养基和培养条件,以分离出目标微生物。

(2)微生物群落结构的分析:微生物群落结构的分析常用的方法有生物多样性测定方法(如PCR-DGGE、PCR-TGGE、16S rRNA基因测序等)、荧光原位杂交(FISH)技术、下一代测序技术(NGS)等。

这些方法可以帮助我们了解土壤微生物的多样性、种类和数量分布。

(3)微生物代谢活性的测定:微生物代谢活性的测定常用的方法有农业基础磷酸酶活性测定法、氢氧化酶活性测定法、呼吸代谢测定法、膜透性测定法等。

农田土壤CO2排放及影响因子研究

农田土壤CO2排放及影响因子研究

因素与 C o 等 温 室气 体 的 释放 量 紧 密 相 关 ,将 其 作 为 跟
踪 和 预 测 土壤 Co, 排放量的指示物 , 对 于农 田 土壤 施 肥 、 监 测 农 田土 壤 温 室 气体 的排 放 都 具 有 十 分 重要 的 理 论 和
实 践 意 义
关键词 : 温 室 气体 ; 农 田 土壤 ; CO 排放 ; 影 响 因子
3农 田土壤 C O: 排放 影响 因子研 究进 展
土壤呼吸作为一个 复杂 的生物学过程 , 是土壤微生物等在不 微生物 的生长和繁殖 的影响而作用。在有机碳 的转化和分解过程 土壤微 生物 对其扮演着重要 的作用 , 而且影 响非 常复杂 。因 同环境 因子 的综合 作用下分解 土壤有机物质 和植 物根系 呼吸等 中 , 要 阐明施肥 对农 田土壤温 室气体减排 的机理 , 就要深入研 究 共同作用的结果。因此 , 凡能影 响土壤微生物活性和数量及根系 此 , o 排放与微生物 、 微生物群落结构变化等因素的联 系。 新陈代谢 的因子 , 例如环境条 件 、 植 被状况和气象 因子 ( 气温 、 地 c
1 / 4的排 放 量 。
响不大 , 而氮磷配施 , 尤其是高磷配施能显著增加土壤 呼吸量 。 化 肥施用对土壤 c o 排放的影响主要是通过促进作物生长 , 提高 了 还 田有机残茬量 , 从 而促进 了土壤 c o 的排放 。有机质是土壤 呼 吸的重要碳 源 , 土壤 呼吸即土壤 中有 机碳输 出的主要形式 , 因此 有机质投入对 C O 的排放影响很大 , 主要是通过影 响土壤碳 的转 换而影响土壤 c o : 的排放 。 3 . 4土壤 理 化 性 质 土壤有机碳 的稳定性主要与土壤理化性质有关 , 主要通过 对
Co 和 N o 被认 为是 最 重要 的 温 室 气体 。 温 室 气体 排 放

某采油区石油污染土壤微生物群落特征研究

某采油区石油污染土壤微生物群落特征研究
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Ab ta t src : 4 s i s mp e r o lc e r m i c n a n t d st n u r u d n i o s u y t e e n a n — o l a ls we e c l t d fo o l o t mi a e iea d s r o n i g st t t d h o t mia e e
smi r y o c o il o i l i n mir b a mmu i t u t r o i c n a n t d s i , at c n t s r c u ef ro l o t mi a e o l wh c c o e e d d t tb l ec r o y i y s ih mir b st n e ome a o i a b x l z c
75 . O× 1 p rg a 0 e r m. P to e m y r c r o a r a mp c n mir b a o e r lu h d o a b n h d g e t i a to c o i1c mm u i tu t r n u c in l i e — n t s r c u ea d f n t a v r y o d
环年 5月
某采油 区石油污染土壤微生物群落特征研究 *
马会 强 张洪林 李 爽 李 长波 刘 娜
(. 宁 石 油 化 工 大 学 环 境 与 生 物 工 程 学 院 , 宁 抚 顺 1 30 ; 1辽 辽 10 1
2 吉 林 大 学 环 境 与 资源 学 院 , 林 . 吉
p o a l u r b b e n mb r e ,Bi lg a d p i cp l o o e ta a y i r d p e n t v s i a i n o o n r i a mp n n n l s swe e a o t d i hei e t t .Th e u t h we h t n c n g o ers l s o d ta s

典型水稻土中固碳基因及功能微生物研究

典型水稻土中固碳基因及功能微生物研究
基于此,本研究利用酶活测定、实时定量 PCR(qPCR)、末端限制性长度 多态性分析(T-RFLP)、克隆和测序等多种生物学技术,收集我国南方五种典 型水稻土,对其中通过 Calvin 循环进行自养固碳的微生物进行了原位研究;其 次选取其中两种不同类型的水稻土进行室内模拟实验,采用根袋区分和收集根 际与非根际土壤,进行氮肥处理,并在不同的水稻生长期采样,重点考察根际 效应对微生物固碳过程的影响。结合土壤理化性质测定和统计分析,探究影响 微生物固碳过程的关键环境因子及其贡献。论文主要的研究内容与成果如下:
衷心感谢众多朋友的关心,在你们的帮助和陪伴下我度过了三年快乐而充 实的时光。最后要感谢我的家人在我求学过程中给予的无私奉献和始终如一的 鼓励!是你们叮嘱和支持让我不敢懈怠,能够始终积极面对人生。
最后感谢国家自然科学基金项目(No. 41090280,No. 41090282)对我硕士 论文工作的支持!
Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences
May, 2014
独创性声明
本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研 究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和 集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人
肖可青 2014 年 5 月
I
摘要
摘要
陆地生态系统是地球上仅次于海洋生态系统的第二大碳(C)库。农田土 壤是陆地生态系统的重要组成部分,由于人类活动的长期干扰(如耕作、施肥、 排水和灌溉等)使得该 C 库成为最活跃的一部分,而这一特征在水稻土中尤为 明显。微生物在 C 元素循环过程中扮演中极为重要的作用,它们有极高的丰度 和代谢多样性,几乎参与了 C 循环的所有环节。由微生物调控的土壤 C 循环过 程可以固定或释放温室效应气体 CO2,进而影响全球气候。研究微生物固定 CO2 的分子生态机理对于缓解全球气候变暖具有重要科学意义,同时也可以为农田 土壤肥力科学化管理提供技术支撑,为正确评估农田土壤固碳潜力及低碳农业 规划提供科学依据。

微生物对土壤固碳能力的影响研究

微生物对土壤固碳能力的影响研究

微生物对土壤固碳能力的影响研究近年来,随着全球气候变化问题的日益凸显,人们对于减少碳排放和固碳技术的研究越发重视。

而作为地球生态系统中重要的组成部分,土壤在固碳中扮演着至关重要的角色。

而微生物,作为土壤生态系统中功能多样且极为丰富的群体,对土壤固碳能力具有巨大的影响。

本文将探讨微生物对土壤固碳能力的影响,并讨论相关研究成果与前景。

一、微生物在土壤固碳循环中的作用微生物在土壤固碳过程中扮演着重要角色。

首先,微生物通过分解有机物质,将有机碳转化为无机碳,并释放 CO2 到大气中。

此外,微生物的呼吸过程也会产生 CO2。

这一过程被称为土壤呼吸,是土壤碳通量的重要组成部分。

另外,微生物还能够促进植物的生长,并通过植物残体的分解,将有机碳蓄积在土壤中,形成稳定的有机质。

此外,微生物还能够调节土壤的物理结构,增加土壤团聚体的形成,从而有助于碳的固定。

综上所述,微生物在土壤固碳循环中发挥着关键作用。

二、微生物多样性与土壤固碳能力微生物多样性对土壤固碳能力具有重要影响。

研究发现,微生物多样性越丰富,土壤固碳能力越高。

这是因为微生物的种类与功能是互相联系的,不同的微生物在固碳过程中发挥着独特的作用。

种类丰富的微生物群体能够更好地适应环境变化,并参与更多的固碳过程,从而提高土壤固碳能力。

此外,微生物多样性还能够增加土壤生态系统的稳定性,减少对外界环境变化的敏感性,从而维持土壤碳循环的稳定性。

三、微生物的生态功能与影响因素微生物的生态功能与土壤固碳能力密切相关。

首先,微生物的群体特征、生理状况和生物量等对其在土壤固碳过程中的作用起着重要的制约作用。

高生物量和活跃的微生物群体能够更好地参与有机碳的分解和转化,从而提高土壤固碳能力。

其次,土壤环境因子如温度、湿度、土壤质地等也对微生物的功能发挥产生重要影响。

不同的环境因子会改变微生物的生理代谢状况,进而影响土壤固碳能力。

此外,农业管理措施、土壤质量、植被类型等也会对微生物的生态功能产生影响。

碳氮比对土壤微生物群落结构的影响研究

碳氮比对土壤微生物群落结构的影响研究

碳氮比对土壤微生物群落结构的影响研究土壤微生物群落是土壤的重要组成部分,它们对于土壤生态系统的稳定性和功能性起着重要的作用。

而影响微生物群落结构的因素非常多,其中碳氮比是一个比较重要的指标。

本文将探讨碳氮比对土壤微生物群落结构的影响,并总结出相关的研究成果。

一、碳氮比的定义及影响因素碳氮比是指土壤中碳元素和氮元素的相对含量比值。

碳氮比较高的土壤意味着碳元素较多,氮元素较少,反之则相反。

碳氮比的高低直接影响到土壤中微生物的生存繁殖和代谢活动。

由于微生物的能量来源主要来自有机物,因此碳氮比对微生物种群数量和结构的影响可谓是关键性的因素。

除了碳氮比本身的因素以外,影响其变化的因素还有很多。

土壤类型、气候和土地利用方式等都可以直接或间接地影响碳氮比。

在实际应用中,了解这些影响因素的作用是非常必要的,这会有助于我们更好地理解碳氮比对微生物群落结构的影响。

二、碳氮比与微生物数量及种类的关系研究发现,碳氮比对土壤中的微生物数量和种群结构有显著的影响。

一般情况下,碳氮比高的土壤会导致微生物数量的减少,而碳氮比低的土壤则可以增加微生物数量。

这是因为高碳低氮的土壤中有机物的降解过程需要更多的氮元素,但由于氮元素较少,这一过程会受到限制。

相比较而言,碳氮比较低的土壤中,氮元素较多,可以更好地支持微生物的生长和增殖。

此外,碳氮比还可以影响微生物种群结构的组成。

研究表明,高碳低氮的土壤中,革兰氏阴性菌数量占主导地位,而且这些细菌会利用土壤中的有机物和氮化合物进行代谢。

相比较而言,碳氮比较低的土壤中会出现更多种类的微生物,包括革兰氏阳性菌、放线菌和真菌等。

三、碳氮比与微生物代谢活动的关系碳氮比还可以影响微生物的代谢活动。

一些研究表明,高碳低氮的土壤可以促进微生物的短期生长,但会导致微生物代谢水平的降低。

这是因为高碳低氮的土壤中,缺少氮元素给微生物提供能源,在代谢水平上会出现局限。

相比较而言,碳氮比低的土壤中,微生物代谢水平和活动性会更加高效。

土壤微生物群落结构与全球碳循环之间关联分析

土壤微生物群落结构与全球碳循环之间关联分析

土壤微生物群落结构与全球碳循环之间关联分析土壤是地球上最重要的碳库之一,承载着全球碳循环过程的关键。

土壤微生物群落结构是土壤碳循环的重要驱动因素之一。

本文将从土壤微生物群落结构和全球碳循环的角度,探讨它们之间的关联。

土壤微生物群落结构是指土壤中微生物的多样性、种类组成和丰度分布等特征。

土壤微生物群落包括细菌、真菌和古菌等微生物。

它们具有重要的功能,参与土壤有机质分解、养分循环和土壤呼吸等过程。

微生物通过嗜热或厌氧的代谢活动,将有机碳转化为二氧化碳、甲烷和其他气体,从而影响全球碳循环。

首先,土壤微生物群落结构对土壤有机碳储存和分解起着重要的作用。

土壤微生物通过分解有机质,将有机碳转化为溶解态和悬浮态有机碳,进一步影响土壤碳储存和透水性。

不同的微生物具有不同的功能,细菌更适应分解易降解的有机物,而真菌则更适应分解难降解的有机物。

因此,土壤微生物的组成和多样性会影响土壤有机质的分解速率和分解产物的类型,进而影响全球碳循环。

其次,土壤微生物群落结构对土壤呼吸和全球碳循环也具有重要作用。

土壤呼吸是指土壤中微生物和植物根系通过呼吸作用释放的二氧化碳。

研究表明,土壤微生物群落的丰度和多样性与土壤呼吸速率密切相关。

较高的微生物丰度和多样性通常意味着更高的土壤呼吸速率和碳排放量。

此外,微生物的活动也受到土壤温度和湿度等环境因素的影响。

随着全球气候变暖,土壤微生物群落结构可能发生变化,进而影响土壤呼吸和全球碳循环。

同时,土壤微生物群落结构对全球氮循环和磷循环也有影响,进而间接影响碳循环。

土壤中的氮和磷是微生物生长和代谢所必需的营养元素。

研究发现,氮和磷的利用效率不同的微生物群落具有不同的氮磷比。

这些差异导致微生物在不同的环境条件下对氮和磷的吸收和释放速率不同,进而影响土壤有机碳的分解和氮磷循环的速率。

因此,土壤微生物群落结构与全球氮磷循环的关系密切,进而影响全球碳循环。

另外,人类活动对土壤微生物群落结构的改变也会影响全球碳循环。

草地土壤微生物残体碳与微生物生物量的关系及调控因素

草地土壤微生物残体碳与微生物生物量的关系及调控因素

草地土壤微生物残体碳与微生物生物量的关系及调控因素草地土壤微生物残体碳与微生物生物量之间的关系及其调控因素是土壤生态系统研究中的重要课题之一。

这两者之间的关系对土壤有机碳的循环和生态系统的碳循环具有重要的影响。

草地土壤微生物残体碳指的是土壤中微生物死亡后残留下来的有机物质。

这些微生物残体具有较高的碳含量,对土壤有机碳的质量和数量具有重要影响。

而微生物生物量是指土壤中微生物的总生物量,它是研究土壤微生物群落特征和生物活性的重要指标。

微生物生物量的变化可以反映土壤生态系统的活动状况和健康程度。

研究表明,草地土壤微生物残体碳与微生物生物量之间存在着密切的关系。

一方面,微生物残体碳是微生物生物量的一个重要来源。

微生物在代谢过程中会死亡,死亡的微生物体会在土壤中残留下来,从而增加土壤中的微生物残体碳。

因此,微生物残体碳的含量与微生物生物量之间存在着正相关关系。

另一方面,微生物生物量的增加也会促进微生物残体碳的积累。

微生物生物量是土壤微生物活动的一种表征,它与土壤中的有机质分解速率和微生物食物链的发展密切相关。

当土壤中的有机质供应充足时,微生物可以快速繁殖,导致微生物生物量的增加。

随着微生物生物量的增加,微生物死亡的速率也会增加,从而促进了微生物残体碳的积累。

除了这种直接的关系之外,草地土壤微生物残体碳与微生物生物量之间的关系还受到一些调控因素的影响。

其中,土壤碳氮比、土壤水分、土壤温度、土壤pH值等因素对这两者之间的关系具有重要的调控作用。

首先,土壤碳氮比是调控草地土壤微生物残体碳与微生物生物量之间关系的重要因素之一。

碳氮比是指土壤中碳和氮的含量比值。

研究发现,土壤碳氮比对微生物的营养供应和生物量的积累有重要影响。

当碳氮比较低时,土壤中氮元素供应相对较多,微生物的生长和繁殖受到限制,导致微生物生物量的降低,从而减少了微生物残体碳的积累。

相反,当碳氮比较高时,土壤中碳元素供应相对较多,微生物的生长和繁殖受到促进,导致微生物生物量的增加,从而增加了微生物残体碳的积累。

微生物对土壤碳循环和温室气体排放的影响研究

微生物对土壤碳循环和温室气体排放的影响研究

微生物对土壤碳循环和温室气体排放的影响研究碳循环是指地球上碳元素在大气、水体和陆地之间的不断转移和交换过程。

它对维持地球生态系统的平衡和稳定起着至关重要的作用。

而温室气体排放则是指人类活动导致的二氧化碳、甲烷、氧化亚氮等气体的释放,进而导致全球气候变化。

微生物作为土壤中极为重要的组成部分,对土壤碳循环和温室气体排放具有重要的影响。

本文将重点探讨微生物对土壤碳循环和温室气体排放的影响,并分析其研究意义和前景。

一、微生物促进土壤碳循环微生物通过多种途径促进土壤碳循环,主要包括有机质分解、土壤有机碳的形成与稳定、土壤酶活性的调节等。

1. 有机质分解土壤中的微生物通过分解有机废弃物和植物残体,将有机质转化为可被植物直接吸收的无机养分。

这一过程被称为有机质分解,是土壤碳循环的重要环节。

微生物通过分泌酶类降解有机物,释放出二氧化碳和水,从而促进碳与氧的循环。

此外,微生物还能分解有机物中的氮、磷等元素,提供给植物吸收利用,促进植物生长,进而影响土壤碳循环。

2. 土壤有机碳的形成与稳定土壤微生物通过吸收、固定和贮存碳元素,直接参与有机碳的形成与稳定。

当植物通过光合作用吸收二氧化碳时,一部分碳被转化为有机物质,并经过植物根系释放到土壤中。

微生物会将这些有机物质分解并转化为自己的生物质,并进一步形成稳定的土壤有机碳。

这种过程被称为土壤碳固定,对于促进土壤碳循环起到重要作用。

3. 土壤酶活性的调节微生物在土壤中产生多种酶类,通过对有机物质的降解和转化,调节土壤中的酶活性。

酶类对土壤中碳的降解和转化起到催化作用,能够加速有机物质的分解速率,影响土壤碳的流动和循环过程。

微生物的酶活性还受到环境因素的影响,如土壤温度、湿度、氧气含量等。

因此,微生物通过调节土壤酶活性,对土壤碳循环起到重要影响。

二、微生物对温室气体排放的影响微生物通过多种方式影响土壤中温室气体的排放,主要包括甲烷的产生与消耗、氧化亚氮的生成与损失等。

1. 甲烷的产生与消耗甲烷是一种重要的温室气体,其在土壤中的排放与微生物活动密切相关。

土壤微生物碳代谢

土壤微生物碳代谢

土壤微生物碳代谢土壤微生物是土壤中一类极其重要的生物群体,它们在土壤生态系统中发挥着重要的功能和作用。

其中,碳代谢是土壤微生物最为关键的生理过程之一。

土壤微生物碳代谢是指微生物利用土壤中的有机碳作为能源和碳源,通过碳代谢途径将有机碳分解为无机碳并释放到土壤中,完成碳的循环和转化过程。

土壤微生物碳代谢主要包括有机物的降解、吸收、利用和释放等过程。

首先,土壤微生物通过降解有机物将复杂的有机碳分解成简单的有机碳物质。

这个过程主要依靠微生物的代谢酶作用,如酸性脱氢酶、过氧化酶、脱氧核糖核酸酶等。

这些酶能将有机物降解为小分子物质,有机碳的分解率和速度取决于土壤微生物种类的多样性和数量的多寡。

其次,土壤微生物吸收并利用碳源。

土壤中的微生物通过胞外酶和细胞内酶将降解出的有机碳物质吸附、吸收并转化为其生长和代谢所需的能量。

其中,主要的代谢途径包括聚糖酶、脱氢酶、羧化酶等。

最后,土壤微生物通过代谢将有机碳物质释放到土壤环境中。

这个过程主要体现在土壤微生物的呼吸作用中,通过分解吸收的有机碳物质,微生物将其迅速代谢为二氧化碳、甲烷和氮气等无机碳形式,并释放到土壤中。

这一过程被称为土壤微生物的有机碳矿化过程。

土壤微生物碳代谢对土壤生态系统的功能和稳定性具有重要的影响。

首先,它能够改善土壤结构,促进土壤团聚体形成和稳定,并增加土壤孔隙度。

其次,通过有机碳的降解和释放,土壤微生物碳代谢能够提供土壤微生物的能量来源,维持微生物生长繁殖,促进土壤生物多样性和生态系统的健康。

此外,土壤微生物碳代谢还能够影响土壤氮循环、磷循环和硫循环等其他重要的生物地球化学过程。

总之,土壤微生物碳代谢作为土壤生态系统中重要的生理过程,对土壤碳循环和生态系统功能具有重要作用。

了解土壤微生物碳代谢的机理和调控因素,对于指导和优化土壤管理和保护具有重要意义。

因此,未来的研究应该进一步探索土壤微生物的碳代谢机制,加强对土壤微生物多样性和数量的监测和评估,以及探索有效的土壤改良和管理策略,以提高土壤碳汇效应和促进可持续农业和生态系统的发展。

生物与土壤碳循环的关系研究

生物与土壤碳循环的关系研究

生物与土壤碳循环的关系研究碳循环在地球上扮演着重要的角色,其对地球气候变化和人类社会生态环境具有重要的影响。

生物和土壤是自然界中碳循环的主要组成部分,它们之间的关系对于人类理解碳循环过程、掌握全球气候的变化规律至关重要。

因此,研究生物与土壤碳循环的关系是当今生态学、资源科学以及环境保护等相关领域中的热门的研究方向。

土壤碳的来源及循环土壤中的碳分为四种形态:有机碳、无机碳、生物碳、易氧化碳。

其中,有机碳是土壤中最高含量的一种碳,它的来源主要是植物残体、农业废弃物以及人工施肥等。

在土壤中,有机碳的分解主要由微生物完成。

微生物分解有机碳的过程叫做土壤生物降解作用,它是影响土壤碳循环过程的重要因素之一。

同时,微生物降解也是土壤有机肥料变成养分的重要过程之一。

除了有机碳之外,土壤中还有大量的无机碳,其中主要为碳酸盐和碳酸根离子。

这些无机成分的主要来源是大气降水、土壤风化以及根系呼吸等。

由于微生物的活动和人类的干预,无机碳的含量也受到了不同程度的影响。

生物与土壤碳循环的关系植物是地球上固定碳的主力军,它在进行光合作用的时候,可以固定大量的二氧化碳,将其转化为植物体内的有机物。

同时,植物残体的分解也是土壤有机碳的来源之一。

人类的一些生产活动,如植树造林、环境保护等,对于促进植物的生长和减少碳排放具有重要作用。

微生物是土壤碳循环过程中扮演着关键角色的生物。

它们通过分解有机物,将碳释放出来,使其为植物所吸收。

而在腐殖质的形成过程中,微生物又被动参与到其中。

因此,微生物对于土壤有机碳的数量、构成和特性的变化有着重要的影响。

除此之外,土壤生物多样性也对碳循环过程产生着重大的影响。

生物多样性的降低会影响土壤的生态系统稳定性,从而影响土壤的碳循环过程。

因此,保护生物多样性也是保障生态系统平衡,促进土壤碳循环的重要手段之一。

研究生物与土壤碳循环的关系生物与土壤碳循环的关系非常复杂,涉及到土壤中的生物多样性、生物的功能、有机物的质量和数量等多个方面。

土壤微生物碳素利用效率研究进展

土壤微生物碳素利用效率研究进展

土壤微生物碳素利用效率研究进展摘要:微生物多少种多样,土壤微生物碳素利用效率(CUE)是指微生物将吸收的碳(C)转化为自身生物量C的效率,也称为微生物的生长效率。

土壤微生物CUE是生态系统C循环中的重要生理生态学参数,影响着生态系统的C固持、周转、土壤矿化以及温室气体排放等过程。

在全球环境变化背景下,认识土壤微生物CUE 的变异及其影响机制,对于更好的认识生态系统C循环过程及其对全球变化的响应具有重要意义。

概述了CUE的定义及其测定方法,重点综述和分析土壤微生物CUE的变异及影响因素取得的研究进展。

基于现有研究的分析得出,土壤微生物CUE通常表示为微生物的生长与吸收的比值,分为基于微生物生长速率、微生物生物量、底物吸收速率和底物浓度变化等方法进行测定。

土壤微生物CUE在0. 2-0. 8的范围内变化,这种变异主要受到来自热力学、生态环境因子、底物养分质量和有效性、化学计量平衡以及微生物群落组成的影响。

今后土壤微生物CUE的研究应加强对微量代谢组分的定量分析,生物和环境要素交互影响的调控机理解析,以及微生物动态生理响应过程的碳循环模型优化。

关键词:碳素利用效率;土壤微生物;变异引言土壤是地球的皮肤,是陆地表面能够生长植物的疏松层。

土壤学是科学研究领域的最后前沿之一,土壤生物学是土壤学研究领域的前沿。

土壤是地球上生物多样性的最大储库,微生物是土壤生物多样性体现的主要表现形式。

依据土壤的定义,其本质属性是能为植物提供养分,即植物营养功能,土壤微生物在土壤为植物提供养分过程中起着关键作用。

据粗略估计,在养分贫瘠的自然土壤上,至少2万个植物种类的生存离不开土壤微生物,约72%植物离不开菌根真菌,约25% 植物离不开固氮菌。

土壤微生物是陆地生态系统植物多样性和生产力的重要驱动者,地上部植物生长和地下微生物之间有着密切联系。

可以想象,假如没有土壤微生物,很多自然土壤可能会是“不毛之地〃。

1土壤微生物多样性微生物的多样性,可以从其特征上进行划分,主要有分为四种,分别是功能,结构,遗传以及物种多样性四个方面进行分析。

『锐帮读』利用分离菌胞外代谢组学方法,探究土壤中微生物与代谢物的关系

『锐帮读』利用分离菌胞外代谢组学方法,探究土壤中微生物与代谢物的关系

『锐帮读』利⽤分离菌胞外代谢组学⽅法,探究⼟壤中微⽣物与代谢物的关系导读⼟壤有机质(SOM)含量和⽔分长期以来被认为是控制⼟壤微⽣物群落结构和碳循环的重要因素。

在多种⼟壤⽣态系统中,微⽣物群落多样性和丰富度都与⼟壤有机质含量呈正相关关系,⽽⼟壤的含⽔量同样也影响微⽣物的丰度变化。

⽬前⼲旱地区占地球陆地⾯积的40%以上,这会导致SOM和微⽣物多样性减少,从⽽降低⽣态系统的⽣产⼒。

所以⼟壤中⽔分、有机质和⽣物群落结构之间的强耦合作⽤对⼲旱⼟地表层的⼟壤微⽣物群落结构尤为重要,⽽这种微⽣物群落被称为⽣物⼟壤结⽪(biocrusts),覆盖了⼤部分⼲旱地区,在养分循环中起着⾄关重要的作⽤。

但是⼟壤SOM组成与微⽣物群落结构之间的联系机制尚不清楚,⽽⽬前认为⼟壤微⽣物所循环的有机质是⼀种复杂的微⽣物代谢混合物,可以⽤⼟壤代谢组学对其进⾏详细的表征。

这些胞外代谢产物的组成对群落结构有强烈的影响,反过来这些微⽣物⼜影响代谢产物组成。

所以本⽂中利⽤LC/MS技术对⼟壤⽔分的动态代谢物组成进⾏了研究,并采⽤宏基因组测序技术对优势菌群的单拷贝基因标记物进⾏了测定,来研究⽣物结⽪样本中⼟壤微⽣物与代谢物之间的相互关系。

⽂献ID题⽬:Linking soil biology and chemistry in biological soil crust using isolate exometabolomics译名:利⽤分离菌胞外代谢组学⽅法,探究⼟壤中微⽣物与代谢物的关系期刊:Nature Communications IF:11.878发表时间:2018通许作者:Trent R. Northen发表单位:发表环境基因组学和系统⽣物学,劳伦斯伯克利国家实验室(美国)材料与⽅法实验设计图1 ⽣物结⽪发展的四个阶段图2 ⽣物宏基因组学和代谢组学实验的建⽴和分析实验组:4个⽣物结⽪演替阶段(A-D,如图1),5个润湿时间,每组5个重复,n=100。

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摘 要 :基于 对 我 国主 要 油 田区的 土壤 理化 性质 等场 地信 息调 查, 用 Boo 和 统计 学方 法 分析理 化 因子 与土 壤微 生物 群落 碳代 谢特 性 的 应 il g
关 系, 示 了不 同区域 油 田土壤 理 化因 子对 微生 物群 落代 谢 的综合 影 响作用 . 表 明: 田区 土壤 理化特 性 呈现 地理 性分 布特 性; 氮 、总 揭 结果 油 总 磷 、速 效磷 、有 效态 铜 、锌等 环 境 因子与 微生 物群 落 的多样 性 正相关 ; 盐 含量 、p 值 、总氮 、总有机 碳 等对 样 点闻微 生物 群落 碳代 可溶 H 谢 的差 异性 贡献 最 大. 各油 田碳 代谢 影 响因 子 比较表 明, 同 区域 的油 田区 土壤 中影 响微 生物 群落 代 谢特 性 的主要 因 子各 不相 同, 对 不 同一理 化 因 子在 不 同油 田区 对微 生物 群 落碳 代 谢 的影 响程 度不 同 . 种 代谢 特性 与 理化 因 子关 系 的区域 性 差 异可 能 是土 壤物 化性 质 地理 性分 布 这 以及 微 生物 群落 结构 区域 性差 异共 同作 用 的结果 . 关键 词 :油 田土 壤 ;理化 性质 ;Boo E opa ;碳 代谢 ;统 计学 关系 ilg e—le t
s i mir ba o ol co il mm u i . ers l e e ldte c mpe f cso e c e c lpo et so i f lso co il c nt Th e ut rv ae h o lx ef t fg o h mia r p ri f l ed nmirba y s e e o i c mmu i nt edfee tg o rp i e in .T e s i p y io h mia rp rish d g o rp i itiu in o a o nt i h i rn e ga hcrgo s h o l h sc c e c l o et a e ga hcdsrb t .T tl y p e o nto e dp o p ou ,a albento e , v i bec p e d zn h we o iv or l in wi h ie s f i g n a h s h rs v i l i g n a al l o p ra ics o dp st ec rea o t tedv ri o r n a r a n i t h y t mir ba o mu i . ou l at p ttlnt g n a dttl ra i ab nweeteman fco sta n u n e e co il m c nt S lbes l H,o i o e , oa g cc o r i at r t if e c dt y , a r n o n r h h l h


P l t nC nrlDeat n f n i n etl c nea dE gn e n , s g u nvri , e ig10 8 , hn ) ol i ot , pr t vrm n i c n n ier g T i h aU iesy B in 0 0 4 C ia. uo o me o E o 1 ,01) 6 9 14 0 03 (2 :13 - 6 4
C ia E vrn na cec hn n i metl o S i e n
油 田土壤微生物群 落碳代谢 与理 化 因子关系研究
张 宇 宁 , 玉 婷 , 梁 李广 贺 (. 1 清华大学环境科学与工程系, 环境模拟与污染控制 国家重点联合实验室, 北京
中 图分 类号 :X1 2 7 文 献标 识码 :A 文章 编号 : 1 0 — 9 3 2 1 )2 1 3 — 6 0 0 6 2 (0 0 1 — 6 9 0
S udison r l to hi t e n c r t e ea i ns p be w e a bon m e aboi m fs i ir t ls o olm c obi o m un t alc m iy and s lph i oc m i a ac or . oi ysc he c lf t s ZHA N G Yu— n LI nig1 ANG u t g L a gh 1 t e Ke on b rtr o n i n n lS mua o n Y -i ‘ I Gu n —e ’ . a y J itLa o a y fr E vr me t i lt n a d n (S t o o a i
C iaE vrn e tl cec , 0 0 01) 13  ̄ 6 4 hn ni m na ine 2 1, (2: 6 9 14 o S 3
Ab t a t Ba e n t e iv si a i n o e c e c lc a a t rsis o i i fed n Ch n ,Bi l g a d s t t a sr c : s d o h n e tg t fg o h mia h r ce it fman o li l s i i a o c oo t i i l n a sc a p o c e r mp o e o a a y e t e r l in h p b t e o lp r i o h mia a t r n a b n me b l m f p r a h swe e e l y d t l s h ea o s i ewe n s i h r c c e c lf c o s a d c r o t o i n t s a s o
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