In the present study, long-term heavy metals (HMs) contaminated soil samples from a well-known Pb/Zn smelting area in the southwest of China were collected, and physicochemical and biological characteristics of these samples were evaluated. Soil samples contained different concentrations of HMs, namely Pb, Zn, Cu, and Cd. Enzyme activity analyses combined with microcalorimetric analysis were used for soil microbial activity evaluation. Results showed that two soil samples, containing almost the highest concentrations of HMs, also shared the greatest microbial activities. Based on correlation coefficient analysis, high microbial activity in heavily HMs contaminated soil might be due to the high contents of soil organic matter and available phosphorus in these samples. High-throughput sequencing technique was used for microbial community structure analysis. High abundance of genera Sphingomonas and Thiobacillus were also observed in these two heavily contaminated soils, suggesting that bacteria belonging to these two genera might be further isolated from these contaminated soils and applied for future studies of HMs remediation. Results of present study would contribute to the evaluation of microbial communities and isolation of microbial resources to remediate HMs pollution.
We assayed the effects of simulated acid rain on the mass loss, $CO_2$ evolution, dehydrogenase activity, and microbial biomass-C of decomposing Sorbus alnifolia leaf litter at the microcosm. The dilute sulfuric acid solution composed the simulated acid rain, and the microcosm decomposition experiment was performed at 23$^{\circ}C$ and 40% humidity. During the early decomposition stage, decomposition rate of S. alnifolia leaf litter, and microbial biomass, $CO_2$ evolution and dehydrogenase activity were inhibited at a lower pH; however, during the late decomposition stage, these characteristics were not affected by pH level. The fungal component of the microbial community was conspicuous at lower pH levels and at the late decomposition stage. Conversely, the bacterial community was most evident during the initial decomposition phase and was especially dominant at higher pH levels. These changes in microbial community structure resulting from changes in microcosm acidity suggest that pH is an important aspect in the maintenance of the decomposition process. Litter decomposition exhibited a positive, linear relationship with both microbial respiration and microbial biomass. Fungal biomass exhibited a significant, positive relationship with $CO_2$ evolution from the decaying litter. Acid rain had a significant effect on microbial biomass and microbial community structure according to acid tolerance of each microbial species. Fungal biomass and decomposition activities were not only more important at a low pH than at a high pH but also fungal activity, such as $CO_2$ evolution, was closely related with litter decomposition rate.
Ji Seul Kim;Gyo-Cheol Jeong;Myoung Hyeon Cho;Eun Young Lee
Journal of Soil and Groundwater Environment
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v.28
no.5
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pp.68-77
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2023
The effect of soil damage on the physicochemical characteristics and activity of the soil microbial community is not well known. This study investigates this relationship by analyzing 11 soil samples collected from various points of soil damage across Gyeonggi-do. Soil damage resulted from forest fires, landslides, and development areas, with their impacts most severe on the topsoil layer (0-30 cm). Dehydrogenase and β-glucosidase activities were notably higher at locations damaged by forest fires compared to other sites. While enzyme activities in soils influenced by landslides and development areas were relatively low, sites with a pollution history exhibited elevated dehydrogenase activity, likely due to past microbial response to the pollution. Additionally, an assessment of carbon substrate usability by soil microorganisms indicated higher substrate availability in areas impacted by forest fires, contrasting with lower availability in landslide and development sites. Statistical analysis revealed a positive correlation between organic content of sand and clay and microbial activity. These findings provide valuable insights into soil damage and associated restoration research, as well as management strategies.
Allyl isothiocyanate (AITC), as a fumigant, plays an important role in soil control of nematodes, soil-borne pathogens, and weeds, but its effects on soil microorganisms are unclear. In this study, the effects of AITC on microbial diversity and community composition of Capsicum annuum L. soil were investigated through Illumina high-throughput sequencing. The results showed that microbial diversity and community structure were significantly influenced by AITC. AITC reduced the diversity of soil bacteria, stimulated the diversity of the soil fungal community, and significantly changed the structure of fungal community. AITC decreased the relative abundance of dominant bacteria Planctomycetes, Acinetobacter, Pseudodeganella, and RB41, but increased that of Lysobacter, Sphingomonas, Pseudomonas, Luteimonas, Pseudoxanthomonas, and Bacillus at the genera level, while for fungi, Trichoderma, Neurospora, and Lasiodiplodia decreased significantly and Aspergillus, Cladosporium, Fusarium, Penicillium, and Saccharomyces were higher than the control. The correlation analysis suggested cellulase had a significant correlation with fungal operational taxonomic units and there was a significant correlation between cellulase and fungal diversity, while catalase, cellulose, sucrase, and urease were the major contributors in the shift of the community structure. Our results will provide useful information for the use of AITC in the assessment of environmental and ecological security.
This study was conducted to restore our traditional Cheongtaejeon tea and to develop the special products. We inoculated Cheongtaejeon tea with lactobacilli (Lactobacillus plantarum CHO 25) and the mixed microbial strains (L. plantarum CHO 25 + Saccharomyces cerevisiae + Bacillus amyloliquefaciens CHO 104). We also examined the sensuous characteristics and physiological activity of Cheongtaejeon tea which was produced by the inoculation of microbial strains. The external appearance of Cheongtaejeon teas were not significant among the teas which were produced with or without the inoculation of L. plantarum CHO 25 and the mixed microbial strains. The taste of the tea increased most in Cheongtaejeon tea which was produced without the inoculation of microbial strains. The taste and liking of Cheongtaejeon tea which was inoculated with Aspergillus oryzae and Aspergillus niger decreased significantly, and it was not suitable to drink. Total phenolics compound contents, total flavonoid contents and DPPH ($\alpha,\alpha$-diphenyl-$\beta$-picryl-hydrazyl) radical scavenging activity of Cheongtaejeon tea extracts increased much more in the order of that produced with the inoculation of L. plantarum CHO 25, control and that with the mixed microbial strains. However, nitrite radical scavenging activity in 1,000 mg/L Cheongtaejeon tea hot water extracts were in the order of the control (94.4%), the inoculation of L. plantarum CHO 25 (93.6%) and the mixed microbial strains (91.1%). Overall results indicated that the sensuous characteristics increased most in Cheongtaejeon tea which was produced without the inoculation of microbial strains, and those physiological activities in tea with the inoculation of L. plantarum CHO 25.
The effects of diesel oil on the microbial community in sandy loam soil were investigated, and the effects of bioremediation which was performed to enhance the removal of diesel oil from soil were also measured. The residual percentage of diesel oil was about 50% after 16 week incubation period. The bioremediation treatment increased the removal rate at 60~95%. When the soil was contaminated with diesel oil, the direct bacterial count, length of fungal hyphae, aerobic heterotroph and hydrocarbon degrader were increased by 2~3 orders of magnitude. The bioremediation further increased these numbers 10 to 100-fold. There were no difinite patterns of change in fluorescein diacetate hydrolysis activity in bioremediation-untreated soil, but about 10 times of increase of activity was observed in bioremediation-treated soil. Similar change was occurred in soil dehydrogenase activity.
Toxic effect of methyl tert-butyl ether (MTBE), tert-butyl alcohol (TBA) and formaldehyde (FA) on microbial activity and diversity was compared in rice field, leek patch, and tidal mud flat soil samples. MTBE, TBA and FA with different concentrations were added into microcosms containing these soil samples, and placed at room temperature for 30 days. Then the microbial activities such as dehydrogenase and viable cell numbers and microbial community using a DGGE (Denaturing gradient gel electrophoresis) fingerprinting method were measured. Among the samples, dehydrogenase activity in rice field was inhibited the most by MTBE, TBA and FA. The toxic effect was higher according to the following orders: FA > MTBE > TBA. Dominant species in the microcosms contaminated with MTBE, TBA and FA were Chloroflex, Bacilli, gamma-proteobacteria in the rice field sample, Sphingobacteria, Flavobacteria, Actinobacteria, Bacilli, gamma-proteobacteria in the leek patch sample, and Sphingobacteria, Flavobacteria, delta-proteobacteria, gamma-proteobacteria in the tidal mud flat sample.
Kim, Ok-Sun;Kim, Hye Min;Lee, Hong Kum;Lee, Yoo Kyung
Journal of Climate Change Research
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v.5
no.3
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pp.249-256
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2014
Permafrost is frozen soil below $0^{\circ}C$ for two or more years. Surface of permafrost is called as active layer that seasonally thaws during the summer. Although the thawing of permafrost may deepen the active layer and consequently increase the microbial activity, the microbial community structure in this habitat has not yet been well described. In this study, we presented bacterial and archaeal diversity in the active layer soil from Resolute, Canada using pyrosequencing analysis. The soil sample was collected from the surface of the marsh covered with moss and Carex. A total of 7,796 bacterial reads for 40 phyla and 245 archaeal reads for 4 phyla were collected, reflecting the high diversity of bacteria. Predominant bacterial groups were Proteobacteria (37.7%) and Bacteroidetes (30.0%) in this study. Major groups in Archaea were Euryarchaeota (51.4%) and Thaumarchaeota (46.1%). Both methane producing archaea and consuming bacteria were detected in this study. Although it might be difficult to characterize microbial community with only one sample, it could be used for the basis of assessing the relative importance of the specific groups with a high resolution on the bacterial and archaeal community in this habitat.
Park, Mi-Na;Go, Gang-Seuk;Kim, Chang-Hwan;Bae, Hui-Su;Sa, Tongmin;Choi, Joon-Ho
Korean Journal of Soil Science and Fertilizer
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v.48
no.4
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pp.262-270
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2015
The scientific information between microbial community and chemical properties of reclaimed tidal soil is not enough to understand the land reclamation process. This study was conducted to investigate the relation between chemical properties and microbial activities of soils from reclaimed tidal lands located at south-western coastal area (42 samples from Goheuong, Samsan, Bojun, Kunnae, Hwaong and Yeongsangang sites). Most of the reclaimed soils showed chemical characteristics as salinity soil based on EC. Only $Na^+$ in exchangeable cation was dependent on EC of reclaimed soil, whereas other cations such as $K^+$, $Ca^{2+}$, and $Mg^{2+}$ were independent on EC. The mesophilic bacteria decreased with an increase in EC of soil. Microbial population increased with soil organic content in the range of $0{\sim}10g\;kg^{-1}$ and dehydrogenase activity less than $100{\mu}g-TPF\;g^{-1}h^{-1}$. Microbial population of soils from reclaimed tidal lands was closely related to the microbial community containing hydrolytic enzyme activities of cellulase, amylase, protease, and lipase.
Continuous cropping obstacles have become a serious factor restricting sustainable development in modern agriculture, while companion planting is one of the most common and effective methods for solving this problem. Here, we monitored the effects of companion planting on soil fertility and the microbial community distribution pattern in pepper monoculture and companion plantings. Soil microbial communities were analyzed using high-throughput sequencing technology. Companion plants included garlic (T1), oat (T2), cabbage (T3), celery (T4), and white clover (T5). The results showed that compared with the monoculture system, companion planting significantly increased the activities of soil urease (except for T5) and sucrase, but decreased catalase activity. In addition, T2 significantly improved microbial diversity (Shannon index) while T1 resulted in a decrease of bacterial OTUs and an increase of fungal OTUs. Companion planting also significantly changed soil microbial community structures and compositions. Correlation analysis showed that soil enzyme activities were closely correlated with bacterial and fungal community structures. Moreover, the companion system weakened the complexity of microbial networks. These findings indicated that companion plants can provide nutrition to microbes and weaken the competition among them, which offers a theoretical basis and data for further research into methods for reducing continuous cropping obstacles in agriculture.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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