水旱輪作稻田土壤厭氧氨氧化及其影響因素的研究.pdf

1、目前，厭氧氨氧化(Anammox)過(guò)程作為公認(rèn)的脫氮途徑，廣泛存在缺氧的自然環(huán)境中，但它在稻田土壤氮素循環(huán)的作用和地位仍缺乏深入了解。本項(xiàng)研究在借鑒國(guó)內(nèi)外在陸地生態(tài)系統(tǒng)中Anammox活性等方面的研究成果的基礎(chǔ)上，以水旱輪作稻田土壤Anammox過(guò)程為主線，聯(lián)合室內(nèi)培養(yǎng)和長(zhǎng)期定位肥料試驗(yàn)基礎(chǔ)，運(yùn)用15N同位素示蹤技術(shù)、熒光定量PCR、DNA-SIP、克隆文庫(kù)和高通量測(cè)序等先進(jìn)技術(shù)，探究水旱輪作體系土壤Anammox對(duì)氮?dú)猱a(chǎn)生的貢獻(xiàn)、An

2、ammox微生物豐度和群落結(jié)構(gòu)及其影響因素等。主要研究結(jié)果如下:
　　1)結(jié)果表明:無(wú)論是小麥季還是水稻季均檢測(cè)到了Anammox活性，而且種植季節(jié)之間存在顯著差異，其中水稻季Anammox速率為0.96 nmol N2·g-1·h-1，小麥季為0.46 nmol N2·g-1·h-1，不同施肥處理之間差異不顯著。從全年來(lái)看，水旱輪作過(guò)程中土壤中通過(guò)Anammox反應(yīng)流失的氮含量占總氮?dú)馍闪康?.15％-9.62％。進(jìn)一步對(duì)An

3、ammox細(xì)菌豐度進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)水稻和小麥季均測(cè)檢到了高豐度的Anammox細(xì)菌，長(zhǎng)期不同施肥處理?xiàng)l件下Anammox細(xì)菌的豐度表現(xiàn)為:豬糞堆肥配施化學(xué)肥料(PMCF)＞秸稈還田配施化學(xué)肥料(SRCF)和化學(xué)肥料(CF)＞不施肥(CK)。Anammox肼合成酶β亞基(hzs-β)基因序列分析表明，在水稻種植季節(jié)，Anammox細(xì)菌與Ca.Brocadia，Ca.Scalindua和Ca.Jettenia屬同源性較高。相比之下，所有的An

4、ammox肼氧化酶(hzo)基因僅與Ca.Brocadia屬表現(xiàn)出較高的同源性，表明hzs基因比hzo基因有更高的敏感性。PMCF處理中的序列與Ca.Jettenia和Ca.Brocadia有較高的同源性，并顯示出最高的多樣性。
　　2)通過(guò)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)研究了不同有機(jī)碳源(無(wú)外源碳施用(CK)、施用尿素(UR)、施用秸稈(SR)、施用豬糞(PM)、施用淀粉(ST)和施用葡萄糖(GL))對(duì)Anammox過(guò)程和活性的影響。結(jié)果顯示，

5、添加不同有機(jī)碳源進(jìn)行培養(yǎng)之后，Anammox過(guò)程的氮?dú)猱a(chǎn)生速率和對(duì)氮?dú)獾呢暙I(xiàn)率在1.04-3.19 nmol N2·g-1·h-1和4.22％-22.25％。雖然所有處理中均能檢測(cè)到Anammox活性，但各處理產(chǎn)生氮?dú)饬坎煌?，CK處理Anammox速率最高，其他添加有機(jī)碳源之后的Anammox速率較低，差異顯著，說(shuō)明有機(jī)碳源的添加對(duì)Anammox活性具有顯著的抑制作用，同時(shí)有機(jī)碳對(duì)反硝化活性具有顯著的促進(jìn)作用。碳源添加對(duì)Anammox速

6、率的影響如下:GL＞ ST，UR＞ SR。定量PCR結(jié)果表明，不同有機(jī)碳源均對(duì)Anammox微生物豐度具有一定的抑制作用，但PM處理對(duì)Anammox豐度的影響最小。選取活性最高的PM和CK處理的13C-Anammox肼合成酶β亞基（hzs-β）功能基因序列進(jìn)行DNA-SIP分析，發(fā)現(xiàn)活性厭氧氨氧化細(xì)菌與Ca.Brocadia屬具有較高的同源性。
　　3)利用長(zhǎng)期定位試驗(yàn)土壤，通過(guò)室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，研究了不同水分狀態(tài)及溶解氧濃度(70％

7、 FC、干濕交替(淹水7天，落干7天)、淹水Ⅰ:溶解氧濃度為5.8mg·L-1、淹水Ⅱ:溶解氧濃度為2.6 mg·L-1)對(duì)土壤Anammox過(guò)程的影響。結(jié)果表明，Anammox速率范圍在0.56-1.47 nmol N2·g-1·h-1之間。70％田間持水量(70％FC)處理中的Anammox速率最低(0.61 nmol N2·g-1·h-1)，淹水Ⅱ處理最高(1.14 nmolN2·g-1·h-1);說(shuō)明溶解氧含量較高時(shí)會(huì)降低Ana