土地利用方式對(duì)紅壤氨氧化微生物種類的影響及其驅(qū)動(dòng)因子.pdf

1、我國作為世界上人口最多的國家，為了保障糧食安全，大量的自然生態(tài)系統(tǒng)土地轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)業(yè)用地，土地利用方式變化對(duì)物質(zhì)循環(huán)的影響一直是土壤學(xué)所關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。硝化作用是土壤氮轉(zhuǎn)化中一個(gè)重要的微生物過程，不僅直接影響土壤無機(jī)氮的形態(tài)，而且關(guān)系到硝酸鹽的淋溶損失及N2O排放量等，與諸多環(huán)境問題有著直接或間接的聯(lián)系。我國亞熱帶地區(qū)，夏季高溫多雨，發(fā)育有廣闊的酸性紅壤。目前，有眾多關(guān)于我國東南部地區(qū)土壤硝化作用的研究，但是對(duì)于該地區(qū)不同利用方式土壤（

2、包括酸性森林和其它農(nóng)業(yè)利用方式）中主導(dǎo)氨氧化過程的微生物種類還知之甚少。研究不同利用方式對(duì)紅壤氨氧化微生物種類的影響及水分驅(qū)動(dòng)因子，對(duì)于深入認(rèn)識(shí)不同利用方式紅壤硝化過程的機(jī)理有重要的科學(xué)意義，研究結(jié)果能夠?yàn)橹贫t壤地區(qū)氮素調(diào)控措施提供理論依據(jù)，具有一定的實(shí)踐意義。
　　采集了江西省鷹潭市旱地(U)、水田(P)和針葉林(F)三種利用方式的土壤，運(yùn)用選擇性抑制技術(shù)，結(jié)合同位素稀釋法和乙炔抑制技術(shù)研究了亞熱帶地區(qū)不同土地利用方式下微生物

3、抑制劑對(duì)自養(yǎng)和異養(yǎng)硝化作用的影響。結(jié)果表明，自養(yǎng)硝化作用在農(nóng)業(yè)土壤（旱地土壤和水稻土）的硝化過程中占據(jù)主導(dǎo)地位，而異養(yǎng)硝化作用則在酸性森林土壤中有較大作用。在旱地土壤中，鏈霉素（細(xì)菌抑制劑）使得自養(yǎng)硝化速率減小了94％，而放線菌酮（真菌抑制劑）對(duì)自養(yǎng)硝化作用沒有影響，表明旱地土壤的自養(yǎng)硝化作用主要是由細(xì)菌主導(dǎo)的。然而，在水稻土中，放線菌酮明顯抑制了自養(yǎng)硝化速率，鏈霉素的抑制作用很小，說明該類土壤自養(yǎng)硝化作用的主導(dǎo)者有別于旱地土壤。放線菌

4、酮顯著抑制了森林土壤的異養(yǎng)硝化作用，這說明酸性森林土壤的異養(yǎng)硝化過程主要由真菌驅(qū)動(dòng)。森林土壤轉(zhuǎn)換為農(nóng)業(yè)土壤導(dǎo)致硝化作用的類型發(fā)生了變化，驅(qū)動(dòng)該過程的微生物種類也有明顯的差異。
　　為了明確不同利用方式下，氨氧化細(xì)菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)對(duì)氨氧化過程的相對(duì)貢獻(xiàn)，選取不同利用方式的紅壤，利用穩(wěn)定同位素核酸探針技術(shù)(DNA-SIP)示蹤土壤氨氧化細(xì)菌和古菌，研究不同土壤中的氨氧化過程的驅(qū)動(dòng)者。結(jié)果表明，在針葉林土壤中，AOA非

5、?；钴S，是氨氧化過程的主要驅(qū)動(dòng)者。然而，在林地轉(zhuǎn)變成農(nóng)田后，不同農(nóng)業(yè)利用方式的土壤（本研究中主要為旱地土壤和水稻土）氨氧化過程的驅(qū)動(dòng)微生物也不相同。水稻土中AOA能夠明顯地同化13CO2進(jìn)行生長，而旱地土壤則是AOB被13C顯著標(biāo)記，說明農(nóng)業(yè)利用方式導(dǎo)致了氨氧化微生物的生態(tài)位分異。系統(tǒng)發(fā)育分析進(jìn)一步表明，AOA的海洋類群Group1.1a-associated在森林土壤和水稻土占據(jù)主導(dǎo)作用，而旱地土壤中的氨氧化作用主要是AOB的Nitr

6、osospira Cluster3類群完成。
　　開展林地土壤長期淹水實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步探索了氨氧化微生物功能分化的機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)，長期淹水培養(yǎng)會(huì)導(dǎo)致在林地土壤中氨氧化微生物對(duì)環(huán)境適應(yīng)性的進(jìn)化，AOA比AOB更適宜在淹水環(huán)境中生長。在高氨的淹水環(huán)境中，AOB依然進(jìn)行著化能自養(yǎng)硝化，但是一旦沒有外源銨的加入，土壤中氨濃度降低，AOA就會(huì)占據(jù)主導(dǎo)地位。由此可見，除了氨濃度之外，水分也是驅(qū)動(dòng)氨氧化微生物生態(tài)位分化的環(huán)境因子之一。
　　綜