酸性土壤顆粒表面電場對氨氧化細菌和古菌群落結(jié)構(gòu)的影響.pdf

1、土壤中廣泛存在著硝化作用，酸性土壤占有我國很大的面積。早期的研究表明：硝化作用在堿性土壤中廣泛的存在且活性很強，酸性土壤中幾乎不存在硝化作用。但是隨著研究人員的不斷探索，很多的證據(jù)證明了酸性土壤中同樣存在硝化作用，且在某些特定的酸性土壤中，其硝化作用甚至很強烈。由于以上原因，酸性土壤的硝化作用越來越受到研究人員的重視。國內(nèi)外許多學(xué)者對酸性土壤硝化作用的影響因素以及機理均做了詳細的研究。
　　 酸性土壤顆粒表面帶有大量的負電荷，這

2、樣在土粒表面及附近溶液中形成一個“連續(xù)”分布的強大電場，對H+、NH4+和土壤微生物(帶有負電荷)都產(chǎn)生影響，從而對硝化過程產(chǎn)生影響。在以前的研究中，人們較少考慮土壤顆粒表面電場的作用，本文從土壤顆粒表面不同電場強度的角度來研究土壤的硝化作用及硝化微生物數(shù)量、活性及群落結(jié)構(gòu)的變化。
　　 本實驗選用了重慶縉云山馬尾松林土壤(酸性黃壤pH5.2)，在土樣中加入3％、5％、8％、10％和12％濃度蒙脫石處理，風(fēng)干、碾碎過1mm篩后待

3、用。將樣品調(diào)節(jié)含水率為田間含水率的50％，在28℃的恒溫培養(yǎng)箱中預(yù)培養(yǎng)一個月，然后加入相當(dāng)于干土重的100mg/kg含量的NH4+-N，加入NH4+-N后采樣一次，然后土壤樣品放置在28℃的恒溫培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)，共培養(yǎng)4周每周采樣1次。通過測定子樣品的H+和NH4+活度、凈硝化率的時間動力學(xué)方程、實時熒光定量PCR方法測定氨氧化細菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)amoA功能基因的豐度、PCR-DGGE方法測定AOB群落結(jié)構(gòu)組成。結(jié)果如

4、下：
　　 加入蒙脫石后，土壤顆粒比表面積隨著蒙脫石百分比的增加而增加，變化范圍為52.9-102.4m2g-1。與比表面積變化趨勢相似，表面電荷數(shù)量、表面電荷密度、表面電場強度、表面電位等都歲蒙脫石百分比的增加而增加。H+和NH4+活度都隨蒙脫石百分含量的增加而呈線性下降。
　　 凈硝化作用最大的為含10％蒙脫石的處理103 mg/kg，最小的為對照樣品，凈硝化作用只有62 mg/kg。然而蒙脫石沒有改變凈硝化作用的動

5、力學(xué)模型，從時間動力學(xué)方程可以推出，含10％蒙脫石的處理中潛在硝化作用最高，可以達到275 mg/kg，高出對照的3倍多。酸性土壤中加入蒙脫石后硝化作用顯著增強了，主要是因為AOB和AOA數(shù)量和活性的提高。
　　 對照樣品中AOB數(shù)量是1.82×105g-1。與對照相比，蒙脫石含量在3％-5％范圍內(nèi)時土壤中AOB數(shù)量均沒有顯著性的變化，隨著蒙脫石含量的繼續(xù)增加，處理土壤中氨氧化細菌開始顯著增加。從8％開始，AOB數(shù)量開始急劇增加

6、，達到2.08×107，當(dāng)蒙脫石含量為10％時達到最大值3.11×107，高于對照的170倍。然而，當(dāng)蒙脫石百分比增加到12％時，AOB數(shù)量降到了2.64×107每克干土。
　　 AOA與AOB具有相似的變化趨勢。對照中AOA數(shù)量為9.19×103每克干土，在0-8％范圍內(nèi)AOA數(shù)量隨著蒙脫石百分比的增加而增加，8％時AOA數(shù)量最高，達到1.22×105每克干土。然而，蒙脫石含量為10％和12％時，AOA數(shù)量分別降到9.05×1

7、04和5.24×104每克干土。AOB數(shù)量顯著高于AOA。
　　 通過對DGGE圖譜進行聚類分析可知：處理8％和10％土壤中氨氧化細菌的群落組成相似性最高，在0.7以上，然后它們又與處理12％聚類，這三個處理群落組成相似性最高，首先聚類；然后又與處理0％聚類，它們的氨氧化細菌群落群落組成相似性在0.5以上；處理5％和處理3％群落組成相似性最低，稍大于0.4，最后聚類，這也與其DGGE可檢測條帶數(shù)量差異明顯的結(jié)果相似。