论文部分内容阅读
本研究以江苏滨海、湖南桃源和广东雷州三种不同类型的水稻土为研究对象，在室内微宇宙培养条件下，考察了不同水分条件(30％WHC、60％WHC、90％WHC和淹水2 cm深)处理对土壤硝化/反硝化作用的影响以及硝化/反硝化微生物对水分条件变化的响应。具体结果如下: 滨海水稻土中，淹水处理显著降低了土壤的氧化还原电位Eh，但所有处理土壤Eh变化范围为300～500 mV，土壤整体处于氧化态。在每7天向土壤加入10 mg kg-1 NH4+-N的连续培养过程中，各个水分处理均观察到明显的NH4+-N降低和NO3--N累积的现象，60％WHC处理下土壤硝态氮累积最显著和迅速，90％WHC处理次之，随培养时间延长，30％WHC和淹水处理也观察到明显的硝化作用。淹水处理中氨氧化细菌(AOB)的数量显著高于非淹水处理，DGGE结合测序分析结果显示淹水处理后AOB的群落组成发生明显变化，而氨氧化古菌(AOA)的群落组成和数量在不同水分处理间无明显变化。淹水处理后AOB的一些类群如Cluster3a.2和Cluster3b消失，而Cluster3a.1和Cluster7占主导，说明这些类群对水分变化响应灵敏，在该水稻土的硝化作用中起了主导作用。滨海水稻土在培养过程虽然检测不到明显的N2O释放，但能检测到高丰度的反硝化基因nirS和nirK，且二者的丰度均表现出随水分增加而增加的变化趋势，且其群落结构对不同水分处理产生了一定响应。 桃源水稻土在整个培养过程中，30％WHC处理土壤无明显的硝化和反硝化作用发生，硝化作用主要发生于60％WHC和90％WHC处理土壤，90％WHC处理土壤硝化作用明显强于60％WHC，并检测到明显的N2O释放，表明该水分条件可能发生了硝化—反硝化耦合作用;淹水处理土壤Eh显著低于非淹水处理土壤，无明显的硝化作用发生，但检测到N2O释放且其释放量小于90％WHC处理土壤。在各水分处理条件下，反硝化功能基因nirS的丰度显著高于nirK基因，但nirK基因对水分变化的响应更灵敏。除培养初期（7天）外，反硝化功能基因nirS和nirK基因，以及氨氧化细菌(AOB) amoA的丰度表现出同样的趋势，均随着水分增加而增加，在90％WHC这一处理土壤中基因丰度最高，在淹水处理的土壤中又有所下降，三者之间呈极显著的正相关关系。AOB的克隆文库结果显示培养过程中桃源土壤中氨氧化细菌类群为Cluster11/12，且无明显变化。运用T-RFLP方法对nirS基因为代表的反硝化微生物群落组成进行的分析表明反硝化微生物对水分条件变化响应灵敏，这些变化的微生物类群可能在不同水分处理土壤的反硝化过程中起主要作用。 雷州水稻土在7天到60天的培养过程中，30％WHC处理无明显的硝化作用和矿化作用发生，加入的NH4+-N显著积累;60％WHC和90％WHC处理土壤硝化作用活跃，Eh在402～613 mV之间，为其硝化作用的发生提供了良好的氧化条件;培养过程中淹水处理土壤虽无明显的硝态氮累积，但有明显的铵态氮消耗和N2O气体释放，表明该土壤中可能发生了活跃的硝化作用，且硝化作用产生的硝态氮随即被还原，硝化和反硝化作用同时发生，该处理土壤Eh最低，有利于反硝化作用的发生。氨氧化细菌AOB群落结构组成随水分梯度增加和培养时间延长发生了明显变化，且淹水处理显著增加了AOB的丰度，而AOA的群落结构组成无明显变化。与非淹水处理相比，淹水培养60天后，AOB的Cluster3a.2明显减少，而Cluster3a.1、Cluster11/12和Cluster Nitrosomonas-like明显增多，表明这些AOB类群在雷州水稻土硝化作用中发挥着主导作用，且对水分条件变化响应显著。对反硝化微生物功能基因的分析结果显示，T-RFLP分析显示以nirS基因为代表的反硝化细菌丰度无明显变化趋势，但群落组成随土壤水分和培养时间增加也发生了轻微变化。