土地利用方式對紅壤氨氧化微生物種類的影響及其驅動因子.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)系統土地轉變?yōu)檗r業(yè)用地，土地利用方式變化對物質循環(huán)的影響一直是土壤學所關注的熱點問題之一。硝化作用是土壤氮轉化中一個重要的微生物過程，不僅直接影響土壤無機氮的形態(tài)，而且關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，有眾多關于我國東南部地區(qū)土壤硝化作用的研究，但是對于該地區(qū)不同利用方式土壤（

2、包括酸性森林和其它農業(yè)利用方式）中主導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紅壤氨氧化微生物種類的影響及水分驅動因子，對于深入認識不同利用方式紅壤硝化過程的機理有重要的科學意義，研究結果能夠為制定紅壤地區(qū)氮素調控措施提供理論依據，具有一定的實踐意義。
　　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，運用選擇性抑制技術，結合同位素稀釋法和乙炔抑制技術研究了亞熱帶地區(qū)不同土地利用方式下微生物

3、抑制劑對自養(yǎng)和異養(yǎng)硝化作用的影響。結果表明，自養(yǎng)硝化作用在農業(yè)土壤（旱地土壤和水稻土）的硝化過程中占據主導地位，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菌主導的。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動。森林土壤轉換為農業(yè)土壤導致硝化作用的類型發(fā)生了變化，驅動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，氨氧化細菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)對氨氧化過程的相對貢獻，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(DNA-SIP)示蹤土壤氨氧化細菌和古菌，研究不同土壤中的氨氧化過程的驅動者。結果表明，在針葉林土壤中，AOA非

5、常活躍，是氨氧化過程的主要驅動者。然而，在林地轉變成農田后，不同農業(yè)利用方式的土壤（本研究中主要為旱地土壤和水稻土）氨氧化過程的驅動微生物也不相同。水稻土中AOA能夠明顯地同化13CO2進行生長，而旱地土壤則是AOB被13C顯著標記，說明農業(yè)利用方式導致了氨氧化微生物的生態(tài)位分異。系統發(fā)育分析進一步表明，AOA的海洋類群Group1.1a-associated在森林土壤和水稻土占據主導作用，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驗，進一步探索了氨氧化微生物功能分化的機理。研究發(fā)現，長期淹水培養(yǎng)會導致在林地土壤中氨氧化微生物對環(huán)境適應性的進化，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就會占據主導地位。由此可見，除了氨濃度之外，水分也是驅動氨氧化微生物生態(tài)位分化的環(huán)境因子之一。
　　綜