东北沼泽湿地土壤中氨氧化微生物活性和丰度研究

为了研究东北典型沼泽湿地——三江湿地和扎龙湿地表层土壤中氨氧化微生物的活性和丰度,采用氯酸盐抑制亚硝酸盐氧化菌(Nitrite-oxidizing bacteria,NOB)和氨苄青霉素抑制氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)以及荧光定量PCR的方法,分析了生长季和非生长季氨氧化微生物的活性和丰度的关系。结果表明:在不同类型的湿地土壤中,pH值显著地影响湿地土壤中氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)的潜在氨氧化活性(Potential ammonia oxidation activity,PAO)(P0.01)。AOA的丰度值与PAO_(AOA+AOB)呈显著正相关(r=0.96,P0.05),而与PAO_(AOA)不存在相关性(P0.05)。三江湿地的毛苔草和小叶章土壤中的PAO_(AOA+AOB)、PAO_(AOA)、AOA丰度与AOB丰度,并无显著差异。研究表明植被的差异并没有影响土壤中氨氧化微生物的潜在氨氧化活性以及氨氧化微生物的丰度,但在抑制AOB活性之后毛苔草土壤中的PAO出现了显著的下降(P0.05),表明AOB在毛苔草土壤中的氨氧化过程中发挥着重要作用。     

模拟氮沉降对贝加尔针茅草原土壤氮转化微生物的影响

草地土壤是温室气体重要的源和汇,认识草地生态系统氮转化过程有助于预测氮循环对未来氮沉降增加的响应与反馈机制。依托于2010年在内蒙古贝加尔针茅草原设置的长期模拟氮沉降增加的氮添加试验,共设置了8个氮添加水平(0、15、30、50、100、150、200、300 kg N·hm~(-2)·a~(-1))。应用荧光定量PCR方法,研究氮转化功能基因丰度对不同氮添加水平的响应。2015年8月取样分析结果表明:固氮微生物(nifH)基因丰度随着氮添加水平的升高,表现为先升高后降低的趋势。低于200 kg N·hm~(-2)·a~(-1)硝酸铵处理有利于固氮菌生长。低氮添加(N15、N30和N50)对氨氧化细菌(AOB-amoA)和氨氧化古菌(AOA-amoA)基因丰度无显著影响。高氮添加(N100、N150、N200和N300)显著提高了AOB基因丰度,降低了AOA基因丰度。高氮添加(N150、N200和N300)显著降低了nirK基因丰度。随着氮添加量的增加,高氮添加促进了AOB主导的氨氧化过程,而反硝化微生物丰度的减少提高了氨氧化产物硝酸盐的积累,继而提高了土壤硝酸盐含量。     

双价转基因抗虫棉花对土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌群落结构及丰度的影响

采用末端片段多态性分析(T-RFLP)和实时定量PCR(Quantitative real-time PCR,qPCR)方法,研究了不同生长时期双价转基因抗虫棉花和亲本非转基因棉花(对照)土壤氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)和氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)群落结构和丰度的变化,以探讨双价转基因抗虫棉花种植对土壤氨氧化微生物的影响。结果表明,双价转基因抗虫棉花土壤中AOB和AOA优势种群与对照相同,且随生长时期无显著变化,但在各自样品中所占比例不同。不同生长时期双价转基因抗虫棉花土壤AOB的Shannon指数和Evenness指数均与对照无显著差异,AOA的Shannon指数与对照也无显著差异,而苗期时Evenness指数显著低于对照(P0.05),其他3个生长时期差异均不显著。qPCR分析表明,除花铃期双价转基因抗虫棉花土壤AOB丰度高于对照外,其他3个生长时期均低于对照,而AOA丰度在4个生长时期均低于对照。吐絮期时,双价转基因抗虫棉花与对照土壤AOB和AOA丰度均差异显著(P0.05)。双价转基因抗虫棉花对土壤AOB和AOA群落结构组成无显著影响,但降低了AOB和AOA的数量,双价转基因抗虫棉花对土壤微生物的某些类群可能存在潜在影响。     

氮素水平对潮土氨氧化微生物和硝化作用的影响

为了明确不同氮素水平对土壤硝化作用和氨氧化微生物的影响,特别是高氮水平下氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的响应特异性,以潮土为供试土壤,以尿素和硫酸铵作为氮源,设置5个氮素水平(以N计,分别为0、150、300、600、1 200 mg·kg^-1,相应地,记为N0、N150、N300、N600、N1200),进行28 d的微宇宙培养,研究不同氮素水平下尿素和硫酸铵对土壤AOB、AOA丰度和土壤硝化作用的影响。结果表明,添加氮肥显著(P<0.05)降低了土壤pH值,至培养结束时(28 d),土壤pH值随氮素水平增加而降低。培养结束时,各加氮处理的土壤$NH_{4}^{+}$-N含量都处于较低水平(0.72~2.01 mg·kg^-1)。与N0处理相比,添加尿素或硫酸铵增加了AOB amoA基因拷贝数,且AOB amoA基因拷贝数随氮素水平增加而增加;但施用氮肥对AOA amoA基因拷贝数无显著影响。土壤平均净硝化速率随氮素水平的增加而增加,且同一氮素水平下,尿素处理的土壤平均净硝化速率高于硫酸铵处理。相关关系分析发现,土壤$NO_{2}^{-}$-N+$NO_{3}^{-}$-N含量与AOB amoA基因拷贝数呈显著(P<0.05)正相关关系,与AOA amoA基因拷贝数无显著相关性,说明AOB在潮土硝化作用中起主导作用。综上,高氮水平并未抑制潮土的硝化作用,反而促进了土壤硝化作用,且该过程主要由AOB主导。研究结果可为潮土上氮肥的科学管理提供理论基础。     

3种沉水植物根际对沉积物中典型氮循环微生物功能基因丰度的影响

【目的】硝化—反硝化和厌氧氨氧化是湖泊生态系统重要的脱氮方式,而氮循环微生物的丰度和群落结构的变化能反应湖泊生态环境的情况,作为评判生态修复的重要指标。【方法】本研究通过模拟培养实验、原位悬挂实验和荧光定量q PCR的方法,探讨水蕴草(Egeria densa)、狐尾藻(Myriophyllum verticillatum)和苦草(Vallisneria natans)对根际沉积物中无机态氮含量和氨氧化古菌(ammonia oxidizing archaea,AOA)、好氧氨氧化细菌(aerobic ammonia-oxidizing bacteria,AOB)、反硝化细菌、厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonium oxidation,Anammox)数量的影响。【结果】3种沉水植物均能显著降低根际沉积物中的铵态氮含量(P0.05);狐尾藻和苦草根际沉积物nir S、nir K、nos Z基因拷贝数升高;苦草和狐尾藻AOA amo A拷贝数升高,AOB amo A拷贝数降低;水蕴草根际沉积物nir S、nir K和nos Z功能基因拷贝数均降低,但hz O基因拷贝数显著增加(P0.05)。【结论】反硝化是狐尾藻和苦草根际沉积物的主要脱氮方式;苦草和狐尾藻对AOA amo A具有选择性,AOA是沉积物中氨氧化过程的主要承担者;厌氧氨氧化过程是水蕴草根际沉积物的主要脱氮方式。     

生物炭与有机肥对菜田土壤氨氧化菌丰度的影响

通过土壤培育试验,运用定量PCR技术,研究了添加生物炭和有机肥对土壤氮营养及氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)丰度的影响。结果表明,土壤培育时间、有机肥显著增加硝态氮的含量(P0.001),促进硝化作用;生物炭通过抑制有机氮矿化作用降低硝化作用,106d时生物炭处理的硝态氮、可溶性总氮含量低于没有生物炭的处理(P0.05),并且中和了有机肥对矿化作用的促进效应。随着处理时间的延长,生物炭促进氨氧化菌群的丰度,AOA丰度的提高较AOB显著,且AOA丰度的变化与硝态氮含量的变化呈正相关。因此认为AOA是土壤中氨氧化作用的主要驱动力,且生物炭与有机肥主要对AOA的丰度产生影响。     

鸡粪菌渣好氧堆肥过程中氨氧化古菌及氨氧化细菌群落的动态变化

以amo A基因为标记,通过Real-Time PCR和限制性片段长度多态性(Restriction fragment length polymorphism,RFLP)法对鸡粪菌渣好氧堆肥过程中的氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)和氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)进行了丰度及群落结构的分析。结果表明,在堆制初期、好氧发酵高温期及后熟期,AOB的amo A基因丰度均占主导优势,是AOA的38~992倍。进入好氧发酵高温期,AOA amo A基因丰度下降至发酵前的0.9%,AOB下降至17.6%,后熟期AOA与AOB的amo A基因丰度与好氧发酵高温期相当。在上述3个阶段AOA与AOB各自存在一个绝对优势菌群,分别为Cluster 3和Nitrosomonas europaea,其中Cluster 3克隆子数目分别占整个克隆文库的70.73%、54.28%、72.45%,Nitrosomonas europaea克隆子数目分别占整个克隆文库的78.44%、93.20%、94.27%。堆肥3个阶段AOA的多样性指数变化不大,Shannon-Wiener值维持在1.53~1.60,但群落结构发生明显演替,随着堆肥温度升高,堆肥前期的一些菌群(Cluster 4、Cluster 5、Cluster 6)逐渐消失,新的菌群Cluster 1出现并成为堆肥中后期的第二大优势菌群。AOB无论是多样性指数还是群落组成,都发生剧烈的变化。AOB在堆肥前期Shannon-Wiener指数值最大(1.47),种群数最多(6个基因簇,分别为Nitrosomonas europaea Cluster,Nitrosomonas halophila Cluster,Nitrosomonas communis Cluster,Nitrosomonas nitrosa Cluster,Nitrosospira briensis Cluster,Nitrosospira multiformis Cluster);进入高温发酵期,Shannon-Wiener下降至0.45,群落结构单一,只有Nitrosomonas europaea Cluster和Nitrosomonas halophila Cluster;进入后熟期,AOB多样性及种群数得到一定程度的回升。     

稻田垄作免耕对紫色水稻土硝化微生物的影响

为研究长期垄作免耕对紫色水稻土硝化微生物的影响,以常规平作和冬水平作作为对照处理,采用实时荧光定量PCR对土壤氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的amoA基因拷贝数进行了测定.结果表明:垄作免耕显著增加土壤有机质和全氮含量.垄作免耕条件下,AOB的amoA基因拷贝数为8.3×105/g干土,比常规平作和冬水平作分别高43%,158%;AOA的amoA基因拷贝数为4.5×107/g干土,比常规平作和冬水平作分别高201%,632%,均具有显著性差异(p0.05),稻田垄作免耕可增加土壤中硝化微生物的数量,对土壤中具有硝化功能的氨氧化细菌和氨氧化古菌具有积极影响.3种耕作方式土壤中AOA amoA基因拷贝数均比AOB amoA基因拷贝数高1~2个数量级,AOA可能在其中起重要作用.     

不同类型稻田中全程氨氧化微生物的分异特征

选用微碱性氮贫瘠的上海市崇明岛稻田和微酸性氮丰富的南京市稻田剖面(0～50 cm),比较研究稻田土壤中氨氧化微生物类群丰度的差异及其环境驱动机制,评价其与氨氧化潜力的内在关系。结果表明,崇明稻田的净硝化速率为12.82～22.30 mg/(kg·d),明显高于南京稻田[4.26～7.46 mg/(kg·d)]。崇明稻田土壤剖面的Comammox amoA基因总拷贝数(Clade A与Clade B之和)均值为1 g 8.8×10~6拷贝,是南京稻田的2.4倍,且Clade A与Clade B的比值范围为2.5～12.7,证实了Comammox存在于2种不同类型的稻田土壤中。崇明稻田和南京稻田剖面的氨氧化细菌(AOB)的amoA基因拷贝数均值分别为1 g 3.75×10~8拷贝和1.23×10~8拷贝,氨氧化古菌(AOA)的amoA基因拷贝数均值分别为1 g 2.05×10~7拷贝和0.35×10~7拷贝,这2种菌群基因拷贝数均在10.1～20.0 cm土层达到最高。回归分析发现,2个稻田中氨氧化细菌(AOB)对氨氧化潜力的贡献率达到90%～94%,而Comammox仅为3%左右,表明氨氧化细菌(AOB)在氨氧化过程中发挥主要作用。     

不同林分土壤中氨氧化微生物的群落结构和 硝化潜势差异及其驱动因子

[目的]探究人为干扰较多的果园和观赏林土壤中氨氧化微生物的群落结构和硝化潜势差异及影响因素,为深入了解不同林分氮循环规律提供参考依据.[方法]以四川省南充市6种林分土壤(凤垭山和西山森林土壤及枇杷园、竹林、梨园、芭蕉园土壤)为研究对象,进行硝化潜势测定,以及基于氨氧化微生物amoA基因的荧光定量PCR和测序分析,并耦合土壤理化性质进行冗余分析.[结果]土壤有机质、总氮和硝态氮(NO3--N)含量及硝化潜势在不同林分土壤中差异显著(P<0.05,下同),土壤硝化潜势在7.01~59.88 mg/(kg·d),以森林土壤的硝化潜势最高,改耕为单一果林和观赏林后硝化潜势显著降低.6种土壤的氨氧化古菌(AOA)丰度(1.88×108~10.8×108 copies/g干土)均高于氨氧化细菌(AOB)(2.87×107~27.6×107 copies/g干土),AOA/AOB丰度比值为1.25~15.00,且该比值与土壤有机质含量呈显著负相关.相关性分析结果表明,土壤有机质和总氮含量与AOA菌群结构分别呈极显著(P<0.01)和显著相关,而土壤有机质含量与AOB菌群结构呈显著相关.冗余分析结果表明,不同土壤中AOA和AOB群落结构有所差异,6种土壤中的主导AOA菌群隶属于陆地分支Group 1.1b的54d9-like cluster,AOB的主导菌群隶属于Nitrosospira cluster 3.[结论]在土壤理化性质和硝化潜势显著差异的不同林分土壤中,氨氧化微生物群落结构存在明显的分异特征,土壤总氮和有机质为其主导驱动因子.     

长期氮磷不同施用量对土壤细菌、硝化与反硝化微生物数量的影响

为研究长期施用氮、磷肥对土壤微生物的影响,利用荧光定量PCR方法,比较6种不同氮磷施用量处理下土壤细菌、硝化与反硝化微生物的数量差异。结果表明:1)与不施肥相比,施氮磷肥显著提高了细菌16SrRNA基因、氨氧化古菌和细菌amoA基因和反硝化细菌nirK和nosZ基因拷贝数;2)与不施肥相比,低水平(T1)到高水平(T5)氮磷肥显著提高了细菌和氨氧化古菌数量,中低水平(T2)到高水平(T5)氮磷肥显著提高了氨氧化细菌数量,中、高水平(T3-T5)氮磷肥显著提高了nirK和nosZ型反硝化细菌数量,但施氮磷肥对nirS型反硝化细菌数量影响不显著;3)各处理中,氨氧化古菌amoA基因拷贝数显著高于氨氧化细菌amoA基因,反硝化细菌nosZ基因拷贝数显著高于nirK和nirS基因,nirK基因拷贝数显著高于nirS基因;4)细菌、氨氧化古菌和细菌及nirK和nosZ型反硝化微细菌数量与土壤pH呈显著负相关关系,与其他土壤理化性质均呈显著正相关关系。此外,硝态氮含量与氨氧化古菌和细菌数量显著相关,但与反硝化细菌数量无显著相关关系。综上所述,长期施用氮磷肥显著提高了土壤细菌、氨氧化古菌和细菌及nirK和nosZ型反硝化细菌的数量,且这些微生物的数量变化对氮磷肥施用水平的响应存在差异。     

长期咸水滴灌对土壤氨氧化微生物丰度和群落结构的影响

为探讨长期咸水滴灌对棉田土壤氨氧化细菌（AOA）和氨氧化古菌（AOB）的丰度和群落结构的影响,于2018年采集已经过10年咸水滴灌的棉田土壤,通过实时荧光定量PCR和高通量测序技术测定土壤AOA和AOB的丰度和群落结构。试验设3个灌溉水盐度水平：0.35、4.61 dS·m^-1和8.04 dS·m^-1（分别代表淡水、微咸水和咸水）。结果表明：微咸水、咸水灌溉显著降低土壤NO₃^--N含量和潜在硝化势（PNR）,但显著增加土壤盐分和NH₄⁺-N含量。不同处理AOA和AOB的amoA基因拷贝数分别为2.2×10⁶~3.6×10⁶copies·g^-1和1.9×10⁵~3.2×10⁵ copies·g^-1干土;微咸水、咸水处理AOA和AOB amoA基因拷贝数均显著低于淡水处理,且微咸水处理显著降低AOA/AOB。PNR与AOA丰度（P<0.001）和AOB丰度（P<0.001）均呈显著正相关关系。此外,不同灌溉水盐度下AOA群落操作分类单元（OTUs）的数量大于AOB,微咸水、咸水灌溉显著降低AOB群落的OTUs。与淡水处理相比,咸水、微咸水处理显著增加AOA群落的香农指数,咸水处理显著降低AOB群落的香农指数。AOA和AOB群落的优势类群分别为Candidatus Nitrosocaldus和Nitrosospira;咸水、微咸水处理抑制AOA群落的Betaproteobacteria生长,而咸水处理中Candidatus Nitrosocaldus显著高于淡水和微咸水处理。AOB群落中Nitrosomonas的相对丰度随着灌溉水盐度的增加而显著降低。LEf Se分析显示,AOA在咸水灌溉下仅有1个差异物种,而AOB在微咸水灌溉时有5个差异物种。冗余分析结果显示：AOA群落结构的改变与土壤NO₃^--N、pH和盐度的变化密切相关,而AOB群落结构的改变仅与NO₃^--N和pH显著相关。盐分是影响氨氧化微生物生长及群落结构的主导因素,AOA和AOB共同参与土壤硝化作用,淡水、微咸水灌溉条件下AOB可能是硝化作用主导微生物种群,而咸水灌溉条件下AOA可能是主导微生物种群。     

Abundance and Community Composition of Ammonia-Oxidizers in Paddy Soil at Different Nitrogen Fertilizer Rates

Ammonia oxidation, the first and rate-limiting step of nitrification, is carried out by both ammonia-oxidizing bacteria （AOB） and ammonia-oxidizing archaea （AOA）. However, the relative importance of AOB and AOA to nitrification in terrestrial ecosystems is not well understood. The aim of this study was to investigate the effect of the nitrogen input amount on abundance and community composition of AOB and AOA in red paddy soil. Soil samples of 10-20 cm （root layer soil） and 0-5 cm （surface soil） depths were taken from a red paddy. Rice in the paddy was fertilized with different rates of N as urea of N1 （75 kg N ha＂ yr-1）, N2 （150 kg N ha~ yrl）, N3 （225 kg N ha1 yrl） and CK （without fertilizers） in 2009, 2010 and 2011. Abundance and community composition of ammonia oxidizers was analyzed by real-time PCR and denaturing gradient gel electrophoresis （DGGE） based on amoA （the unit A of ammonia monooxygenase） gene. Archaeal amoA copies in N3 and N2 were significantly （P〈0.05） higher than those in CK and N1 in root layer soil or in surface soil under tillering and heading stages of rice, while the enhancement in bacterial amoA gene copies with increasing of N fertilizer rates only took on in root layer soil. N availability and soil NO3--N content increased but soil NH4＋-N content didn＇t change with increasing of N fertilizer rates. Otherwise, the copy numbers of archaeal amoA gene were higher （P〈0.05） than those of bacterial amoA gene in root lary soil or in surface soil. Redundancy discriminate analysis based on DGGE bands showed that there were no obvious differs in composition of AOA or AOB communities in the field among different N fertilizer rates. Results of this study suggested that the abundance of ammonia-oxidizers had active response to N fertilizer rates and the response of AOA was more obvious than that of AOB. Similarity in the community composition of AOA or AOB among different N fertilizer rates indicate that the community composition of ammonia-oxidizers was relatively stable in the paddy soil at least in short term for three years.     

长期施肥对旱地土壤中氨氧化微生物丰度和分布的影响

采用基于氨单加氧酶基因(amoA)的荧光定量PCR技术,以黄土高原旱地土为材料,研究长期施肥对土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌丰度的影响,并分析环境因素与氨氧化菌丰度的关系。以不施肥土壤为对照(CK),设置3个施肥处理,分别为单施磷肥(P),氮、磷共施(NP)和氮、磷、有机肥共施(NPM)3个处理。结果表明,不同处理氨氧化菌amoA基因拷贝数为1.326×106～1.886×106 g-1,各处理间氨氧化细菌丰度差异不显著;氨氧化古菌的arch-amoA基因拷贝数为1.329×106～4.510×106 g-1,表现为处理NPM>NP>CK>P,NPM处理为对照的3.314倍,二者呈现显著性差异。采用DCCA法对4个处理进行环境相似度分类,结果显示,P和NPM处理、CK和NP处理分别构成了2个相似类群;4个处理和12个环境因子的关联(CCA)分析表明,不同处理中的氨氧化微生物活跃度以及氨氧化过程强度表现为处理NMP>NP>CK>P;不同环境因子和不同施肥处理生境相似度分布存在不同的关系,其中反映氨氧化过程的硝态氮含量、氨氧化细菌和氨氧化古菌丰度,以及代表微生物生长主要环境因素的pH值、含水量、全氮和有机碳含量与不同施肥处理导致的生境相似度的分布关系最为紧密。     

灌溉与生物质炭对土壤硝化反硝化功能微生物的影响

为研究不同灌溉方式下生物质炭添加对土壤硝化及反硝化微生物的调控效应，本研究采用田间小区试验，通过在不同灌溉方式下（常规地表漫灌、滴灌、喷灌和微喷灌）添加不同量生物质炭（0、10、20 t·hm^-2），结合实时荧光定量PCR技术，研究了灌溉方式与生物质炭对华北地区冬小麦拔节期土壤硝化及反硝化微生物相关功能基因的影响。结果表明：与漫灌相比，滴灌、喷灌、微喷灌显著降低了土壤NH₄⁺-N含量，降幅分别为49.30%~68.25%、30.22%~57.19%和43.63%~56.83%（P<0.05），但在一定程度上增加了土壤NO₃^--N含量，增幅分别为5.14%~62.39%、0~173.50%和0~87.90%。由于滴灌、喷灌、微喷灌等节水灌溉方式的灌水量远低于常规漫灌方式（约为漫灌灌水量的50%），因而会产生有利于硝化反应而抑制反硝化反应的环境，增加土壤硝化微生物功能基因AOA-amoA和AOB-amoA的基因丰度，且均表现为微喷灌>喷灌>滴灌>漫灌。同时，在各灌溉方式下，添加生物质炭可增加AOA-amoA和AOB-amoA的基因丰度，这可能主要归因于生物质炭发达的孔隙结构和良好的水肥吸附能力。与漫灌相比，滴灌、喷灌、微喷灌均降低了土壤反硝化微生物nosZ基因丰度。但在各灌溉方式下，添加生物质炭，尤其是高量生物质炭（20 t·hm^-2）可提高反硝化微生物nosZ基因丰度，从而降低土壤反硝化过程的N₂O损失风险。综上所述，节水灌溉方式与生物质炭互作可促进拔节期土壤硝化作用，并通过影响反硝化微生物活动调节土壤反硝化过程，微喷灌方式下添加20 t·hm^-2生物质炭可有效促进小麦对氮素的吸收利用。     

土壤氮循环微生物过程的分子生态学研究进展

固氮作用、硝化作用和反硝化作用是土壤微生物参与氮素循环的三个重要方面。自分子生态学方法应用于土壤学后,土壤微生物作用于氮素循环过程的机理研究取得了若干重要进展。包括:1)利用固氮菌的nifH基因作为分子标记研究有机质、氮素与固氮微生物之间的关系,发现固氮微生物的丰度和群落结构与土壤有机质含量呈正相关。然而,固氮微生物的丰度和群落结构与土壤速效N含量呈负相关,施用氮肥会抑制固氮微生物的生长,施氮土壤固氮微生物数量减少,多样性降低。2)以氨氧化微生物功能基因为探针,揭示了土壤pH与氨氧化微生物分布关系密切,碱性土壤中氨氧化细菌是硝化作用主要参与者,而酸性土壤中氨氧化古菌是硝化作用的主导者。土壤中N素的含量也影响氨氧化微生物的数量和群落结构,施入氮肥后氨氧化微生物的数量和活性增加。3)利用反硝化功能基因为分子标记研究土壤因子对反硝化细菌群落的影响,阐明了土壤可溶性有机碳、pH和土壤水分是影响反硝化细菌数量和群落结构的重要因子,并且发现土壤反硝化细菌与土壤反硝化能力和氧化亚氮释放之间存在着一定的联系,但这种联系在不同研究对象中存在差异,需要进一步确认。目前,利用分子生物学技术解析土壤氮素循环微生物生态功能取得了重要的进展,但还需进一步深入。今后,将采用包括同位素在内的示踪技术与分子生物学方法相结合共同分析氮循环不同代谢过程微生物种群间的相互关系以及氧化亚氮产生与硝化和反硝化微生物之间的关系。     

短期生物炭添加对不同类型土壤细菌和氨氧化微生物的影响

【目的】氨氧化作用是硝化作用的第一步,也是硝化作用的限速步骤,是全球氮循环的关键环节。本试验旨在研究在我国不同类型土壤中添加花生壳生物炭对细菌和氨氧化作用的影响,为生物炭的推广使用提供理论依据。【方法】试验以黄棕壤、潮土、黑土为供试土壤,通过短期培养试验,利用16SrRNA测序研究生物炭对不同类型土壤氨氧化微生物、细菌群落结构以及相关酶基因表达量的影响。每种土壤设置4个处理：CK（不施用化肥和生物炭）,F（单施化肥）,C（单施2%花生壳生物炭）,FC（施用化肥+2%花生壳生物炭）。【结果】施用生物炭后（C、FC）酸性土壤pH显著提高了0.5—1.0个单位,但碱性土壤pH显著降低了0.5—0.6个单位;单施生物炭（C）造成黄棕壤的微生物丰富度和多样性显著提高,潮土在单施生物炭（C）时仅显著提高了土壤的微生物多样性指数,在黑土中施用生物炭和化肥都未显著改变土壤微生物的丰富度和多样性;在3种土壤中氨氧化细菌的丰度皆高于氨氧化古菌,测得的氨氧化细菌的OTU丰度约为氨氧化古菌的8.1倍;生物炭和化肥并未显著改变奇古菌门中的OTU丰度,却对β和γ变形菌中的OTU丰度产生了显著性影响;3种土壤的氨氧化细菌都以β变形菌为主,约占60%;另外,生物炭的施用（C、FC）在PC1（40.4%）上显著改变了黄棕壤的微生物群落结构,在PC1（42.3%）和PC2（21.3%）上都显著改变了潮土的微生物群落结构;施用生物炭后（C、FC）,短期内潮土中氨合成相关酶基因表达量显著降低14.7%—39.9%,氨氧化古菌丰度在单一施炭（C）和化肥与生物炭同施（FC）时分别降低了70.5%和48.7%。【结论】施用生物炭后,短期内显著改变了黄棕壤和潮土的微生物群落结构,并明显抑制了潮土的氨氧化作用。