围垦对崇明东滩湿地全程氨氧化微生物的影响

全程氨氧化微生物（comammox）的发现根本改变了学术界对硝化过程的认识，但其地理分异规律及对氮转化过程的贡献仍不清楚。本研究选择长江口崇明东滩不同围垦年限（0、27、51、86年）稻田表层耕作土壤，采用好氧培养试验测定土壤硝化潜力；通过标靶功能基因amoA实时荧光定量硝化微生物的数量变异特征，包括全程氨氧化细菌（comammox）、氨氧化细菌（AOB）和古菌（AOA）。结果表明，与围垦0年的自然滩涂湿地相比，围垦27、51、86年的水稻土净硝化速率从2.24mg N /(kg·d)分别增加至19.3、11.6和11.4mg N /(kg·d)，增幅高达5.1-8.7倍。土壤氨氧化古菌AOA的丰度与围垦年限显著正相关。自然滩涂湿地中氨氧化古菌AOA和AOB的数量分别为0.34×107 copies/g和1.14×107 copies/g，围垦86年后增幅最高可达27.9倍。自然滩涂湿地中comammox Clade A和Clade B amoA基因拷贝数高于围垦稻田土壤，且Clade A随着围垦年限增加其丰度显著增加。统计分析发现，氨氧化细菌AOB与土壤硝化速率显著正相关，可能在围垦水稻土氨氧化过程中发挥了重要作用；而全程硝化细菌comammox Clade A和Clade B与土壤总有机碳（TOC）、铵含量（NH4+）呈显著负相关关系，可能更适应于营养贫瘠的滩涂自然湿地土壤。     

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。     

围垦植稻对崇明东滩湿地产甲烷微生物的影响

滨海湿地是CH4排放的重要自然源,受人类活动的影响较为强烈。本研究选择长江入海口崇明东滩自然湿地(光滩湿地和芦苇湿地)为对照,以空间代替时间变化,比较研究不同围垦年限(27、51、86年)的稻田耕作土壤产甲烷速率演替规律及其微生物数量变异特征。结果表明,围垦稻田的产甲烷速率平均值为13.8ngCH4 g-1 d-1,是自然滩涂湿地的3.3倍,且随着围垦年限增加而显著增加。围垦稻田中产甲烷菌的mcrA基因拷贝数为1.101×108~1.443×108copies g-1,也随围垦年限增长而增加,比光滩湿地中的基因拷贝数高出一个数量级。光滩湿地产甲烷菌的相对丰度显著低于芦苇湿地和围垦稻田,围垦稻田中相对丰度值随围垦年限增长而显著增加。其中,H2/CO2营养型产甲烷菌的相对丰度随内陆方向和围垦年限增长而数量级水平增加,而甲基营养型产甲烷菌的相对丰度在光滩中最高,随内陆方向和围垦年限增长而数量级水平减小。各采样点中的乙酸营养型产甲烷菌相对丰度同处于一个数量级,其在3个围垦稻田中没有显著差异。相关性分析表明,产甲烷速率与H2/CO2营养型产甲烷菌丰度值呈显著正相关,而与甲基营养型产甲烷菌呈显著负相关。因此,围垦种稻的熟土作用促进了滨海湿地甲烷产生过程,H2/CO2营养型产甲烷菌数量的大幅增加是产甲烷速率升高的主控因素之一。