古水稻土与现代水稻土的供氮差异及其氮肥效应

根据最新的考古发现，中国种植水稻的历史可以追溯到公元前4000多年。据考证，位于长江三角洲的昆山市正仪镇绰墩山古水稻土遗址的地下42～57cm与100～116cm均为古水稻土层，历史耕作时间分别距今约3320a和6280a。氮素是作物生长发育所需的重要营养元素，稻田土壤的供氮能力是影响水稻生长的关键因子，     

种植水稻对古水稻土与现代水稻土微生物功能多样性的影响

通过温室盆栽试验，研究种植水稻对长江三角洲绰墩山遗址的古水稻土与现代水稻土的微生物功能多样性和氨氧化细菌数量的影响。在60d的试验期内观察发现，现代水稻土含有0．416～1、235MPN mg^-1的氨氧化细菌，古水稻土在温室培养后也检测到0．013—0、055MPN mg^-1的氨氧化细菌，但数量远远低于现代水稻土；在不施氮的条件下种植水稻会降低古水稻土与现代水稻土中氨氧化细菌的数量，但施加硫酸铵在种植水稻30d时增加了其数量，而施加硝酸钠对其数量没有显著影响。现代水稻土的碳底物利用能力明显弱于古水稻土，微生物群落的Shannon指数、Simpson指数和McIntosh指数也不同程度的低于古水稻土；种植水稻60d后，现代水稻土中微生物群落的整体活性显著提高，三种多样性指数也达到与古水稻土相同的水平，但施加氮肥又减缓了种植水稻对微生物整体活性的增强作用。种植水稻和施用氮肥对古水稻土微生物群落的三种多样性指数均没有显著影响，而且3320a古水稻土和6280a古水稻土的微生物功能多样性也没有显著差异。     

冬种绿肥对水稻土硝化作用的影响

冬闲田种植绿肥是传统的水稻土培肥增产措施,但绿肥-水稻种植系统中,不同绿肥种类对硝化作用的影响规律及调控机制尚不明确.采用盆栽试验,研究了冬种紫云英、油菜、黑麦草对土壤性状及硝化作用的影响,并通过特异性细菌抑制剂(卡那霉素和大观霉素)研究了氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)对硝化作用的相对贡献.结果表明,冬种三...     

红壤稻田不同生育期土壤氨氧化微生物群落结构

以福建省红壤稻田土壤为对象,通过提取土壤总DNA,利用特异引物进行PCR(聚合酶链反应)扩增和DGGE(变性梯度凝胶电泳)并结合DNA克隆测序,研究了水稻生长过程中稻田土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌群落结构的变化。结果显示:稻田土壤具有丰富的氨氧化细菌和氨氧化古菌资源。水稻生长过程中土壤氨氧化细菌群落组成较为稳定,只表现出水稻生长前期(苗期、分蘖期)和中后期(孕穗期、成熟期)间存在一定差异。而土壤氨氧化古菌群落组成变化较大,在水稻生长的苗期、分蘖期、孕穗期和成熟期4个时期间均存在一定差异。在水稻生长过程中,土壤氨氧化细菌群落多样性指数无显著性变化,但氨氧化古菌群落多样性指数随水稻生长明显提高,孕穗期后才达到平稳。水稻生长前期土壤硝化势也具有显著上升趋势,孕穗期时达到最高,而后有所下降。土壤硝化势与氨氧化古菌群落多样性指数具有显著正相关性,与氨氧化细菌没有相关性。研究表明,氨氧化古菌对红壤稻田土壤硝化作用的影响程度较大,证实了氨氧化微生物尤其是氨氧化古菌在稻田土壤微生物组成及其生态系统功能中的重要性。     

红壤稻田不同生育期土壤氨氧化微生物群落结构和硝化势的变化

以福建省红壤稻田土壤为对象,通过提取土壤总DNA,利用特异引物进行PCR(聚合酶链反应)扩增和DGGE(变性梯度凝胶电泳)并结合DNA克隆测序,研究了水稻生长过程中稻田土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌群落结构的变化。结果显示:稻田土壤具有丰富的氨氧化细菌和氨氧化古菌资源。水稻生长过程中土壤氨氧化细菌群落组成较为稳定,只表现出水稻生长前期(苗期、分蘖期)和中后期(孕穗期、成熟期)间存在一定差异。而土壤氨氧化古菌群落组成变化较大,在水稻生长的苗期、分蘖期、孕穗期和成熟期4个时期间均存在一定差异。在水稻生长过程中,土壤氨氧化细菌群落多样性指数无显著性变化,但氨氧化古菌群落多样性指数随水稻生长明显提高,孕穗期后才达到平稳。水稻生长前期土壤硝化势也具有显著上升趋势,孕穗期时达到最高,而后有所下降。土壤硝化势与氨氧化古菌群落多样性指数具有显著正相关性,与氨氧化细菌没有相关性。研究表明,氨氧化古菌对红壤稻田土壤硝化作用的影响程度较大,证实了氨氧化微生物尤其是氨氧化古菌在稻田土壤微生物组成及其生态系统功能中的重要性。     

水稻生育期内红壤稻田氨氧化微生物数量和硝化势的变化

利用荧光定量PCR(Real-timePCR)技术,通过特异引物检测amoA基因拷贝数分析了水稻不同生育期红壤稻田土壤中氨氧化细菌(Ammonia oxidizing bacteria,AOB)和氨氧化古菌(Ammonia oxidizing archaea,AOA)的数量变化,并测定了土壤潜在硝化势。结果显示:红壤稻田土壤中AOA数量显著高于AOB,二者比例在1.6～120.7之间;红壤稻田根层土中AOA数量显著高于表土,随水稻生长根层和表土中AOA数量均逐渐增加,且根层土中增加幅度更大;在水稻生长前期表土中AOB数量较多,孕穗期后根层土中AOB数量显著增加且高于表土。水稻生长期内土壤潜在硝化势也具有逐渐增加趋势,且根层土潜在硝化势增加幅度更大。根层土中潜在硝化势与AOB和AOA数量均呈显著正相关,而表土中潜在硝化势只与AOA数量存在显著正相关。研究表明,红壤稻田土壤中AOA数量更为丰富,且与硝化作用的关联程度更为密切,证实了氨氧化微生物在红壤稻田土壤微生物组成及其生态系统功能中的重要性。     

落干对表层水稻土氮素转化及关键功能微生物丰度的影响

落干过程中稻田土壤氮素转化发生显著变化,但表层土壤不同层次的氮素转化特征及相关机制尚不清楚。通过室内土壤培养试验,探讨了落干过程中(9 d)上表层(0～5 cm)和下表层(5～10 cm)水稻土氧化还原电位(Eh)、土体氧化亚氮(N2O)浓度和排放通量等的动态变化特征,并利用实时荧光定量PCR测定氨氧化基因(古菌amoA和细菌amoA)和硝酸盐还原酶基因(narG和napA)的丰度变化。结果表明,经9 d落干上表层水稻土Eh由-200 mV上升至500 mV左右,而下表层在-200～0 mV之间波动。上表层水稻土NH4+-N含量下降速率和NO^3--N含量上升速率分别是下表层的2.8和1.8倍。落干过程中,上表层水稻土氨氧化作用可能是由氨氧化细菌(AOB)主导的,而驱动硝酸盐还原作用可能以含napA基因反硝化微生物为主。     

不同pH和氧气条件下土壤古菌与海洋古菌的竞争适应机制

pH和氧气是古菌氨氧化活性的关键限制因子。然而,复杂土壤中不同古菌生态型（土壤古菌和海洋古菌）对pH和氧气的竞争适应规律尚未有相关报道。选择活性氨氧化古菌（ammonia-oxidizing archaea, AOA）为类海洋古菌Group1.1a-associated的酸性森林土（ pH5.40）和活性氨氧化古菌为土壤类古菌Group 1.1b的碱性水稻土（ pH8.02）,调节混合土壤pH和氧气浓度;设置稳定性同位素核酸探针实验,通过微宇宙室内培养,监测土壤硝化强度;利用实时荧光定量qPCR和454高通量测序研究pH和氧气对土壤氨氧化古菌和细菌的影响规律。结果表明：pH3.8下没有硝化作用发生,而pH6.0和7.6则发生了强烈硝化作用,且高氧环境下硝化作用强于低氧环境;加底物培养后,氨氧化古菌数量明显增加;活性氨氧化古菌几乎全为土壤类古菌Group 1.1b。研究表明：尽管氧气对硝化作用也有一定影响,但pH是影响硝化作用的主要因素;与类海洋古菌相比,土壤类古菌Group?1.1b更能适应高氧和低氧的碱性土壤环境,因此具有更强的竞争力。     

两个水稻品种根际土壤细菌和氨氧化细菌的群落结构差异

通过根盒试验比较了籼稻汕优63和粳稻武运粳7号苗期不同采样期根际土和土体土壤的硝化强度以及氨氧化细菌数量的差异,并且采用16S rDNA PCR-DGGE(Denaturing gradient gel electrophoresis)指纹图谱技术比较分析了上述两种水稻苗期不同采样期根际和土体土壤中细菌及其氨氧化细菌的群落结构变化。结果表明,两个水稻品种根际土壤中硝化强度和氨氧化细菌的数量随着生育期的延长均表现出一定的正相关性,汕优63籼稻根部土壤中的细菌和氨氧化细菌的丰富度和群落变化特征随着水稻生育时期的延长较武运7号粳稻的变化更为多样,说明籼稻品种根系和根际硝化作用更强,在其根系附近会产生更多的硝态氮。这种差异性严重影响水稻植株对氮素的利用效率。     

中性紫色水稻土硝化作用中细菌和古菌的相对贡献

不同的硝化抑制剂对硝化作用的强度以及氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archeae,AOA)和氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)丰度可以产生不同的影响,因此可推算AOA和AOB在硝化作用中的相对贡献。本研究选取硝化过程中AOA和AOB共同起作用的中性紫色土为研究对象,分析不同硝化抑制剂对土壤硝化势以及AOB和AOA的丰度的影响。结果发现,烯丙基硫脲(Allylthiourea,ATU)、2-苯基-4,4,5,5,-四甲基咪唑烷-1-氧-3-氧化物(2-carboxyphenyl-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl3-oxide,PTIO)、辛炔(Octyne、C_8)均可显著降低影响土壤的硝化作用。PTIO显著降低AOA的丰度(约40%),对AOB没有显著影响;ATU和C_8显著降低AOB的丰度(约50%),对AOA没有显著影响。通过计算,该土中AOA与AOB对硝化作用的相对贡献率分别为7.5%和55.6%。结果表明,在中性紫色土中AOA与AOB共同推动硝化作用,其中AOB起主导作用。