硝化微生物在土壤团聚体中的分布及其对种植方式的响应

【目的】硝化微生物在农田土壤氮转化过程发挥重要作用,深入开展团聚体中硝化微生物分布研究,有助于揭示土壤结构-微生物-土壤营养元素循环间的相互影响机制。【方法】选取旱地黄棕壤为研究对象,比较了玉米连作（M-M）和玉米/花生轮作（M-P）两种种植方式下土壤团聚体的性质和硝化潜势（NP）的变化,并通过荧光定量PCR和高通量测序研究了团聚体中不同类型硝化微生物功能基因的丰度和群落组成差异。【结果】与M-M相比,M-P能够显著提高团聚体pH、NH4+和全碳（TC）含量。M-P使NP显著提高,但团聚体粒径对NP无显著影响。氨氧化细菌（AOB）amoA基因丰度在M-P中高于M-M,且在较小粒级团聚体中分布更多,而氨氧化古菌（AOA）和全程氨氧化细菌（Comammox）amoA基因的分布模式与AOB大致相反,表明AOB更能适应较小团聚体环境,而AOA和Comammox倾向在较大团聚体中占据竞争优势。此外,与M-M相较,M-P团聚体间AOA/AOB和Comammox/AOB比值的差异减小,表明轮作促使土壤硝化微生物在不同粒级间的分布更加均匀。进一步对属水平土壤团聚体硝化菌群落组成分析,结果显示M-P提高了Nitrolancea属亚硝酸盐氧化细菌（NOB）和Candidatus Nitrosocosmicus属AOA的占比,降低了Nitrospira属NOB的占比,对AOB各属无显著影响。而团聚体粒径仅对Nitrosospira属AOB的占比产生显著影响。NH4+含量和pH是影响土壤团聚体NP和硝化微生物群落变化的最主要因子。NP与AOB amoA基因丰度显著正相关,与AOA amoA基因丰度负相关。但在群落组成上,Nitrosospira属AOB,Candidatus Nitrosocosmicus属AOA和Nitrospira属NOB均与NP呈现正相关。【结论】土壤团聚体粒径和种植方式能较大程度影响硝化微生物的分布,然而,不同硝化微生物在团聚体间分异机制具有明显差异,该研究为完善禾豆轮作下土壤硝化微生物在微域环境的生态适应机制提供了理论支持。

Distribution Patterns of Nitrifiers within Soil Aggregates under Different Cropping Systems