氮肥用量對(duì)設(shè)施栽培蔬菜土壤氨氧化微生物及氨氧化作用的影響.pdf

1、土壤硝化作用是微生物主導(dǎo)的氮素(N)轉(zhuǎn)化過(guò)程，聯(lián)系著N礦化-生物固持、反硝化等作用。自養(yǎng)氨氧化是硝化作用最基本的步驟，也是將NH3氧化為NO3-過(guò)程中的限速步驟，這一過(guò)程對(duì)植物養(yǎng)分的供應(yīng)和全球N循環(huán)具有重要意義。設(shè)施栽培蔬菜地是高度集約化利用的種植模式，投入的化肥、農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)化學(xué)品長(zhǎng)期處于較高水平。不合理施肥，特別是大量施用氮肥已造成了設(shè)施栽培蔬菜土壤酸化和次生鹽漬化，降低了氮肥利用效率，并引發(fā)了地下水NO3-污染的風(fēng)險(xiǎn)。夏季休閑或種植

2、填閑作物可以緩解土壤酸化和次生鹽漬化，減少N淋洗損失，防止地下水NO3-污染。然而，到目前為止，氮肥用量、夏季休閑及種植填閑作物對(duì)設(shè)施栽培蔬菜土壤微生物群落和多樣性的影響仍不清楚，對(duì)N循環(huán)關(guān)鍵微生物及其過(guò)程的影響尚不明確。
　　本論文選取處于太湖地區(qū)的宜興市設(shè)施栽培蔬菜地，以大棚蔬菜番茄、黃瓜和芹菜的輪作土壤為主要研究對(duì)象，施氮量是以當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶傳統(tǒng)用量為基礎(chǔ)，試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理;(1)N0:不施化肥氮。(2)N348:根據(jù)農(nóng)民傳統(tǒng)施氮（

3、純N，下同）量減少60％，番茄、甜玉米、黃瓜和芹菜的施氮量分別為120、0、108和120kg/hm2。(3)N522:根據(jù)農(nóng)民傳統(tǒng)施氮量減少40％，番茄、甜玉米、黃瓜和芹菜的施氮量分別為180、0、162和180 kg/hm2。(4)N696:根據(jù)農(nóng)民傳統(tǒng)施氮量減少20％，番茄、甜玉米、黃瓜和芹菜的施氮量分別為240、0、216和240kg/hm2。(5)N870:對(duì)照處理，根據(jù)試驗(yàn)所在地農(nóng)戶的平均施氮水平確定，番茄、甜玉米、黃瓜和芹

4、菜的施氮量分別為300、0、270和300kg/hm2。本研究采用磷脂脂肪酸(PLFA)方法和群落水平生理圖譜(CLPP)方法分析了不同氮肥用量下夏季休閑及種植填閑作物對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能多樣性的影響;通過(guò)室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)優(yōu)化了氨氧化勢(shì)(Potential ammonia oxidation)測(cè)定條件，分析了不同氮肥用量對(duì)土壤氨氧化勢(shì)的影響，利用定量PCR(Real-time PCR，qPCR)分析了不同氮肥用量下土壤氨氧化細(xì)菌(AO

5、B)和氨氧化古菌(AOA)的amoA基因拷貝數(shù);通過(guò)微宇宙培養(yǎng)試驗(yàn)，采用13C穩(wěn)定性同位素技術(shù)(DNA-SIP)及454高通量測(cè)序技術(shù)研究了AOB與AOA對(duì)氮素轉(zhuǎn)化的貢獻(xiàn)和機(jī)理。
　　結(jié)果顯示，不同氮肥用量對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)沒(méi)有明顯影響，較高氮肥用量(N696和N870)明顯降低了土壤微生物功能多樣性。夏季休閑及種植填閑作物甜玉米能緩解土壤酸化和次生鹽漬化，降低N淋洗損失，改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能多樣性，這可能與夏季休閑期間

6、揭棚進(jìn)行雨水淋洗去除部分NO3-及填閑作物吸收部分NO3-有關(guān)。在30℃和中性pH的培養(yǎng)條件測(cè)定土壤的氨氧化勢(shì)最為合適。長(zhǎng)期高量施氮肥(N870和N696)明顯降低了AOA和AOB amoA功能基因的數(shù)量。隨著氮肥用量的增加，土壤酸化加重，導(dǎo)致土壤氨氧化作用顯著降低，且較高氮肥用量(N696和N870)顯著降低AOB和AOA的氨氧化勢(shì)。相比較于AOB，AOA更加不適應(yīng)于施用過(guò)量氮肥的土壤環(huán)境。適宜氮肥用量(N522)的土壤中“活躍的”A

7、OA的群落豐度高于“活躍的”AOB，而傳統(tǒng)施氮(N870)土壤中“活躍的”AOB的群落豐度高于“活躍的”AOA。以上結(jié)果說(shuō)明在設(shè)施栽培蔬菜土壤氨氧化過(guò)程中AOA在適度施氮土壤(N522)中占主導(dǎo)作用，而AOB在氮素高度富集土壤(N870)中占主導(dǎo)作用。不同施氮量土壤的“活躍的”AOA和AOB的組成存在明顯差異。不施氮肥(N0)土壤的“活躍的”AOA79％為Group1.1a類群，21％為Group1.1b類群;適氮(N522)土壤“活躍

8、的”AOA72％為Group1.1b類群，27％為Group1.1 a-associated類群;傳統(tǒng)氮肥用量(N870)土壤的“活躍的”AOA100％為Group1.1 a-associated類群。不施氮肥(N0)土壤的“活躍的”AOB100％為Nitrosospira.sp.Nsp65-like group類群;適氮(N522)土壤的“活躍的”AOB78％為Nitrosospira.sp.Nsp65-like group類群，22

9、％為Nitrosococcus watsoniisp.nov.類群;傳統(tǒng)氮肥用量(N870)土壤的“活躍的”AOB88％為Nitrosococcus watsoniisp.nov.類群，12％為Nitrosospira.sp.Nsp65-like group類群。與不施氮(N0)相比，施氮肥以后，設(shè)施栽培蔬菜土壤中“活躍的”AOA、AOB均發(fā)生變化。較高氮肥用量(N696和N870)導(dǎo)致高量無(wú)機(jī)氮在土壤中積累，從而引起土壤次生鹽漬化和酸