红壤团聚体反硝化潜势与功能基因丰度关系的研究
反硝化作用是生态系统氮循环中的重要环节，它是土壤氮素损失的潜在因素之一，同时该过程产生的N2O也是导致全球气候变暖的温室气体之一。土壤团聚体是土壤组成的基本结构单元，长期人工施肥可能会调控土壤团聚体内的微生物群落结构和活性，从而对农田土壤中的反硝化作用产生显著影响，因此对不同土壤团聚体中反硝化作用潜力及其相关功能微生物种群丰度进行研究，有助于我们进一步揭示团聚体微环境对氮循环作用调控的微生物生态学机制。目前国际上报道的多数研究都低估了反硝化功能微生物的数量，因此客观上说反硝化微生物分布规律及其与反硝化作用的关系并不完全清楚，直接对不同大小土壤团聚体组分中反硝化功能微生物种群丰度和活性进行相关性分析的研究也并未见报道。 本文以不同施肥方式下3种不同粒径的红壤团聚体为研究对象，通过检测反硝化作用中硝酸盐还原菌、亚硝酸盐还原菌、N2O还原菌功能基因丰度与活性潜势的变化趋势，来解译土壤中反硝化微生物种群数量与功能的联系，并结合土壤团聚体的理化性质，探讨微环境对反硝化功能微生物数量和活性的影响。主要研究结果如下： （1）有机肥与无机肥混施处理中显示最高的反硝化总活性，尤以微团聚体内反硝化总活性最高。施加有机肥（MNPK和M处理）使得土壤团聚体中N2O排放潜势显著较高，单施无机肥次之，CK不施肥处理中的N2O排放潜势最低，此外，施肥处理下土壤大团聚体和微团聚体中的活性明显高于粉粘粒。N2O还原潜势与N2O产生潜势呈现出相似的趋势。线性模型分析结果显示，土壤环境因子中总磷、总氮分别是反硝化总活性、N2O产生潜势或N2O还原潜势最重要的预测参数。 （2）施肥及粒径尺寸显著影响反硝化菌数量的分布，其中narG、nirK-I、nirK-II、nirS-I、nosZ-I、nosZ-II基因的丰度受施肥方式显著影响，不同粒径团聚体中的基因丰度也有所差异。此外，除nosZ-II型反硝化菌并不总是在微团聚体内聚集外，其它所有反硝化基因都在微团聚体内有较高的丰度。线性模型的进一步分析表明，不同的功能基因丰度是由不同的土壤理化性质组合预测，这暗示不同类型的反硝化微生物生态位存在差异。与新引物相比，传统引物对反硝化微生物的数量评估有明显的低估，新的nirS引物所检测到的基因数量约是传统引物的23-1502倍；除NPK处理外，新的nirK引物检测到的nirK基因丰度是传统引物的1.74-6.04倍。进一步分析发现，反硝化总活性、N2O产生潜势、N2O还原潜势可被不同的功能基因参数所预测，这些参数包括，narG、nirS-I、nirK-I、nirK-III、nirK-I+nirK-II+nirK-III、nosZ-I、nosZ-I+nosZ-II。不同的活性、微环境范围所使用的基因参数不同。 综上所述，微团聚体是红壤反硝化微生物栖息的热区，反硝化总活性、N2O排放潜力受环境因素和不同类型反硝化微生物分布的双重影响。总体而言，红壤团聚体内反硝化过程是受微环境因子和不同类型反硝化微生物相互作用的结果。
红壤团聚体;反硝化潜势;功能基因;微生物丰度;种群数量
华中农业大学
硕士
农业资源利用
黄巧云
2018
中文
S154.36
70
2019-01-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）