论文部分内容阅读
硝化作用是氮素循环中的关键步骤,决定土壤中氮素的可利用性,主要由氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)、氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)和亚硝酸盐氧化菌(Nitrite-oxidizing bacteria,NOB)等微生物完成,氨氧化是硝化作用的第一步,也是限速步骤。我国干旱区半干旱区面积占国土总面积的42%以上,受水分和氮素等营养元素的限制,生态环境十分脆弱。干旱区土壤中硝化微生物的群落组成和活性受诸多因素的影响,但目前对其研究较少。本研究以西北干旱区三种典型生态环境(湿地、荒漠草原和沙地)的土壤硝化微生物为研究对象,通过测定硝化潜势和硝化反应动力学特征,结合氨氧化功能基因amoA基因的丰度和高通量测序结果,分析了三种不同生态环境中AOA和AOB的活性、丰度和群落结构特征。此外,通过在荒漠草原设置禁牧和尿素添加两种处理,研究了放牧和氮添加对AOA和AOB活性和群落结构的影响,为揭示干旱区荒漠草原硝化微生物对全球气候变化的响应机制提供理论依据。得到以下主要结果:1.抑制真菌的活性后,氨氧化活性没有显著变化,说明干旱区三种典型生态环境中真菌对氨氧化作用的贡献都很小,主导氨氧化过程的是AOA和AOB。2.荒漠草原中AOB活性和丰度较高,由其主导氨氧化过程;在湿地和沙地中,AOA是氨氧化过程的主要贡献者,并且湿地中AOA丰度和氨氧化活性都显著高于沙地中的AOA。3.干旱区三种典型生态环境土壤硝化微生物的群落结构存在显著差异:湿地AOA以Group1.1b为主,荒漠草原和沙地中以Group1.1b和ThAOA为主,湿地AOB以Nitrosomonas和Nitrosospira为主,荒漠草原和沙地中以Nitrosospira为主,三种生态环境中亚硝酸盐氧化菌的优势菌群均为Nitrospira。4.土壤pH、电导率、含水量和有机质含量是影响干旱区氨氧化微生物活性、丰度和群落结构的主要环境因子。5.轻度放牧导致荒漠草原土壤酸化,有机质含量增加,促进了异养型或兼养型AOA的生长,其活性和丰度增加,而AOB的群落功能没有发生改变,可能是由于其优势菌群不受放牧影响。6.经过三年尿素添加,土壤电导率增加,氨态氮含量增加,AOA活性和丰度显著增强,推测可能促进了具有脲酶活性或者适合高氨环境的AOA的生长,而干旱区荒漠草原具有脲酶活性的AOB丰度可能很低,才导致AOB并没有明显地响应氮添加。