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目前,厌氧氨氧化(Anammox)过程作为公认的脱氮途径,广泛存在缺氧的自然环境中,但它在稻田土壤氮素循环的作用和地位仍缺乏深入了解。本项研究在借鉴国内外在陆地生态系统中Anammox活性等方面的研究成果的基础上,以水旱轮作稻田土壤Anammox过程为主线,联合室内培养和长期定位肥料试验基础,运用15N同位素示踪技术、荧光定量PCR、DNA-SIP、克隆文库和高通量测序等先进技术,探究水旱轮作体系土壤Anammox对氮气产生的贡献、Anammox微生物丰度和群落结构及其影响因素等。主要研究结果如下:1)结果表明:无论是小麦季还是水稻季均检测到了 Anammox活性,而且种植季节之间存在显著差异,其中水稻季Anammox速率为0.9nmolN2·g-1-h-1,小麦季为0.46 nmol N2·g-1·h-1,不同施肥处理之间差异不显著。从全年来看,水旱轮作过程中土壤中通过Anammox反应流失的氮含量占总氮气生成量的3.15%-9.62%。进一步对Anammox细菌丰度进行分析,发现水稻和小麦季均测检到了高丰度的Anammox细菌,长期不同施肥处理条件下Anammox细菌的丰度表现为:猪粪堆肥配施化学肥料(PMCF)>秸秆还田配施化学肥料(SRCF)和化学肥料(CF)>不施肥(CK)。Anammox肼合成酶β亚基(hzs-β)基因序列分析表明,在水稻种植季节,Anammox 细菌与 Ca.Brocadia,Ca.Scalindua 和 Caa.Jettenia 属同源性较高。相比之下,所有的Anammox肼氧化酶(hzo)基因仅与Ca.Brocadia属表现出较高的同源性,表明hzs基因比hzo基因有更高的敏感性。PMCF处理中的序列与Ca.Jettenia和Ca.Brocadia有较高的同源性,并显示出最高的多样性。2)通过实验室培养实验研究了不同有机碳源(无外源碳施用(CK)、施用尿素(UR)、施用秸秆(SR)、施用猪粪(PM)、施用淀粉(ST)和施用葡萄糖(GL))对Anammox过程和活性的影响。结果显示,添加不同有机碳源进行培养之后,Anammox过程的氮气产生速率和对氮气的贡献率在1.04-3.19 nmol N2·g-1·h-1和4.22%-22.25%。虽然所有处理中均能检测到Anammox活性,但各处理产生氮气量不同,CK处理Anammox速率最高,其他添加有机碳源之后的Anammox速率较低,差异显著,说明有机碳源的添加对Anammox活性具有显著的抑制作用,同时有机碳对反硝化活性具有显著的促进作用。碳源添加对Anammox速率的影响如下:GL>ST,UR>SR。定量PCR结果表明,不同有机碳源均对Anammox微生物丰度具有一定的抑制作用,但PM处理对Anammox丰度的影响最小。选取活性最高的PM和CK处理的13C-Anammox肼合成酶β亚基(hzs-β)功能基因序列进行DNA-SIP分析,发现活性厌氧氨氧化细菌与Ca.Brocadia属具有较高的同源性。3)利用长期定位试验土壤,通过室内培养试验,研究了不同水分状态及溶解氧浓度(70%FC、干湿交替(淹水7天,落干7天)、淹水Ⅰ:溶解氧浓度为5.8 mg·L-1、淹水Ⅱ:溶解氧浓度为2.6 mg·L-1)对土壤Anammox过程的影响。结果表明,Anammox速率范围在0.56-1.47nmolN2·g-1·h-1之间。70%田间持水量(70%FC)处理中的Anammox速率最低(0.61 nmol N2.g 1·h-1),淹水Ⅱ处理最高(].14 nmol N2·g-1·h-1);说明溶解氧含量较高时会降低Anammox速率。水分处理会明显增加Anammox细菌数量,不论是干湿交替还是淹水处理,Anammox细菌丰度较高,不同施肥处理中,CF和SRCF处理中Anammox细菌hzs-β基因拷贝数较高。Anammox细菌群落结构在不同水分处理后差异并不明显,绝大部分Anammox细菌与Ca.Brocadia属具有较高的同源性,Ca.Jettenia属数量较少。