【摘 要】
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为获取高额经济价值,设施农业普遍存在大量水肥投入的现象,尤其是氮肥投入高的问题尤为突出。设施生产的水氮投入通过影响土壤环境条件及相关微生物活性与数量,改变氮素供应的数量和形态,进而影响土壤氮转化过程和氨氧化微生物对硝化作用的相对贡献。因此,开展设施土壤水氮调控对硝化作用及氨氧化微生物影响的研究,对于探明水氮调控下设施土壤氮素转化特征及影响因素具有重要的理论依据。本研究基于连续8年设施水氮田间定位试
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为获取高额经济价值,设施农业普遍存在大量水肥投入的现象,尤其是氮肥投入高的问题尤为突出。设施生产的水氮投入通过影响土壤环境条件及相关微生物活性与数量,改变氮素供应的数量和形态,进而影响土壤氮转化过程和氨氧化微生物对硝化作用的相对贡献。因此,开展设施土壤水氮调控对硝化作用及氨氧化微生物影响的研究,对于探明水氮调控下设施土壤氮素转化特征及影响因素具有重要的理论依据。本研究基于连续8年设施水氮田间定位试验,分别选取3个施氮量N1、N2和N3(75、300和525kg.km-2、)和3个水灌水下限W1、W2和W3（25、35和45 k Pa）的表层土壤（0～20 cm）,对田间不同土壤灌水下限处理分别进一步用土壤田间持水量相对百分比控制土壤水分（W1:80%WHC、W2:60%WHC和W3:40%WHC）,通过室内试验及特异性乙炔抑制剂法,探究水氮耦合对设施农田土壤硝化作用及土壤氨氧化微生物（AOA、AOB）及全程氨氧化细菌（clade A、clade B）基因拷贝数的影响,主要研究结果如下:（1）水分、施氮量及二者交互不同程度影响微宇宙培养试验中设施土壤铵态氮含量、硝态氮含量、自养硝化和异养硝化速率及占总硝化速率的比例,60—80%WHC以自养硝化为主要途径,40%WHC以异养硝化为主。水氮耦合使得W1N3处理自养硝化速率最大,而W3N3处理异养硝化速率最大。自养硝化微生物AOA和AOB二者均与自养硝化速率呈显著正相关,且AOB与自养硝化速率的相关性更高,AOB对自养硝化的贡献更大。（2）不同水氮调控下设施土壤AOA的基因丰度均明显高于AOB,且两者的丰度值均高于全程氨氧化细菌分支Clade A和Clade B。除W3N1、W3N2和W3N3外,其余处理其全程氨氧化微生物以Clade A为主。水分、施氮量和水氮交互效应对土壤AOA、AOB和Comammox clade A基因丰度值的影响均达极显著差异,而水分仅对clade B有极显著影响（p＜0.01）。水分和水氮交互效应均极显著影响设施土壤硝化潜势。相关分析表明,土壤硝化潜势与AOA和AOB基因丰度值均存在极显著正相关,且与AOB相关性更高;Comammox clade B与p H和NH4+-N分别呈极显著正相关,全程氨氧化细菌Clade B喜欢高p H环境,对氨有更高亲和力。（3）水分、施氮量及水氮交互均不同程度影响氨氧化细菌（AOB）氨氧化古菌（AOA）对硝化作用的相对贡献,以AOB起主导作用。氨氧化细菌和氨氧化古菌驱动的硝化潜势与p H值呈极显著或显著负相关;氨氧化细菌与NH4+-N呈显著负相关。W3水分条件下,氨氧化细菌和氨氧化古菌驱动的硝化潜势均小于W1、W2水分处理。综上,水氮调控的设施土壤中氨氧化微生物表现为氨氧化古菌＞氨氧化细菌＞全程氨氧化细菌Clade A和Clade B基因丰度值。水氮调控的设施土壤中同时存在自养和异养两种硝化途径,自养硝化是主要的硝化途径;自养硝化微生物AOA和AOB共同驱动自养硝化,且AOB对自养硝化的贡献起主导作用。
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