【摘 要】
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氧化亚氮（N2O）是一种能长久滞留于大气并引发全球气候变化的痕量温室气体,主要由微生物参与的氮循环过程排放,是土壤氮素转化和损失的重要途径。我国西部黄土高原地区生态环境恶劣,常年水土流失导致土壤质量严重退化,土壤养分贫瘠。紫花苜蓿（Medicago sativa）因其抗旱、耐贫瘠、优质、高产的特性,再加上其根系较强的结瘤固氮作用,对该地区生态修复和土壤质量恢复起着重要作用。目前针对黄绵土区苜蓿地N
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氧化亚氮（N2O）是一种能长久滞留于大气并引发全球气候变化的痕量温室气体,主要由微生物参与的氮循环过程排放,是土壤氮素转化和损失的重要途径。我国西部黄土高原地区生态环境恶劣,常年水土流失导致土壤质量严重退化,土壤养分贫瘠。紫花苜蓿（Medicago sativa）因其抗旱、耐贫瘠、优质、高产的特性,再加上其根系较强的结瘤固氮作用,对该地区生态修复和土壤质量恢复起着重要作用。目前针对黄绵土区苜蓿地N2O排放多集中于理化性质介导的排放通量研究,由微生物主导的N2O排放机制研究较少。因此,本研究以黄土高原半干旱区不同种植年限(L2019、L2012、L2003)人工苜蓿草地为研究对象,农田（玉米地）作为对照,采用静态箱-气相色谱仪法测定了农田和苜蓿地N2O排放通量和累计排放量,同时借助Illumina Mi Seq高通量测序技术研究土壤反硝化功能基因nirK和nirS群落结构、丰度及多样性,并基于分子生态网络和群落构建机制,揭示两种具有亚硝酸还原功能的反硝化微生物在土壤中的分布特征及其生存策略,探究长期种植苜蓿土壤反硝化微生物群落对N2O排放的作用机制。主要结果如下:（1）黄土高原半干旱区农田和苜蓿地均表现为N2O排放源,在两年观测期内,L2019、L2012、L2003处理累计排放量分别为7.73 kg·hm-2、8.81 kg·hm-2、9.67kg·hm-2,农田N2O累计排放量为10.84 kg·hm-2,农田N2O累计排放量显著高于苜蓿地,苜蓿地N2O累计排放量随苜蓿种植年限的延长显著增加。（2）黄绵土nirK和nirS反硝化基因丰度分别为4.91×10~7～6.33×10~7copies·g-1干土和1.02×10~7～1.86×10~7 copies·g-1干土,nirK反硝化基因丰度显著高于nirS反硝化基因丰度;随苜蓿种植年限延长,nirS反硝化基因丰度显著增加（P＜0.05）,而nirK反硝化基因丰度无显著变化。（3）黄绵土nirK和nirS型反硝化细菌主要隶属于变形菌门,相对丰度分别为36.98%～68.22%、48.21%～66.19%,其中nirK型反硝化细菌优势属为副球菌属（Paracoccus,1.09%～39.94%）、无色杆菌属（Achromobacter,0.07%～12.50%）、中华根瘤菌属（Sinorhizobium,0.50%～7.60%）和Bosea（0.93%～2.55%）,nirS型反硝化细菌优势属为罗河杆菌属（Rhodanobacter,1.42%～5.20%）。土壤有效磷（P=0.006）是驱动nirS型反硝化细菌群落变异的主要因子,而土壤水分（P=0.002）和有机碳（P=0.020）是nirK型反硝化细菌群落结构变异的主要影响因子。（4）零模型和中性群落模型结果表明,随机性过程主导nirK型和nirS型反硝化细菌的群落组装过程,但与农田相比,苜蓿地随机性过程增加而确定性过程下降。随机性过程对nirS型反硝化细菌群落组装的贡献度（68.2%）高于nirK型反硝化细菌（52.6%）,使得nirS型反硝化细菌比nirK型具有更为稳定复杂的网络结构。（5）土壤硝态氮是影响N2O排放的主要因子,nirS型反硝化细菌罗河杆菌属（Rhodanobacter,r=0.566）和Azospira（r=0.657）是影响N2O排放的主要反硝化微生物类群。综上所述,在土壤环境因子和反硝化微生物的共同作用下,黄土高原半干旱区农田和苜蓿地均为N2O排放源,nirK反硝化基因在黄绵土中占据绝对优势,但nirS型反硝化细菌具有更为稳定复杂的网络结构且对土壤环境响应更为敏感,主导了土壤N2O排放。
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