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我国亚热带地区面积辽阔,占国土面积的21%,是重要的工农业生产区。该地区的酸性土壤在世界上占有独特的地位,具有高度风化、土壤氧化势高、酸性强等的特点。研究该地区酸性土壤硝化微生物、硝化作用及其驱动机制对环境保护及农业生产具有重要意义。本研究以江西省红壤生态试验站长期定位施肥玉米试验田为依托,采集不施肥对照(CK)、氮肥(N)处理、氮磷钾肥(NPK)处理和有机肥(OM)处理的土壤为研究对象,利用qPCR、PCR-DGGE、克隆文库等分子生态学技术,研究不同施肥处理对土壤AOA和AOB群落丰度与组成的影响,并分析其环境驱动因子；设置稳定性同位素核酸标记(DNA-SIP)微域培养试验,结合上述分子生态学技术探明长期施肥对功能“活跃的”AOA和AOB类群(群落组成)及相对丰度的影响。研究结果如下：(1)长期施肥明显改变了土壤AOA和AOB丰度,AOA与AOB丰度比也随之发生显著变化。OM处理的土壤AOA丰度显著高于其他三种处理土壤,而N处理和NPK处理的AOA丰度显著高于CK土壤。OM处理AOB的丰度最高,显著高于其他施肥处理的土壤,CK、N处理和NPK处理的土壤之间AOB丰度没有显著差异。(2)基于amoA的DGGE指纹图谱显示,施肥改变了AOA的群落组成。与CK相比,OM处理土壤比N和NPK处理土壤AOA群落结构发生了更明显的变化。CK、N、NPK处理土壤中的主要AOA类群是Group 1.1b(分别为61.82%、50.91%、58.18%),剩下的是Group 1.1a associated类群；OM处理中的AOB类群是Cluster3和Cluster9分别占93.33%和6.67%。相关性分析表明,土壤pH、有机质碳、总氮、铵态氮等是导致AOA和AOB丰度和AOA群落结果变化的主要环境因子。(3)基于DNA-SIP微域培养试验发现,不同施肥处理土壤AOA和AOB对自养硝化作用的相对贡献发生了变化,OM处理显著改变了土壤功能“活跃的”氨氧化微生物群落。CK、N. NPK处理土壤功能“活跃的”氨氧化微生物为AOA,这三种处理土壤中功能“活跃的”AOA类群主要是Group 1.1a associated,其比例分别为92.73%、100%、98.18%；而OM处理土壤功能“活跃的”氨氧化微生物却为AOB,其中Cluster 3 占 45%、Cluster 9占55%。本研究还利用i5N同位素富集技术,测定亚热带酸性森林土壤的自养硝化速率,分别选取自养硝化速率差异较大的阔叶林和针叶林土壤共四个土壤样品,联合DNA-SIP技术,来分析不同植被、不同硝化速率森林土壤的硝化作用由AOB占主导还是AOA占主导,并分析其群落丰度及组成。研究结果如下：(1)不同植被覆盖的森林土壤自养硝化速率不同。其中阔叶林土壤B1自养硝化速率最高可达1.08 μg N g-1 soil d-1, B4最低,接近于0；针叶林土壤中的自养硝化速率C2最高,为037μgNg-1 soil d-1,C5最低仅为0.021μg N g-1 soil d-1。(2)自养硝化速率不同的森林土壤氨氧化微生物群落也不相同。B1、B4、C2、C5土壤AOB的丰度远低于AOA; AOA与自养硝化速率呈显著正相关,因此推测该土壤自养硝化群体中AOA占据主导地位。AOA群落结构差别也很大,硝化速率高的B1和C2土壤的条带数要多于硝化速率低的B4、B5条带数,共有的优势类群属于Group 1.1a-associated,其他条带属于Group 1.1b。(3)利用稳定性同位素标记技术培养56天后,AOA和AOB的丰度在四种土壤中发生了不同的变化,阔叶林土壤B4 AOA的amoA基因拷贝数显著升高,B1 AOA的amoA基因拷贝数变化不明显；针叶林土壤反而有降低的趋势,但都比乙炔抑制的拷贝数高。AOB即使在尿素刺激后仍然低于检测限。分层后检测发现,四个土壤的AOA均利用了13C底物,“活跃的”AOA均包含Group 1.1a-associated, B1和C2中仅有1.9%和3.4%“活跃的”AOA属于Group 1.1b类群。(4)结合长期定位施肥农田土壤研究结果分析发现,亚热带酸性土壤AOA和AOB的丰度与pH和NH3呈显著正相关。因此,这两个因素是驱动亚热带酸性土壤氨氧化微生物群落组成的重要环境因素。同时,pH和NH3浓度是影响AOA和AOB相对贡献率的主要环境因子,AOA的贡献率与pH和NH3浓度呈显著负相关,AOB的贡献率与pH和NH3浓度呈显著正相关。综上所述,在酸性环境(CK, N、NPK、B1、C2土壤,pH<5.5)的土壤中,NH3底物浓度较低(<100 nM),功能“活跃的”氨氧化微生物主要为AOA,且主要类群为Group 1.1a-associated(该类群属于海洋源AOA,在低营养的极端环境中具有竞争性)；而在近中性的土壤中(OM土壤,pH6.4),NH3底物浓度相对较高(36577 nM), AOB占据主导,且主要类群为Cluster 3。可见,江西酸性红壤氨氧化微生物的群落分布和生态功能受不同土地利用方式和管理措施的影响,而pH、NH3底物浓度是决定氨氧化微生物群落分布和生态功能的主要环境因子。