【摘 要】
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近年来,硝酸盐异化还原成铵(Dissimilatory reduction of nitrate to ammonium,DNRA)作用作为土壤氮循环中的一大研究热点,在海洋、湖泊、湿地以及污泥中被广泛研究,但在设施土壤生态系统中的DNRA过程鲜有报道。本论文在沈阳农业大学长期定位施肥试验的基础之上(常年栽培作物为番茄‘美胜’),在不同施肥条件下(即常年不施肥处理N0,单施氮肥处理N1,单施二倍氮
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近年来,硝酸盐异化还原成铵(Dissimilatory reduction of nitrate to ammonium,DNRA)作用作为土壤氮循环中的一大研究热点,在海洋、湖泊、湿地以及污泥中被广泛研究,但在设施土壤生态系统中的DNRA过程鲜有报道。本论文在沈阳农业大学长期定位施肥试验的基础之上(常年栽培作物为番茄‘美胜’),在不同施肥条件下(即常年不施肥处理N0,单施氮肥处理N1,单施二倍氮肥处理N2,单施有机肥处理MN0,有机肥配施氮肥处理MN1,有机肥配施二倍氮肥处理MN2),利用分子生物学手段对设施菜田中DNRA的功能基因进行高通量测序,分析了DNRA细菌群落组成、菌群多样性以及与其它的理化因子和生物学特性的相关性。旨在明确DNRA菌群与土壤肥力之间的关系,同时为合理利用肥料提供研究基础。本论文主要研究结果如下:1.在土壤基本理化因子方面,长期有机肥配施氮肥能够缓解土壤酸化情况,降低土壤容重,提高土壤保水能力,改善土壤孔隙度。同时提高了土壤的养分含量以及微生物量含量。综合来看,以有机肥配施一倍氮肥效果最佳;长期单施氮肥提高了土壤中铵态氮含量和硝态氮含量,并且使土壤酸化程度加重。2.在土壤碳氮循环相关酶活性方面,长期有机肥配施氮肥条件下可显著提高土壤中水解酶的活性;长期单施氮肥以及过量单施氮肥条件下可显著提高土壤中的硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶以及羟胺还原酶活性,配施有机肥处理得到结果与之相反;土壤综合水解酶活性由大到小顺序为:MN2>MN0>MN1>N1>N0>N2。3.在DNRA以及反硝化基因丰度方面,N2以及有MN2在一定程度上抑制了土壤中nirS、nirK、nosZⅠ、nrfA基因拷贝数,整体来看,MN1处理所包含的基因拷贝数最多,其次为MN0。4.通过高通量测序分析,在所有试验处理中共定义到5个门,分别为变形菌门(Proteobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、放线菌门(Actinobacteria)以及其它存在但未被分类菌门(Others)。其中疣微菌门和硝化螺旋菌门为所有处理中占主导地位的菌门。在所有处理中共定义到12个属,其中丰度最高的是未被分类菌属(unclassified_d__Bacteria)其次为厌氧粘细菌属(Anaeromyxobacter)、硝化螺菌属(Nitrospira_f__Nitrospiracea)、乳杆菌属(Lacunisphaer)、原囊菌属(Archangium)、粘球菌属(Myxococcus)等。整体上,粘细菌属和未被分类菌属为设施土壤DNRA中的优势菌群。5.相关性分析研究表明,土壤理化性质与酶活性之间有密切相关性,在所有处理中,四种水解酶活性均与所测理化指标显著相关;硝酸盐还原酶与全氮和容重显著相关;亚硝酸盐还原酶与总有机碳、有机质、微生物量碳氮显著相关;羟胺还原酶与总有机碳、硝态氮、容重、有机质、全氮、微生物量碳氮显著相关。6.对DNRA菌群多样性产生影响的环境因素包括有机质、硝态氮、含水量、容重、p H值、碳氮比等,其中DNRA菌属与碳氮比呈显著正相关;DNRA菌群与脲酶、过氧化氢酶、纤维素酶、亚硝酸盐还原酶以及羟胺还原酶活性联系最为密切。根据菌属来看,堆囊粘细菌属(Sorangium)与碳氮循环相关酶活性相关性最为密切,且与各酶活性之间呈显著正相关。
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