长期缺素施肥及石灰石膏施用对江西鹰潭红壤反硝化微生物功能基因丰度的影响

反硝化功能基因丰度是决定温室气体氧化亚氮(N₂O)排放潜力的重要生物因素。反硝化功能基因主要包括产生N₂O的关键基因nirK和nirS,以及将N₂O还原成氮气的基因nosZ I和nosZ II。本研究利用实时荧光定量PCR,研究了32年缺施氮(N)、磷(P)或钾(K)肥,以及施用石灰、石膏处理下江西鹰潭红壤反硝化功能基因的丰度,分析了其关键影响因素。结果表明: 与平衡施肥的NPK处理相比,缺施P肥显著降低了nirK、nirS、nosZ I和nosZ II基因丰度;缺施N肥显著降低了nirK、nosZ I和nosZ II丰度,对nirS丰度无显著影响;缺施K肥则对反硝化功能基因丰度无显著影响。逐步回归和随机森林分析表明,土壤pH值是影响旱地红壤nosZ I和nosZ II基因丰度的关键环境因子。施用石灰或石灰+石膏提高了土壤pH值,进而显著提高了nosZ II基因丰度和nosZ II/nosZ I比值,增幅分别为151%～233%和127%～155%。旱地红壤施用石灰或石灰+石膏更有利于nosZ II型N₂O还原菌生长,可能提高nosZ II在N₂O还原中的相对重要性。缺施P肥对红壤反硝化功能基因丰度的负面影响最大,而施用石灰或石灰+石膏可以提高nosZ II丰度和nosZ II/nosZ I比值,有利于降低红壤N₂O排放潜力。     

亚热带米槠天然林土壤氨氧化微生物对模拟氮沉降的响应

我国亚热带地区是全球氮沉降的热点区域。氮沉降会影响氨氧化微生物的丰度和群落结构,进而改变土壤微生物驱动的养分循环。目前对新近发现的完全氨氧化菌认识不足,极大地制约了对森林土壤氨氧化微生物响应氮沉降的整体认识。本研究以福建省三明市辛口镇格氏栲自然保护区长期模拟氮沉降处理土壤为研究对象,利用实时定量PCR方法,研究氨氧化微生物(包括氨氧化细菌AOB、氨氧化古菌AOA和完全氨氧化菌comammox Nitrospira),尤其是完全氨氧化菌的amoA基因丰度。模拟氮沉降处理包括:不添加N(CK)、低氮(添加40 kg N·hm^-2·a^-1,LN)和高氮(添加80 kg N·hm^-2·a^-1,HN)。结果表明: 8年的氮添加降低了土壤pH值和有机碳含量,提高了土壤硝态氮含量。供试土壤的AOB丰度低于检测限,无法获得目的片段。高氮处理显著提高了AOA丰度,但对完全氨氧化菌clade A和clade B丰度无显著影响。两种氮添加处理均降低了完全氨氧化菌/AOA值,表明氮添加降低了完全氨氧化菌在亚热带森林土壤氨氧化微生物类群中的相对竞争力。针对完全氨氧化菌clade A和clade B的扩增都存在非特异性产物,表明针对森林土壤的高特异性和覆盖度设计引物的必要性。Clade A和clade B丰度与总氮和铵态氮含量呈显著正相关,clade B丰度还与有机碳含量呈显著正相关。总之,模拟氮沉降提高了AOA在亚热带米槠天然林土壤硝化过程中的相对重要性,这些发现可为该地区应对全球变化和氮沉降的风险评估提供理论依据。     

长期施用猪粪对红壤完全氨氧化菌基因丰度的影响

完全氨氧化菌(comammox Nitrospira)的发现对硝化微生物的研究提出了新的挑战。大量研究表明完全氨氧化菌在陆地生态系统中广泛分布,但其在农田土壤中的分布规律及其对长期施用粪肥的响应尚不清楚。研究了长期施用猪粪对农田红壤完全氨氧化菌、氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)功能基因(amoA)丰度的影响,及其与土壤净硝化速率的关系。结果表明：与不施肥的对照处理相比,猪粪施用显著提高土壤有机质和养分含量,且随着猪粪的施用量增加而增加。同时,施用中量和高量猪粪显著提升土壤净硝化速率,增幅分别达到317%和416%。所有处理中,完全氨氧化菌丰度以进化枝A为主,进化枝B丰度极低,大多为非特异性扩增产物,但进化枝A的amoA丰度均低于氨氧化古菌和氨氧化细菌。长期施用高量猪粪显著提升进化枝A的amoA基因丰度,表明存在喜好富营养环境的完全氨氧化菌,而有效磷是最主要的影响因子。相关性分析表明,进化枝A的amoA丰度与净硝化速率呈显著正相关(P<0.01),而氨氧化古菌和氨氧化细菌则没有,表明进化枝A可能在长期施用粪肥的农田红壤硝化过程中发挥重要功能。综上所述,长期施用粪肥显著提高...     

旱地红壤反硝化功能基因丰度对长期施肥的响应

农田施肥会影响土壤微生物驱动的氮素转化和氧化亚氮(N₂O)排放。基于32年的长期肥料定位试验,研究了旱地红壤反硝化功能基因(nirS、nirK、nosZ I和nosZ II)对不同长期施肥处理的响应及其关键影响因素。试验包括6个处理,分别为不施肥(CK)、单施化肥、化肥+花生秸秆、化肥+水稻秸秆、化肥+萝卜菜和化肥+猪粪。结果表明: 与单施化肥相比,化肥和有机物料配施可以有效缓解红壤酸化、提高土壤有机碳含量,其中以化肥和猪粪配施的效果最好。长期施肥对nirK基因丰度没有显著影响,但显著影响nirS基因丰度;与CK相比,长期单施化肥可显著增加nirS基因丰度,增幅达426%,但与单施化肥相比,化肥和有机物料配施降低了nirS基因丰度。旱地红壤中nosZ I基因丰度远高于nosZ II基因丰度,表明nosZ I在酸性红壤中占主导地位;长期施肥对nosZ II基因丰度没有显著影响。但长期施用化肥+猪粪显著提高了nosZ I基因丰度,增幅为138%。逐步回归分析表明,有效磷含量是影响nosZ I基因丰度的关键环境因子,而nosZ II基因丰度则主要受硝态氮含量的影响。化肥和猪粪配施处理的(nirS+nirK)/(nosZ I+nosZ II)值最低,表明化肥和猪粪配施可能会降低旱地红壤的N₂O排放能力。