论文部分内容阅读
【目的】硝化作用是由微生物驱动的氮素转化核心过程,氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)作为参与硝化作用的关键微生物,近年来备受国内外学者关注。通过田间试验研究咸水滴灌棉田土壤水盐和氮动态变化以及棉花氮素吸收,探讨不同灌溉水盐度和施氮量对硝化/反硝化细菌数量及酶活性的影响,阐明咸水滴灌棉田土壤AOA和AOB丰度及群落组成特征,揭示硝化作用与氨氧化微生物的内在联系,为咸水微咸水资源的合理利用以及氮素养分管理提供理论依据。【方法】2013~2014年在已连续开展4年咸水微咸水灌溉定位试验的基础上进行,试验设置灌溉水盐度和施氮量两个因素,其中灌溉水盐度(电导率,EC1:5)设置三个水平:0.35、4.61和8.04 dS m-1,分别代表淡水、微咸水和咸水三种不同盐度灌溉水类型(分别用FW、BW、SW表示)。施氮量设两个水平0和360 kg ha-1(分别用N0和N360表示)。【主要结果】(1)随着灌溉水盐度的增加,土壤水、盐和铵态氮含量显著增加,但是硝态氮含量显著降低。施用氮肥显著增加土壤无机氮含量。棉花收获后土壤盐分主要积累在60-80 cm土层。土壤铵态氮主要积累在0~40 cm土层深度,而硝态氮则主要积累在60-80cm土层深度。施氮肥可显著提高棉花氮素吸收量和产量。不施氮肥条件下,微咸水和咸水灌溉处理棉花氮素吸收量和产量均显著高于淡水;施氮肥条件下,微咸水灌溉对棉花籽棉产量影响不大,但咸水灌溉显著降低棉花产量。氮肥利用率随着灌溉水盐度的增加显著降低。(2)施用氮肥显著增加土壤可培养硝化/反硝化细菌数量及酶活性。微咸水灌溉处理显著降低硝酸细菌数量,对土壤亚硝酸细菌和反硝化细菌数量影响不大;但是,咸水灌溉处理显著抑制硝化/反硝化细菌数量。羟胺还原酶、亚硝酸还原酶和硝酸还原酶活性均随灌溉水盐度增加而显著降低。(3)施用氮肥可显著增加土壤潜在硝化势。微咸水灌溉处理土壤潜在硝化势显著增加,但咸水灌溉处理土壤潜在硝化势显著降低。施用氮肥显著增加AOB丰度,对AOA丰度无显著影响。微咸水和咸水灌溉处理显著增加土壤AOA丰度,但二者之间差异不显著;相反,微咸水灌溉处理显著增加AOB丰度,但咸水灌溉处理AOB丰度显著降低(4)施用氮肥对AOA群落多样性影响不显著,却显著增加AOB群落多样性。微咸水灌溉处理显著增加AOB群落多样性,对AOA影响不大;咸水灌溉处理下,AOA群落多样性显著增加,而AOB显著降低(5)相关性分析表明,土壤潜在硝化势、硝态氮含量与AOB丰度存在显著的正相关关系,与AOA丰度无关。AOA群落结构多样性与土壤有机碳、全氮、微生物量碳存在显著的负相关关系;AOB群落结构多样性与土壤硝态氮、有机碳、AOB丰度、潜在硝化势呈现显著的正相关。(6)系统发育表明,AOA序列均属于不可培养的泉古菌门,其中cluster S占主导;AOB amoA基因隶属于亚硝化螺菌属和亚硝化单胞菌属,其中亚硝化螺菌属的cluster 3a占主导地位。【结论】长期咸水灌溉显著抑制土壤AOB数量和多样性,而AOA数量和多样性显著增加。施氮肥显著增加AOB数量和多样性,但对AOA影响不大。土壤硝化作用与AOB数量和群落多样性呈显著正相关,而与AOA无关。因此,AOB是咸水滴灌棉田土壤硝化作用的主要驱动因子。