【摘 要】
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泥炭地是全球陆地碳库的重要组分,在全球碳循环和气候变化中起重要作用。但自然泥炭地一般是受氮限制的生态系统,近年来由于农业利用,泥炭地被开垦成水稻田。随着施肥等活动的增加,泥炭地日益受到外源氮输入的影响,进而可能改变泥炭地土壤的碳氮比,严重威胁着泥炭地的碳库功能,因此研究农业开垦后氮在泥炭地土壤中的转化过程十分重要。本论文以吉林省金川泥炭地为研究区域,选择农业开垦后长期种植水稻的水稻田-泥炭地、自然
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泥炭地是全球陆地碳库的重要组分,在全球碳循环和气候变化中起重要作用。但自然泥炭地一般是受氮限制的生态系统,近年来由于农业利用,泥炭地被开垦成水稻田。随着施肥等活动的增加,泥炭地日益受到外源氮输入的影响,进而可能改变泥炭地土壤的碳氮比,严重威胁着泥炭地的碳库功能,因此研究农业开垦后氮在泥炭地土壤中的转化过程十分重要。本论文以吉林省金川泥炭地为研究区域,选择农业开垦后长期种植水稻的水稻田-泥炭地、自然泥炭地和普通水稻田作为研究对象,通过野外调查和室内微宇宙培养实验,结合实时荧光定量PCR和高通量测序技术,研究了农业开垦的泥炭地土壤氨氧化微生物的丰度和群落结构特征,并且初步判断了氨氧化古菌（Ammonia-oxidizing archaea,AOA）和氨氧化细菌（Ammonia-oxidizing bacteria,AOB）在农业开垦的泥炭地土壤氨氧化过程中的相对贡献,以期丰富泥炭地土壤氮循环过程的基础研究,为泥炭地的科学管理提供依据。通过研究获得以下结论:（1）农业开垦对泥炭地土壤的理化性质影响显著,水稻田-泥炭地较自然泥炭地土壤p H值和铵态氮含量显著升高,总氮、有机碳、可溶性有机碳及硝态氮含量显著降低;但水稻田-泥炭地土壤的总氮、有机碳、碳氮比和铵态氮含量显著高于普通水稻田,可溶性有机碳含量显著低于普通水稻田,土壤p H值和硝态氮含量与普通水稻田差异不显著。（2）农业开垦的水稻田-泥炭地与自然泥炭地相比,土壤总古菌、氨氧化古菌（AOA）和亚硝酸盐氧化细菌（Nitrite-oxidizing bacteria,NOB）的绝对丰度显著降低,而总细菌和氨氧化细菌（AOB）的绝对丰度显著升高;但与普通水稻田相比,水稻田-泥炭地土壤的总古菌、总细菌及AOA、AOB和NOB的绝对丰度均显著低于普通水稻田,这可能与农业开垦后水稻田-泥炭地土壤的p H和铵态氮浓度升高,总氮及有机碳含量降低有关。泥炭地开垦为水稻田-泥炭地后,土壤中AOA群落的物种组成及多样性无显著变化,但AOB群落的优势物种的相对丰度升高,物种的种类和多样性降低。此外,水稻田-泥炭地与普通水稻田土壤中AOA和AOB群落的物种组成具有差异性,水稻田-泥炭地AOA群落物种的多样性高于普通水稻田,但AOB群落物种的多样性低于普通水稻田。这主要是由于农业开垦后的水稻种植和施肥等活动,使水稻田-泥炭地土壤养分及理化性质等发生变化,其中土壤中铵态氮浓度的升高可能是导致水稻田-泥炭地土壤AOB群落优势物种的相对丰度升高主要原因。此外,可能由于开垦后的水稻田-泥炭地土壤p H仍呈酸性,且有机质含量仍保持较高水平,所以农业开垦对水稻田-泥炭地土壤中AOA的群落结构影响较小。（3）水稻田-泥炭地土壤的氨氧化潜势和净硝化速率显著高于自然泥炭地和普通水稻田,且相关性和RDA分析结果发现,氨氧化潜势和净硝化速率与土壤的p H呈显著正相关关系,表明农业开垦导致的土壤p H的升高可能是使水稻田-泥炭地土壤氨氧化潜势和净硝化速率升高的主要原因。微宇宙培养实验中,硫酸铵的添加显著增加了水稻田-泥炭地和普通水稻田土壤的净硝化速率,但硫酸铵的添加对自然泥炭地的氨氧化作用及净硝化速率无显著影响,这可能是因为自然泥炭地土壤自身氨氧化微生物的活性较低,因而其土壤的氨氧化作用也较弱。此外,由于自然泥炭地和水稻田-泥炭地及普通水稻田土壤中均发生了强烈的矿化作用,硫酸铵的添加使水稻田-泥炭地和普通水稻田土壤的净硝化速率显著增加也可能是因为土壤矿化作用产生的NH3增加,进而促进了土壤的氨氧化作用。（4）微宇宙培养实验表明,自然泥炭地开垦为水稻田-泥炭地后,土壤N2O的排放量升高,且N2O的累积排放量与土壤铵态氮浓度呈显著正相关关系（P＜0.05）,表明农业开垦后,施肥等活动造成的土壤铵态氮浓度的升高可能是水稻田-泥炭地土壤的N2O排放增加的主要原因。（5）微宇宙培养实验初步表明,水稻田-泥炭地和普通水稻田土壤N2O的排放主要由氨氧化作用贡献,且其中AOB的贡献率高于AOA,而自然泥炭地土壤N2O的排放主要由反硝化作用等其他过程贡献。自然泥炭地开垦为水稻田-泥炭地后,增大了AOB对N2O排放的贡献率,使AOB对N2O排放的贡献率高于AOA,进一步表明了AOB可能在水稻田-泥炭地土壤氨氧化过程中起主导作用,这可能与农业开垦后水稻田-泥炭地土壤铵态氮含量和p H的升高以及有机质含量的降低等原因有关。本研究初步判断,农业开垦后的水稻田-泥炭地和普通水稻田土壤的氨氧化过程可能主要由AOB主导,而AOA在自然泥炭地的土壤氨氧化过程中可能起主导作用。
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