【摘 要】
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土壤氮循环是自然生态系统和传统农业的一个重要过程,维持土壤氮循环的稳定是保证作物正常生长和控制土壤向大气中排放温室气体的关键因素。本研究以东北黑土种植大豆-玉米长期定位实验为依托,利用q PCR和高通量测序技术,以连续种植5年作物的农田黑土为研究对象,分析轮作与连作对土壤理化性质和硝化速率与反硝化速率的影响,并探讨了与土壤氮循环相关微生物的基因拷贝数和氮循环中固氮细菌与反硝化细菌的群落结构变化规律
【基金项目】
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国家重点研发项目（2017YFD0200604）； 黑龙江省自然科学基金（JJ2019ZT0023）“寒区农业土壤面源污染微生物调控技术的研究”；
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土壤氮循环是自然生态系统和传统农业的一个重要过程,维持土壤氮循环的稳定是保证作物正常生长和控制土壤向大气中排放温室气体的关键因素。本研究以东北黑土种植大豆-玉米长期定位实验为依托,利用q PCR和高通量测序技术,以连续种植5年作物的农田黑土为研究对象,分析轮作与连作对土壤理化性质和硝化速率与反硝化速率的影响,并探讨了与土壤氮循环相关微生物的基因拷贝数和氮循环中固氮细菌与反硝化细菌的群落结构变化规律,以揭示种植方式与土壤-微生物间的生态学效应。研究结果如下:（1）在经过5年连续种植后,土壤理化性质发生了变化,在茬口相同的情况下,轮作处理的全氮（TN）和速效磷（AP）含量显著升高,而碳氮比（C/N）显著下降。土壤NO3--N含量主要受到种植作物的影响,其在种植玉米的土壤显著高于种植大豆的土壤。种植方式对土壤硝化速率有一定影响,土壤中NO3--N含量越高,土壤硝化速率越大。土壤反硝化速率主要受到种植作物的影响,与未种植玉米的土壤相比,种植玉米后土壤反硝化速率增大。（2）土壤中氮循环相关功能基因的拷贝数受到种植方式的影响,总体来看,在茬口相同的情况下,轮作方式使功能基因的拷贝数增加,尤其在大豆茬口尤为明显,而拷贝数又与土壤TN、C/N和AP这几个理化因子有显著的相关性。其中,在酸性土壤中氨氧化古菌是主要的硝化微生物,并且其拷贝数与土壤硝化速率显著正相关,而反硝化细菌与土壤反硝化速率无相关性。（3）种植方式显著改变了土壤固氮菌群落结构。轮作处理的固氮菌丰度显著高于连作处理,并且大豆茬口处理的固氮菌丰度显著高于玉米茬口。东北农田黑土中Bradyrhizobium为优势固氮菌属,而种植大豆可以对该菌属进行富集。固氮菌群落结构主要受到种植作物的影响,特别是玉米连作处理的固氮菌群落结构与其他处理显著不同。此外,土壤中AP含量是影响固氮菌群落结构改变的主要环境因子。同样,种植方式显著改变了土壤nir K型反硝化细菌群落结构。与固氮菌不同的是,反硝化细菌群落结构主要受到种植方式的影响,轮作与连作使群落结构显著分离。C/N和AP含量是影响nir K型反硝化细菌群落结构改变的主要环境因子。
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