沂蒙山区典型土壤氨氧化微生物的生态位分异研究

Typical soil (e. g. brown soil, cinnamon soil, fluvo aquic soil) in Yimeng mountain area are acidification trend after a long period of different patterns land use.The changes stimulate or inhibit selectively ammonia oxidizing bacteria (AOB) and archaea (AOA) growth in soil. Because the response and adaptability of ammonia oxidizing microorganisms to environmental factors(e.g. pH value, substrate concentration) are different，their niche differentiation is complex. The soils of different land use patterns were used as research object in this study. Based on in situ investigation and laboratory simulation incubation, stable isotope probing (SIP) method and 454 high-throughput pyrosequencing technology will be used to analysis the DNA sequences of bacteria and archaea amoA gene and 16S rRNA gene. The purpose is to investigate the influence of land use pattern and soil types on AOA and AOB community and abundance, especially on functional active populations. The results of this study will be beneficial to understand niche characteristics of nitrifying microorganisms and nitrification process.

沂蒙山区典型土壤（棕壤、褐土和潮土等）经过长期不同方式土地利用之后呈酸化的趋势，这种变化必然会选择性激发或抑制土壤中氨氧化细菌（AOB）和古菌（AOA）的生长。由于不同氨氧化微生物群体对pH值、底物浓度等环境因子的响应和适应性不同，其生态位的分异也非常复杂。本研究选取沂蒙山区不同土地利用方式和不同类型（pH值相同）的土壤作为研究对象，基于原位调查和室内微宇宙培养实验，采用稳定性同位素标记和454高通量测序技术分析氨氧化细菌和古菌amoA基因和16S rRNA基因序列，研究不同土地利用方式和土壤类型对氨氧化微生物类群和丰度的影响，尤其是功能“活跃”的类群。本研究结果有望推动对硝化微生物群落分布、生态功能、生理代谢等生态位特征的认知，深化对硝化作用过程的认识。

沂蒙山区为北方土石山区的典型代表，研究该区土壤硝化过程及相关功能微生物的生理代谢多样性具有重要科学意义。选取主要土地利用方式（林地、桃园、葡萄园、农田和设施蔬菜地）和不同类型的土壤（褐土、潮土和棕壤）作为研究对象，利用qPCR和Miseq测序等分子生态学技术，研究对土壤细菌和硝化微生物群落丰度和组成的影响，并分析其环境因子；设置稳定性同位素标记微宇宙培养试验，探明不同土地利用方式对功能“活跃的”硝化微生物组成的影响。研究结果如下：（1）不同土地利用方式改变了细菌的丰度和组成。三种土壤细菌门水平上的组成优势菌群相似，相同土地利用方式微生物组成有趋同的现象，尤其是农田和设施蔬菜地。（2）不同土地利用方式改变了土壤的硝化潜势、硝化微生物的丰度和群落组成。棕壤的平均硝化势最低，设施蔬菜地土壤一般具有较高的硝化势。褐土AOA的丰度比潮土和棕壤高，设施蔬菜地AOB丰度最高，除了林地，其余利用方式潮土的AOB丰度最高。通过Miseq测序分析，硝化微生物在不同方式土地利用之后发生了显著变化，而且不同土壤类型组成有差异。冗余分析表明，pH和硝态氮含量显著影响了AOA的群落结构；pH、有机质碳、硝态氮和铵态氮含量显著影响了AOB的群落结构，pH、有机质碳和铵态氮含量显著影响了NOB的群落结构。（3）不同方式土地利用改变了硝化微生物功能“活跃的”类群，林地功能“活跃的”氨氧化微生物是AOB，主要类群是Cluster 3a.2。农田、设施蔬菜地“活跃的”氨氧化微生物包括AOA和AOB，AOA的主要类群是Group 1.1b；AOB的主要类群是Cluster 3a.1。林地和农田土壤中“活跃的”NOB均为Nitrospira属，设施蔬菜地中“活跃的”NOB群落大部分是Nitrolancea属。