茶园土壤反硝化作用的环境效应及其微生物机制研究

本项目拟选取代表性茶园土壤样品, 在分析土壤反硝化作用强度的基础上，结合茶园施肥管理和土壤理化性质，明确茶园土壤反硝化作用与氮肥利用效率、N2O排放之间的内在联系；采用PLFA、M-TRFLP、 DNA-SIP、FISH等新兴测试技术分析土壤反硝化微生物群落组成，探讨茶园土壤生态系统中反硝化微生物与生物环境、非生物环境之间的相互作用，明确反硝化微生物在茶园土壤中的适应机制，为正确评估和量化茶园土壤反硝化作用的环境生态效应、提高氮肥利用效率和降低温室气体排放、促进茶叶生产持续发展提供科学依据。

酸性土壤中的N2O排放与反硝化速率密切相关。茶园由于长期偏施氮肥，造成土壤酸化和N2O大量排放。本项目选择代表性茶园土壤样品，分析了土壤反硝化作用和反硝化微生物群落。研究表明，强酸性茶园土壤中N2O排放的主要来源是反硝化作用。氧化亚氮还原酶（nosZ）的定量PCR分析表明，硝酸钾处理的nosZ基因拷贝数与对照相比显著降低，强酸性土壤中N2O还原酶活性被NO3-抑制是导致N2O排放的重要原因。在施用氨态肥料时，DMPP和DCD两种硝化抑制剂均能有效抑制N2O排放和反硝化作用，其机理是主要通过减少NO3-水平来实现。在强酸性茶园土壤中存在大量耐酸硝化菌和反硝化菌，提高pH及添加底物均能明显增强反硝化作用速率，但是反硝化作用并非由单一关键因素决定，而是由多种非生物（包括土地利用和类型）和生物因素（硝化和反硝化菌）结合作用的结果。利用C2H2抑制法和15N同位素示踪法，定量分析了茶园土壤硝化作用和反硝化作用对N2O排放的相对贡献。结果表明茶园土壤N2O释放过程与pH密切相关。在对照土壤中，90%以上的N2O释放来源于反硝化过程；而添加石灰中和到pH7.0后，硝化作用所占的相对贡献远高于反硝化作用。