酸化对黑土氮转化微生物学性状及氧化亚氮产生过程的影响

近年来黑土退化严重，酸化是其退化的主要形式。酸化改变土壤生境，微生物种群结构和活性改变，影响氧化亚氮（N2O）产生过程及排放量。以长期定位试验基地不同时期留存的、酸度不同的黑土，同一时期、不同酸度的黑土及不同空间、酸度不同的黑土为研究对象，采用现代分子生态学技术分析氮转化微生物种群、酶活性、氨基糖等特性；15N同位素示踪技术、气体抑制技术、低分子量有机底物调控技术和抗生素抑制技术研究N2O产生过程，明确酸化对氮转化相关的微生物学特性和N2O产生过程的影响及二者间的关系；提出酸化导致黑土硝化过程增强，反硝化中N2O还原为N2的能力减弱，存在异养硝化作用和硝化细菌反硝化作用产生N2O，酸化使N2O排放量增加的假设。运用培养试验和田间试验，研究酸化黑土的环境和肥力效应，将研究黑土酸化的肥力效应转向更关注酸化后的生态环境效应。研究成果对于合理评价黑土酸化的环境和肥力效应有重要意义。

近年来黑土退化严重，酸化是其退化的主要形式。酸化改变土壤生境，微生物种群结构和活性改变，影响氧化亚氮（N2O）产生过程及排放量。采集长期定位施肥试验区不同酸化强度的旱地黑土，测定土壤硝化、反硝化细菌功能基因数量变化，评价酸化对土壤氮转化微生物数量的影响，测定土壤硝化强度、反硝化酶活性、脱氢酶活性、脲酶活性等指标的变化，评价酸化对土壤氮转化微生物活性的影响；研究了不同酸化强度及不同酸化改良措施对土壤N2O和CO2排放量的影响；研究了同一地点不同时期酸化强度不同的黑土氮素转化和CO2排放量的差异；采用气体抑制法研究了酸化黑土N2O产生过程。结果显示：（1）酸化土样中，氨氧化古菌AOA的amoA基因拷贝数明显高于氨氧化细菌AOB。土壤pH降低，氨氧化古菌功能基因amoA 数量明显减少，表明pH是影响AOA种群数量的重要因素。而土壤pH对AOB的影响较为复杂 ；（2）酸化黑土中亚硝酸还原菌更多的为nirS编码的Pseudomonas菌。nirK基因数量都要小于nirS基因，N2O还原酶nosZ基因数量明显高于nirK和nirS，pH下降明显，3种反硝化功能基因都有所减少，特别是nosZ基因；（3）pH降低，土壤的硝化强度有所升高，而反硝化酶活性降低，且反硝化还原酶活性也与nosZ基因数量有较好的相关性。中性土壤硝化强度、氮矿化作用和脲酶活性高，脱氢酶活性随着pH的升高而升高；（4）土壤N2O的排放量随着土壤pH的升高而增加。酸性土壤中CO2排放量比较低。生石灰改良的土壤N2O的排放量最大，草木灰改良的土壤CO2排放量最大；（5）酸化更强的2008年黑土硝化作用强度和CO2排放量大于1997年的黑土。经过长期施肥的处理，真菌和细菌在硝化过程中的作用发生了改变。在低pH的土壤中，真菌比细菌更易进行硝化作用；（6）酸化黑土中的硝化作用对N2O产生的贡献率为57%，其中异养硝化作用占硝化作用的67%。反硝化作用贡献率为28%，硝化细菌反硝化作用贡献率为15%。研究成果对于合理评价黑土酸化的环境和肥力效应有重要意义。