宁南山区植被恢复中氨化微生物群落对土壤氮素矿化的影响及机制

土壤氮矿化是限制植被恢复过程中群落演替的主要因素，也是氮素生物地球化学循环的重要环节。研究植被恢复过程中土壤氮素矿化的微生物机理，对土壤质量的恢复保育有重要科学价值。本项目以宁南山区植被恢复不同模式与阶段下的土壤为研究对象，以土壤氮矿化与累积为前提，通过研究区原位定点监测、采样直接分析和室内模拟控制培养试验，采用PLFA、PCR-DGGE、15N示踪和氮素形态分析技术相结合，研究植被恢复过程中土壤氮库组成及累积特征、氮矿化速率和矿化量、氨化微生物群落结构、氨化微生物在土壤氮矿化中利用氮素的途径及其影响因素。阐明植被恢复过程中土壤氮素矿化作用及氨化微生物群落结构组成的变化特征，揭示退化生态系统植被恢复中氮素矿化和累积的微生物学机制。研究成果将丰富土壤氮循环和微生物生态学理论，为黄土高原侵蚀退化生态系统生物多样性恢复、土壤质量的恢复保育和生态系统重建提供科学依据。

明确植被恢复对土壤氮素矿化过程中的组成、转化特征及其微生物机理的影响，对于丰富和发展氮素地球生物化学循环与土壤质量的恢复保育理论、促进黄土丘陵区的植被恢复工作有重要的科学和实际价值。目前这方面的研究还较少，因此，本研究在充分调查和分析黄土丘陵区影响植被恢复对土壤氮素与微生物作用因素的基础上，采用顶盖埋管法在宁南山区3种典型土地利用方式、3种草地和3种人工林地进行了2年的原位矿化培养实验，实验期间，分别间隔两个月、半年、一年和两年采集矿化培养的原状土和背景土，对土壤中的有机氮及其组分和微生物生物量氮、可溶性有机氮、无机氮含量与矿化速率以及土壤微生物群落结构与氮素微生物生理群的动态变化特征进行测定和分析，探讨了优势氨化菌株的特性和几种植被土壤微生物群落的遗传特性，得到以下重要结果：（1）植被群落、恢复年限、土地利用方式以及坡向对黄土丘陵区土壤氮素组成与比例以及微生物组成和活性都有显著影响。（2）氮素在土壤原位矿化过程中的变化特征：有机氮含量较稳定；酸解全氮的含量春夏降低-秋季升高-冬季保持不变；其它有机氮组分的变化因植被类型的不同而异；微生物量氮、可溶性有机氮和无机氮含量均在培养120d（8月）最低；净矿化、净硝化和净氨化速率在60～120d最低；有机氮及其矿化速率均表现为灌木林地＞林草间作＞人工草地，天然草地＞自然恢复草地＞人工草地。（3）土壤微生物群落结构在原位矿化过程中的变化特征：土壤各菌群PLFA含量为天然草地>人工林地>人工草地。山桃和山杏林地、天然草地和撂荒地间具有相似的土壤微生物群落结构，且春、秋季相似，与夏季和冬季差异显著，主要由16:0、16:1ω9c、16:1ω9t、17:0、10Me18:0和cy19:0指示的细菌及18:2ω9,12c指示的真菌引起。可培养的细菌、真菌和放线菌出现峰值的时间不同。氨化细菌的数量在1.3×104 ~3.0×105CFU/g干土之间变动；亚硝化细菌、自生固氮细菌、硝化细菌和反硝化细菌的数量随时间和植被而变。（4）DGGE和454高通量测序初步得出土壤微生物多样性在苜蓿地最高，柠条地最低；细菌种类远高于真菌，优势类群表现不同；芽孢杆菌属具有较强的氨化能力。（5）土壤微生物PLFA与微生物活性及理化性质联系紧密；温度、含水率、硝态氮、铵态氮和有机碳影响氮素微生物生理群。发表SCI 2篇，中文核心10篇，硕士毕业论文5篇。