菜地土壤氨氧化功能微生物种群演变与硝酸盐累积的耦合机理

硝化作用与土壤氮素转化、氮肥利用率、氮素环境效应及食品安全等问题密切相关，我国蔬菜种植的高度集约化和高强度的施肥导致菜地土壤硝化作用加剧、硝态氮转化加速以及蔬菜中硝酸盐含量严重超标等突出问题。本项研究通过PCR、Real-time PCR、DNA克隆文库构建、RFLP分型以及序列测定等微生物分子生态学研究方法，分析长期高强度施肥对菜地土壤中氨氧化细菌和氨氧化古菌群落结构的影响；同时，应用mRNA反转录和Real-time PCR技术，进一步探讨长期高强度施肥条件下菜地土壤氨氧化功能基因amoA表达特征的改变；结合土壤硝酸盐含量的变化，为揭示南方菜地土壤氨氧化功能微生物种群演变过程与硝酸盐累积的驱动机制提供理论依据。该项研究对于指导菜地土壤合理施肥，控制蔬菜硝酸盐含量等具有重要科学意义。

硝化作用与土壤氮素转化、氮肥利用率、氮素环境效应及食品安全等问题密切相关，我国蔬菜种植的高度集约化和高强度的施肥导致菜地土壤硝化作用加剧、硝态氮转化加速及蔬菜中硝酸盐含量严重超标等突出问题。本项目通过采集长沙市郊不同耕作年限的菜地土壤、稻田土壤及林地土壤，利用PCR、末端限制性片段长度多态性分析T-RFLP等微生物分子生态学研究方法，分析长期高强度施肥对菜地土壤氨氧化细菌AOB和氨氧化古菌AOA群落结构的影响；利用荧光定量PCR技术分析长期高强度施肥条件下菜地土壤AOB和AOA丰度的改变；结合土壤理化性质特别是硝酸盐含量的改变，以及土壤硝化势的变化，探讨了南方菜地土壤氨氧化功能微生物种群演变过程与硝酸盐累积的关系。结果表明蔬菜种植特别是长期蔬菜连作使土壤中硝酸盐含量升高，土壤硝化能力增强，土壤中AOB数量显著增加，AOB优势种群富集，AOB的群落结构发生明显改变；而对土壤中AOA的群落组成和丰度影响较小。同时，本项目还利用高通量测序、T-RFLP分析等方法探讨了长期高强度施肥对菜地土壤细菌、真菌及反硝化微生物种群结构的影响，发现蔬菜种植特别是长期蔬菜连作对细菌多样性及群落组成影响较小，但可显著降低土壤真菌和反硝化功能微生物种群的多样性，并改变它们的群落结构，这种影响主要是通过改变土壤pH值、硝态氮和有效磷含量来达到的。研究结果在指导菜地土壤合理施肥以及控制蔬菜硝酸盐含量等方面具有重要意义。