设施栽培蔬菜地氮素利用效率降低的土壤微生物学机制

前期研究发现，较高的氮肥用量加剧了太湖地区设施栽培蔬菜地土壤次生盐渍化和酸化趋势，进而抑制了土壤氨氧化能力、关键酶活性及微生物功能多样性。然而，参与氮素循环和养分转化的关键微生物多样性及其生态功能尚不清楚。氨氧化原核微生物是氮循环微生物生态学研究的模式生物。本研究拟利用设施栽培蔬菜地氮肥定位试验平台，采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）和实时荧光定量PCR技术，研究氮肥用量对土壤氨氧化细菌（AOB）与氨氧化古菌(AOA)群落结构和数量及其氨氧化能力的影响；通过微生物群落置换试验进一步分析土壤氨氧化原核微生物群落结构和数量及其氨氧化能力；采用13C稳定性同位素技术(SIP)研究AOB和AOA对氮素循环和养分转化的贡献和机理，最终揭示设施栽培蔬菜地氮肥利用效率降低的土壤微生物学机制，为合理施用氮肥和提高氮肥利用效率提供科学基础。

氮肥用量对设施栽培蔬菜土壤微生物群落和多样性的影响仍不清楚，对氮循环关键微生物及其过程的影响尚不明确，从而无法深入认识氨氧化细菌（AOB）和古菌（AOA）对硝化作用的贡献和机理。本研究通过田间原位试验研究了不同氮肥用量（在传统氮肥用量870 kg ha–1基础上依次减氮20%，即0，348，522，696和870 kg N ha–1）对微生物群落结构和功能多样性的影响，特别是AOB和AOA群落结构和丰度的影响；通过室内模拟试验，采用13C稳定性同位素探针技术及454高通量测序技术，进一步研究了土壤AOB和AOA对氮素循环和养分转化的贡献和机理。结果显示，较高氮肥用量（696和870 kg N ha-1)导致土壤无机氮积累，加剧了土壤次生盐渍化和酸化，降低了土壤微生物功能多样性，也降低了AOB和AOA的数量与土壤硝化作用；而在传统氮肥用量基础上减氮40%（522 kg N ha–1)则没有明显降低土壤微生物功能多样性、AOB和AOA的数量以及土壤硝化作用。AOB相对于AOA在设施栽培蔬菜土壤中对硝化作用的贡献更大，其中0 kg N ha-1土壤中活跃的AOB 100%为Nitrosospira.sp.Nsp 65-like group类群，522 kg N ha-1土壤中活跃的AOB 78%为Nitrosospira.sp.Nsp 65-like group类群，22%为Nitrosococcus watsonii sp. nov.类群，870 kg N ha-1土壤中活跃的AOB 88%为Nitrosococcus watsonii sp. nov.类群，12%为Nitrosospira.sp.Nsp 65-like group类群。本研究将丰富和深化对高度集约利用土壤中氨氧化原核微生物及其对硝化作用相对贡献的认识。