农田土壤厌氧氨氧化及其在氮循环中影响的研究

发布时间：2020-03-24 14:04

【摘要】：厌氧氨氧化(Anammox)过程是由特定的微生物主导的全球性重要的氮循环过程之一。然而,关于农业土壤下的Anammox及Anammox微生物在土壤氮素循环的作用和地位仍缺乏了解。本项研究在国内外关于Anammox的研究基础上,基于农田土壤并着重于水稻土壤,联合室内厌氧培养与野外长期定点肥料试验,运用荧光定量PCR、PLFA-SIP、15N同位素示踪技术、DNA-SIP、克隆文库和测序等先进技术,探究13C-尿素-PLFA用于研究Anammox的可行性,耕作制度以及施肥方式对水稻土中Anammox过程的影响,以及不同微生物在Anammox过程中的贡献与活性。主要研究结果如下:(1)结果表明:磷脂脂肪酸16:1ω7c,16:1ω5c和16:0可以作为土壤厌氧氧化物的生物标志物,培养过程中13C优先进入其中。土壤厌氧氨氧化菌(hzs-β和hzo)的丰度均在菜园土 V1和水稻土(R1和R2)中检测到,相关性分析表明厌氧菌与13C-尿素呈正相关,并与N03--N和NH4+-N浓度呈负相关。不同土地利用方式下的土壤厌氧微生物群落组成具有多样性,V1、R1和R2几个处理之间具有相似的微生物多样性并都有较高的微生物量。土壤性质与基因丰度之间的主成分分析表明,不仅pH值,而且土壤有机质、速效磷和速效钾都是厌氧氧化过程的重要因素。因此,利用13C-尿素-PLFA的厌氧培养是通过影响土壤养分来研究厌氧菌微生物群落结构的行之有效的方法,不同的土地利用系统在影响土壤微生物组成结构方面发挥了重要作用。(2)继而采用13C-尿素-PLFA,研究了小麦和水稻生长季节期间不同施肥处理对Anammox菌的活性和多样性的影响。总的13C丰度和Anammox微生物活性在猪粪与化学配施处理(PMCF)中含量较高、而秸秆与化肥配施处理(SRCF)高于纯化肥处理(CF)和不施肥处理(CK),表明有机肥料更利于增强Anammox活性以及微生物丰度。结果表明,施肥措施和季节变化对土壤性质、微生物生物量和细菌群落结构有一定的影响。13C 土壤丰度,特别是磷脂脂肪酸14:0,16:1ω9c,16:1ω5C,16:0,18:1ω9c和18:0,从稻麦耕作转变的过程中明显增加;因此,这些13C磷脂脂肪酸可以作为Anammox的生物标志物。在所有供试土壤中,真菌的百分比都与细菌接近,并远高于放线菌。可知,真菌是第二个微生物类群,以较大活性参与了 Anammox的代谢。(3)利用15N稳定同位素技术结合抗生素抑制,进行Anammox和反硝化反应对氮气生成的贡献率的探索,并揭示了有机施肥处理对Anammox微生物的影响。同时结合DNA-SIP技术,采取13C-葡萄糖标记,根据18SrRNA基因的qPCR检测来推算真菌在联合反硝化和反硝化过程中的作用及其在氮循环中的贡献。结果表明,CK、CF、PMCF和SRCF不同施肥方式下Anammox细菌在土壤脱氮过程中的贡献率为10.70%,12.44%,17.51%和21.48%,联合反硝化对氮气生成的贡献率分别为4.12%、4.78%、6.73%和8.26%。相关性分析表明参与13C基质代谢的真菌的丰度可以作为联合反硝化真菌的丰度,同时主成分分析揭示了施肥方式通过影响pH、速效磷、速效钾等含量从而对联合反硝化真菌活性有显著影响。对13C-DNA建立克隆文库,找出联合反硝化真菌极有可能由Agaricus,Aspergillus,Phycomyces,Saitoella,Trichoderma属组成。我们的研究结果可以作为对联合反硝化真菌进一步研究的铺垫。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S154

【参考文献】