利用年限对水稻土内硝化过程、硝化微生物的影响

摘要

浙江慈溪位于杭州湾沿岸,有着悠久的围堤造田的历史,自公元5世纪起,当地人民就开始围涂开垦,并随着海涂淤积的北移不断增筑海塘。由于各海塘修筑时间在地方志中均有明确记载,现可根据海塘建筑年代来推算出各海塘间水稻土的利用年限。本文以利用年限分别为100年、300年、700年、1000年和2000年的水稻土及杭州湾海涂(0年)作为研究对象。采用荧光实时定量PCR技术测定了土壤氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的群落丰度;采用PCR-DGGE技术分析6个利用年限水稻土的群落组成;选取300年、1000年和2000年利用年限,对不同利用年限水稻土进行硝化培养,得到不同利用年限水稻土硝化强度变化特征;对上述三个利用年限水稻土采用湿筛法筛选出＞2.0 mm、2.0-0.25 mm、0.25-0.053 mm、＜0.053mm4种粒径的团聚体,并对筛选出的各粒径团聚体进行硝化培养,得到不同团聚体内硝化特征;采用动力学方程模拟团聚体内部硝化过程及硝化潜势。
　　 对不同利用年限水稻土氨氧化微生物丰度及群落结构研究显示,利用年限显著影响了氨氧化细菌和氨氧化古菌的种群丰度,氨氧化细菌和氨氧化古菌的丰度和群落结构随着利用年限的变化而显著变化。AOB种群丰度在0-300年间呈现显著增长趋势,300年之后则相对稳定;AOA丰度随利用年限的延长显著增长。PCR-DGGE得到的电泳图像显示不同利用年限水稻土样晶可检测到的AOB、AOA的DGGE条带数量均存在明显差异。
　　 对300年、1000年及2000年不同利用年限水稻土硝化强度变化特征研究显示,利用年限为300年、1000年、2000年的水稻土硝化作用强度随利用年限的延长呈现出降低趋势。并且通过施加氮源处理和对照处理对比,各年限水稻土的硝化作用强度在施加氮肥的情况下均有显著提高。由此表明,利用年限的延长对水稻土的硝化作用过程产生了不利影响。
　　 对不同利用年限水稻土团聚体特征研究显示,利用年限对水稻土水稳定性团聚体组分有显著影响。从长期来看,水耕利用促进水稻士中2.0-0.25mm和0.25-0.053mm中等大小团聚体的形成。
　　 团聚体内部硝化特征研究显示,不同大小团聚体内部硝化过程显著不同,＞2.0 mm的大团聚体和＜0.053 mm微团聚体中的硝化过程适用于零级动力学方程模拟,2.0-0.25 mm中等团聚体和0.25-0.053 mm的次团聚体内部硝化过程适合用一级动力学进行模拟。各粒径团聚体中氨分子浓度及氨单加氧酶(AMO)的催化活性的差异导致不同粒径团聚体内硝化速率显著不同。2.0-0.25 mm中等团聚体和0.25-0.053 mm的次团聚体内硝化微生物的活性较高。硝化过程中氨氧化微生物数量的变化并不能直接反应硝化作用的强度,还要结合土壤环境及微生物种群和活性表现来综合分析。