短期培养下抑制剂烯丙基硫脲对土壤硝化作用及微生物的影响

摘要

硝化抑制剂烯丙基硫脲(ATU)对土壤硝化作用及温室效应的影响及机理尚不清楚.采集典型旱地土壤,进行21 d室内微宇宙培养,探究氮肥与不同剂量ATU(分别为氮素用量的1％、5％、10％、15％和20％)配施对土壤硝化作用及N2O和CO2排放通量的影响,并通过实时荧光定量PCR和高通量测序16S rRNA基因技术监测硝化微生物群落变化,同时与传统硝化抑制剂双氰胺(DCD)进行保氮减排效果的对比.结果表明,与未施加氮肥的对照(CK)相比,单施氮肥(N)显著提高土壤硝化强度并促进N2O排放.DCD能显著抑制硝态氮和N2O的积累,抑制效率分别为68.6％和93.3％.而低浓度ATU对土壤硝化作用无影响,仅在高浓度具有抑制效应,且抑制效率最高仅为14.7％.所有ATU处理N2O排放量均显著降低,降幅为60.3％～68.2％,仍远高于DCD处理.处理间N2O和CO2的综合温室效应强弱顺序为N>ATU+N>DCD+N≈CK,不同ATU施用量处理之间差异不显著.相关分析发现氨氧化细菌(AOB),而不是氨氧化古菌(AOA)和全程氨氧化细菌(Comammox),与土壤硝态氮积累和N2O排放显著正相关,与土壤pH显著负相关.高通量测序结果表明Nitrosovibrio tenuis类型AOB对氮肥诱导的硝化过程起主导作用.此外,ATU和DCD还能显著提高Cupriavidus,并降低Patulibacter、Aeromicrobium、Actinomycetospora、Defluviicoccus和Acidipila等微生物属在群落中的相对丰度.该研究为深化土壤碳氮循环理论,合理使用硝化抑制剂以及减缓温室气体排放提供科学依据.