酸性土壤硝化過(guò)程中NH3來(lái)源的研究.pdf

1、硝化作用是自然界中連接氧化態(tài)和還原態(tài)無(wú)機(jī)氮庫(kù)的唯一過(guò)程，在維持全球氮平衡中起著關(guān)鍵作用。土壤中發(fā)生的硝化過(guò)程是對(duì)pH高度敏感的典型生物學(xué)過(guò)程。起初，酸性土壤中發(fā)生的硝化作用被認(rèn)為是異養(yǎng)硝化的證據(jù)，但后來(lái)陸續(xù)有研究證明酸性土壤中硝化作用還是以自養(yǎng)硝化為主。自養(yǎng)硝化過(guò)程中，氨單加氧酶（AMO）只能催化非離子態(tài)的氨分子(NH3)氧化，不能催化離子態(tài)銨（NH4+）氧化，而酸性土壤中NH3濃度很低，因此，在具有強(qiáng)烈硝化作用的酸性土壤中，硝化底物N

2、H3的來(lái)源問(wèn)題受到人們的廣泛關(guān)注。
　　錳氧化物可作為電子受體在土壤N素循環(huán)中起重要作用。在不同pH值的對(duì)苯二酚甘氨酸純培養(yǎng)中，錳氧化物（水鈉錳礦）可促進(jìn)NH4+轉(zhuǎn)化為NH3，在NH3供應(yīng)上有積極作用。其次，土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)硝化作用有明顯促進(jìn)作用。有機(jī)質(zhì)經(jīng)氨化作用產(chǎn)生的氨可能是硝化過(guò)程所需氧化基質(zhì)；同時(shí),有機(jī)質(zhì)還可作為碳源促進(jìn)微生物繁殖。氨化過(guò)程產(chǎn)生的NH3可能被氨氧化微生物直接利用進(jìn)行硝化作用，成為酸性土壤中NH3來(lái)源的一個(gè)可能途徑

3、。硝化過(guò)程中，氨氧化細(xì)菌（AOB）和氨氧化古菌(AOA)都具有能產(chǎn)生催化氨氧化過(guò)程的氨單加氧酶（AMO）amoA基因，在硝化作用中起著至關(guān)重要的作用，但其相對(duì)貢獻(xiàn)仍存在爭(zhēng)議。
　　本文旨在研究錳氧化物和有機(jī)質(zhì)對(duì)酸性土壤硝化過(guò)程中NH3供應(yīng)的影響。以常見(jiàn)的弱晶型錳氧化物—水鈉錳礦為供試材料；重慶市渝北區(qū)兩種酸性水稻土和小興安嶺的酸性森林泥炭土為供試土壤進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：（1）錳氧化物探究：按3％重量比添加自制水鈉錳礦于pH=4.6，

4、4.9的酸性水稻土中，另外分別上調(diào)原樣pH值，并設(shè)置對(duì)照組。(2)有機(jī)質(zhì)探究：1、分別添加谷氨酸、硫酸銨于pH=4.9水稻土中，另外分別乙炔處理作對(duì)照；2、乙炔處理酸性泥炭土，并設(shè)置對(duì)照組；3、酸性泥炭土為供試土樣，分別添加1.2，6.0 mmol N kg-1硫酸銨，原樣為對(duì)照；4、酸性泥炭土（添加5%中性紫色土）為供試土樣，分別添加0，1.2，6.0 mmol N kg-1硫酸銨，并以土壤原樣為對(duì)照。將上述樣品于28℃恒溫培養(yǎng)，定期

5、采樣測(cè)定土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、pH值、氨氧化微生物豐度及群落結(jié)構(gòu)。結(jié)果如下：
　?。?）錳氧化物對(duì)酸性水稻土硝化作用的影響
　　兩種酸性水稻土pH值上調(diào)后，凈硝化速率顯著上升，說(shuō)明pH值是該土樣硝化過(guò)程的限制因子，即底物 NH3不足。加入水鈉錳礦后，pH=4.6，4.9土樣凈硝化速率分別從2.07，3.17 mgN kg-1d-1下降到0.60，2.71 mgN kg-1d-1，但pH=4.9土樣差異不顯著。水鈉錳礦并沒(méi)有促進(jìn)

6、酸性土壤硝化作用，反而抑制。可能是錳氧化物對(duì)硝化微生物毒害的負(fù)效應(yīng)大于錳氧化物促進(jìn)NH4+轉(zhuǎn)化為NH3的正效應(yīng)。（2）有機(jī)質(zhì)對(duì)酸性土壤硝化作用的影響
　　1、酸性水稻土，乙炔處理后均未發(fā)生硝化作用，甚至為負(fù)值，未經(jīng)乙炔處理土樣進(jìn)行了強(qiáng)烈硝化作用。乙炔可抑制土壤自養(yǎng)硝化，說(shuō)明該酸性水稻土硝化作用以自養(yǎng)硝化為主。谷氨酸和硫酸銨都促進(jìn)了土樣硝化作用，但兩種不同氮源處理間差異不顯著。谷氨酸礦化過(guò)快，礦化產(chǎn)生的氨還沒(méi)有來(lái)得及利用就轉(zhuǎn)化為銨態(tài)

7、氮，導(dǎo)致有機(jī)氮源和無(wú)機(jī)氮源間無(wú)差異。
　　2、酸性泥炭土，發(fā)生了硝化作用，乙炔處理后未發(fā)生硝化作用，該土壤硝化作用仍以自養(yǎng)硝化為主。該酸性泥炭土有機(jī)質(zhì)含量豐富，進(jìn)行了強(qiáng)烈礦化作用。培養(yǎng)過(guò)程中，僅未經(jīng)乙炔處理土樣中 AOB豐度顯著增加，該酸性泥炭土硝化過(guò)程的主要貢獻(xiàn)者可能是AOB。
　　3、Control，1.2，6.0 mmolNkg-1硫酸銨處理酸性泥炭土均進(jìn)行了強(qiáng)烈硝化和礦化作用，且不同濃度硫酸銨處理土樣的凈硝化速率無(wú)顯

8、著差異。該酸性泥炭土硝化底物NH3的主要來(lái)源不是外源無(wú)機(jī)氮硫酸銨，而是土壤中有機(jī)質(zhì)礦化產(chǎn)生的氮。培養(yǎng)過(guò)程中，氨氧化微生物AOB和AOA豐度都顯著增加，但不同濃度硫酸銨處理土樣間卻無(wú)顯著差異。說(shuō)明該酸性泥炭土。AOB和 AOA對(duì)硝化作用都有貢獻(xiàn)，且外源無(wú)機(jī)氮源濃度對(duì)氨氧化微生物無(wú)影響。
　　4、酸性泥炭土加入中性紫色土后，0，1.2，6.0 mmolNkg-1硫酸銨處理土樣，凈硝化速率分別為1.52，2.15，3.30 mg N k

9、g-1，均高于原樣Control（1.20 mg N kg-1），且硝化強(qiáng)度隨硫酸銨濃度的增加而增強(qiáng)。酸性泥炭土硝化底物不再單純依賴有機(jī)質(zhì)礦化產(chǎn)生的氮，還可利用外源無(wú)機(jī)氮源硫酸銨進(jìn)行硝化作用。培養(yǎng)過(guò)程中，AOB和AOAamoA基因拷貝數(shù)顯著上升；AOB豐度隨硫酸銨濃度增加而增加，硫酸銨顯著促進(jìn)了AOB的生長(zhǎng)。Pearson相關(guān)性分析顯示，Control，0，1.2，6.0 mmol N kg-1硫酸銨處理土樣中AOB豐度增加量與凈硝化速

10、率呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為 r=0.898（p<0.01，n=12）,而 AOA豐度增加量與凈硝化速率無(wú)相關(guān)性（r=0.418，p=0.176，n=12）。添加中性紫色土后，改變了AOB群落結(jié)構(gòu)，而AOA群落結(jié)構(gòu)幾乎未改變。AOB群落結(jié)構(gòu)改變，酸性泥炭土硝化底物 NH3的來(lái)源途徑也改變。這一結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明該酸性泥炭土加入中性紫色土后，AOB在硝化過(guò)程中占主導(dǎo)地位。
　　本文研究了錳氧化物和有機(jī)質(zhì)對(duì)酸性土壤中NH3來(lái)源的影響，