2023, Vol. 44
2. 重庆市三峡库区农业面源污染控制工程技术研究中心, 重庆 400715;
3. 重庆市规划与自然资源局九龙坡区分局, 重庆 400051
2. Chongqing Research Center for Agricultural Non-point Source Pollution Control Engineering in the Three Gorges Reservoir Area, Chongqing 400715, China;
3. Branch of Chongqing Municipal Bureau of Planning and Natural Resources, Jiulongpo District, Chongqing City, Chongqing 400051, China
作为农业生态系统氮循环的关键环节之一, 硝化作用能减少土壤氨的挥发, 有利于土壤有效态氮向植物根区移动, 促进植物对土壤氮素的吸收利用, 同时土壤中剩余的大量硝态氮(NO3--N)容易通过地表径流和淋溶等方式进入地表水和地下水, 也容易通过反硝化作用等转化为N2O等气态氮, 使氮肥利用率降低, 对生态环境产生消极影响, 造成环境污染问题[1~3].而氨氧化反应是硝化作用的关键限速步骤, 氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)作为氨氧化反应的主要驱动者, 其群落结构、生态位分异和丰度受土壤环境因子影响, 施肥措施则通过改变土壤环境因子从而影响土壤氨氧化过程[4~6].因此, 研究土壤氨氧化过程和机制对实现农业的可持续发展具有重要意义.
生物炭作为一种新兴土壤改良剂, 不仅能提升土壤质量, 还能影响土壤氨氧化微生物, 从而影响土壤硝化作用.大量研究表明, 生物炭能通过改变土壤的生物化学环境, 从而影响土壤的氨氧化微生物丰度、多样性和群落结构特征[7~9].陈晨等[10]的研究发现, 生物炭配施氮肥能显著提高菜地土壤AOA和AOB丰度, 同时改变AOB的群落结构.Ball等[11]的研究发现生物炭能显著增加森林土壤的硝化速率与氨氧化细菌(AOB)的丰度.但是, Ducey等[12]的研究结果表明, 添加生物炭对土壤AOA和AOB丰度无显著影响.有机肥作为一种传统肥料, 具有养分平衡和养分释放慢的特点, 能提高氮肥利用率并改良土壤[13]. Dai等[14]研究表明施用有机肥条件下, AOA群落活性比AOB更为敏感.但杨亚东等[15]研究表明施用有机肥通过改变土壤硝态氮(NO3-)、全氮(TN)和有机碳含量影响AOB群落结构, 最终影响土壤硝化势(NP), 且在施用有机肥条件下更适合AOB的生长.目前关于生物炭或者有机肥对于AOA和AOB的群落特征影响尚无定论, 有机肥配施生物炭对氨氧化微生物变化特征和硝化势的影响研究鲜见报道.
因此, 本文以紫色土为研究对象, 通过设置不施肥(CK)处理、单施化肥(F)处理、施用有机肥(M)处理、化肥配施生物炭(FP)处理和有机肥配施生物炭(PP)处理, 采用qPCR技术测定了土壤氨氧化微生物丰度, 同时测定土壤理化性质和硝化势, 探明有机肥和化肥配施生物炭对紫色土硝化势的影响和氨氧化微生物的变化特征, 旨在为有机肥和生物炭调控土壤硝化作用以及氮素转化机制提供科学依据.
1 材料与方法 1.1 供试材料供试土壤采自重庆市潼南区太安镇国家农业科技园区柠檬种植基地(0~30 cm), 是紫色土区琼江河台地冲积物(Q4)经旱耕熟化而成的一种紫色潮土.将采集的土壤置于阴凉干燥处自然风干, 去除杂质后研磨过2 cm筛, 作为盆栽试验的备用土壤.将部分过2 cm筛的土壤进一步研磨, 分别过1 mm和0.25 mm筛, 用于测定土壤理化性质.初始土壤的基本理化性质：容重1.48 g·cm-3、pH 5.19、ω(SOM)8.68 g·kg-1、ω(TN)0.679 g·kg-1、ω(TP)0.221 g·kg-1、ω(AN)57.31 mg·kg-1、ω(NO3--N)3.46 mg·kg-1、ω(NH4+-N)4.82 mg·kg-1、ω(AP)9.14 mg·kg-1和ω(AK)244.12 mg·kg-1.
供试柠檬品种为尤力克(Eureka), 苗龄为嫁接7个月的脱毒苗, 来自重庆市潼南区国家科技农业园区智能化柠檬脱毒育苗中心.供试生物炭为稻壳生物炭, 由四川省久晟农业有限责任公司提供, 烧制方法是将稻壳在500℃高温厌氧条件下热解2 h.供试有机肥为腐熟猪粪(120 d), 取自潼南温氏养猪场.猪粪AN、AP和AK的缓释效率分别为35.3%、34.8%和41.5%, 供试生物炭和有机肥的基本性质见表 1.
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表 1 供试生物质炭和有机肥基本性质1) Table 1 Basic properties of biomass charcoal and manure tested |
1.2 试验设计
本试验设置5个处理(表 2), 每个处理4次重复：①不施肥(CK)、②常规施化肥(F)、③单施有机肥(P)、④化肥+生物炭(FP)、⑤有机肥+生物炭(PP), 试验采用随机区组设计.化肥使用的氮、磷和钾肥品种分别为尿素(N 46%)、过磷酸钙(P2O5 12%)和氯化钾(K2O 60%).微量元素肥料是来自北美农大集团生产的硼锌锰铁镁钙硅复合微量元素水溶肥料(B、Zn、Mg、Si、Ca、Mn、Fe≥12%), pH为6.0.
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表 2 各处理施肥总量1)/g Table 2 Total fertilization amount for each treatment/g |
盆栽试验于2019年5月1日至2020年6月25日在“紫色土基地”进行, 其中, 2019年5~12月将盆栽置于室外培养, 2020年1~6月在温室大棚内培养.称取过2 cm筛的备用土壤15 kg, 按照等氮施肥原则将化肥、有机肥或生物炭混匀后分别装入盆钵.盆钵是盆口直径22 cm, 高30 cm的PVC圆桶.施用完基肥后放置15 d, 然后选择大小和长势基本一致的柠檬苗移栽, 每个盆钵1株, 移栽定植后浇水灌透, 之后适时浇水, 每次浇水保持各处理表层土壤的湿度一致.生物炭作为基肥一次性施入, 有机肥和无机肥部分作为基肥施入三分之二, 剩余三分之一用于追肥.之后每2~3个月进行一次追肥, 共4次追肥, 具体施肥量见表 2[16].
1.3 测定方法2020年6月25日进行破坏性取样.将采集的新鲜土壤迅速带回实验室, 一部分用于测定土壤硝化势、硝态氮和铵态氮; 一部分用Fast DNA Spin Kit for Soil(MP Biomedicals公司)试剂盒提取土壤总DNA, 并将总DNA置于-20℃的冰箱中保存, 用于分析测定土壤硝化微生物丰度和群落结构; 最后一部分土壤置于室外自然风干, 然后去除杂质, 研磨后分别过1 mm和0.25 mm筛, 用于测定除土壤硝态氮和铵态氮之外的土壤理化性质.
1.3.1 土壤基本理化性质的测定土壤pH采用DMP-2mV酸度计测定, 土水比为1:2.5; SOM采用重铬酸钾容量法(K2Cr2O7-H2SO4法); TN采用H2SO4-H2O2消煮, 蒸馏滴定法测定; AN采用碱解扩散法; NO3--N采用KCl溶液浸提, 紫外分光光度法测定; NO3--N采用KCl溶液浸提, 靛酚蓝比色法测定; TP采用NaOH熔融法前处理, 钼蓝比色法测定; AP采用Olsen法; TK采用NaOH熔融法前处理, 火焰光度法测定; AK采用NH4Ac溶液浸提, 火焰光度法测定[17].
1.3.2 土壤硝化势的测定采用悬浮液培养法[16], 称取15.0 g过2 mm筛的新鲜土壤2份, 分别放置于250 mL的三角瓶中, 每瓶加入100 mL的液体培养基[0.2 mol·L-1 KH2PO4: 0.2 mol·L-1 K2HPO4: 0.050 mol·L-1(NH4)2SO4=3:7:30], 并用带孔的橡皮塞封口, 放置于振荡机上以180 r·min-1振荡24 h.于第2、4、22和24 h进行取样, 每次吸取10 mL土壤悬浮液, 离心后用紫外分光光度法测定上清液中硝态氮和亚硝态氮的含量, 每次取样后用同一培养基及时补足.同时要测定原始土样中的硝态氮和亚硝态氮含量.
1.3.3 硝化微生物丰度和群落结构的分析采用荧光定量PCR(qPCR)技术来表征硝化微生物丰度[18].首先用Fast DNA Spin Kit for Soil(MP Biomedicals公司)试剂盒提取土壤总DNA, 在1.0%琼脂糖凝胶上进行电泳检测后用NanoDrop ND-1000UV-Vis分光光度计测定总DNA的浓度.然后通过设计特定的引物, 对目的基因片段进行PCR扩增, 用DNA凝胶纯化试剂盒纯化目的基因片段, 将目的基因片段克隆至载体中, 进行测序检验, 测出阳性重组质粒, 将阳性克隆质粒收集为标准品.最后将待测样品和标准品一起进行qPCR检测, 每个样品3个重复(包括阴性对照在内).每个循环中荧光收集在83℃下进行, 避免引物二聚体引起的误差.硝化功能基因的qPCR引物、体系和程序见表 3.
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表 3 硝化功能基因的qPCR引物、体系和程序 Table 3 Quantitative PCR primers, systems, and procedures for nitrification function gene |
采用T-RFLP末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)分析对微生物群落的功能基因进行定性和定量的分析测定, 将amoA基因的PCR扩增产物用MspI限制性内切酶进行单酶切, 置于37℃的恒温培养箱中培养14~16 h, 然后送至生工生物工程股份有限公司(上海)进行T-RFLP分析, 用ABI Prism 3100基因分析仪.硝化功能基因T-RFLP的PCR引物见表 3, PCR扩增体系和程序见表 4.
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表 4 硝化功能基因T-RFLP的PCR引物、体系和程序 Table 4 Quantitative PCR primers, system, and procedures for T-RFLP analysis of nitrification functional gene |
1.4 数据分析
本试验数据用Excel 2019进行整理, 所有数据结果均用3次重复的平均值表示.用IBM SPSS Statistics 26进行统计分析和Origin 2022b软件进行图表绘制, 用邓肯(Duncan)法进行不同处理平均数之间的多重比较(P < 0.05).用CANOCO软件进行土壤环境参数和微生物群落结构基于距离尺度的冗余分析(RDA).
2 结果与分析 2.1 不同施肥处理对土壤硝化势和土壤养分的影响与CK处理相比, FP和PP处理显著提高了土壤硝化势36.36%和32.68%(P＜0.05), 其中FP处理的土壤硝化势最大(图 1), 为1.80 μg·(g·h)-1.而CK、F和P处理的土壤硝化势之间并无显著性差异(P＞0.05).说明配施生物炭可以提高土壤硝化势, 单施化肥或有机肥并不能显著影响土壤硝化势.
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不同小写字母表示不同施肥处理之间硝化势差异显著(P＜0.05); CK：不施肥, F：常规施化肥, P：有机肥, FP：化肥+生物炭, PP：有机肥+生物炭, 下同 图 1 不同施肥处理对土壤硝化势的影响 Fig. 1 Effect of different fertilization treatments on the nitrification potential of soil |
与CK处理相比, F和FP处理分别显著降低pH 0.23~0.64个单位, P和PP处理显著增加pH 0.15~0.32个单位; P、FP和PP处理显著增加SOM含量9.46%~24.31%; FP和PP处理显著增加TK含量9.84%~14.10%; PP处理显著降低NH4+-N含量71.60%, F处理显著增加NO3--N含量127.94%; F处理显著增加AN含量28.29%, FP和PP处理显著降低AN含量13.44%~16.08%; 4个施肥处理分别显著增加TN含量1.61%~22.58%、NO3--N含量76.20%~144.85%、AP含量189.15%~679.96%、AK含量17.05%~157.01%; F处理显著降低C/N(表 5).
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表 5 不同施肥处理对土壤养分的影响1) Table 5 Effects of different fertilization treatments on soil nutrients |
2.2 不同施肥处理对AOA和AOB amoA基因丰度的影响
与CK处理相比, F、FP和PP处理分别显著增加土壤AOA amoA基因拷贝数162.22%、111.30%和161.01%.其中F处理的土壤AOA amoA基因拷贝数最高, 为2.06×107 copies·μL-1[图 2(a)]; 与CK处理相比, F、FP和PP处理分别显著增加土壤AOB amoA基因拷贝数21.56%、52.12%和78.31%.其中PP处理的土壤AOB amoA基因拷贝数最高, 为2.95×108 copies·μL-1[图 2(b)].总体上, 各处理土壤的AOB amoA基因丰度高于AOA amoA基因丰度.
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图 2 不同施肥处理对土壤AOA amoA和AOB amoA基因拷贝数的影响 Fig. 2 Effects of different fertilization treatments on the copy numbers of AOA amoA and AOB amoA genes in soil |
在土壤AOA群落中, F处理的Shannon指数最低, 为1.09.PP处理的Shannon显著高于其他处理(P＜0.05), 为1.39.AOA群落丰富度指数在1.28~3.53之间, 与CK处理相比, 施用有机肥的P和PP处理的丰富度指数显著提高了85.01%和152.14%, 说明施用有机肥能显著提高AOA丰富度指数, 以配施生物炭的PP处理效果最佳.CK和FP处理的AOA群落均匀度指数显著高于其他处理, 说明这2个处理的AOA群落分布更加均匀(表 6).
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表 6 不同施肥处理下土壤AOA和AOB群落的Shannon指数(H)、丰富度指数(S)和均匀度指数(EH) Table 6 Shannon index(H), richness index(S), and evenness index(EH) of AOA and AOB communities under different fertilization treatments |
在土壤AOB群落中, 与CK处理相比, F、FP和PP处理显著降低Shannon指数17.11%、24.34%和45.39%, 其中PP处理降幅最显著; P、FP和PP处理显著降低丰富度指数20.73%、35.37%和53.66%, 其中PP处理降幅最显著; F和PP处理显著降低均匀度指数21.92%和15.07%, 其中F处理降幅最显著.总的来说, 施肥处理会降低AOB的Shannon指数、丰富度指数和均匀度指数, 以有机肥配施生物炭(PP处理)效果最明显(表 6).
所有施肥处理的土壤AOA群落中均有2个相同的优势T-RFs片段, 即198 bp(相对丰度为28.07%~46.44%)和642 bp(相对丰度为36.11%~63.32%), 这2个T-RFs片段在各施肥处理的土壤AOA群落中的总相对丰度达到了82.55%~91.38%.除了上述的2个优势T-RFs片段, P和FP处理的土壤AOA群落均还有1个优势T-RFs片段, 即100 bp的T-RFs片段, 相对丰度分别为11.19%和14.07%[图 3(a)].
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(a)AOA amoA, (b)AOB amoA 图 3 不同施肥处理对土壤AOA amoA和AOB amoA基因限制性酶切片段的相对丰度 Fig. 3 Relative abundance of AOA amoA and AOB amoA gene restriction fragments in soil under different fertilization treatments |
所有施肥处理的土壤中AOB群落都存在的优势T-RFs片段是56 bp, 在5个处理中的相对丰度为11.16%~15.00%.各施肥处理的土壤AOB群落中均有256 bp的T-RFs片段, 该片段在配施生物炭(FP和PP)处理中的相对丰度为57.70%和73.71%, 在CK和P处理的相对丰度为11.00%和16.18%, 在F处理中不属于优势T-RFs片段, 相对丰度仅为9.13%.155 bp是CK和P处理的优势T-RFs片段, 相对丰度分别为20.29%和48.06%; 490 bp是CK、F、P和FP处理的优势T-RFs片段, 相对丰度为17.34%~65.16%.配施生物炭的FP和PP处理的土壤中, AOB群落均以256 bp为主要的优势片段, 说明配施生物炭能改变土壤AOB的群落结构[图 3(b)].
2.4 AOA、AOB群落结构与环境因子的RDA分析RDA分析图的两轴共解释了AOA群落结构变化的74.79%, 其中, 第1排序轴解释了群落结构变化的48.12%, 第2排序轴解释了群落结构变化的26.67%. pH、SOM、TK、C/N与排序轴1和排序轴2均是正相关关系, WC和排序轴1是正相关, 和排序轴2是负相关, NO3--N、TN、TP、AP和排序轴1是负相关, 和排序轴2是正相关, NH4+-N、AN、AK和排序轴1、排序轴2均是负相关关系[图 4(a)].
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SOM：有机质, TN：全氮, TP：全磷, TK：全钾, AN：碱解氮, NO3--N：硝态氮, NH4+-N：铵态氮, AP：速效磷, AK：速效钾, C/N：碳氮比, WC：含水率, 下同 图 4 土壤AOA、AOB群落结构与环境因子的RDA分析 Fig. 4 RDA analysis of soil AOA and AOB community structure and environmental factors |
土壤AOB群落结构与环境因子的RDA分析图中的第1排序轴解释了群落结构变化的62.32%, 第2排序轴解释了群落结构变化的12.80%, 其中TK、AN、WC、SOM、TP和AK等因子均有显著影响, 分别解释了39.9%、16.5%、8.0%、7.3%、5.7%和5.1%的土壤AOB群落变化.其中, TK、AN、WC和土壤AOB群落结构是极显著相关(P＜0.01), SOM、AK、TP和土壤AOB群落结构是显著相关(P＜0.05)[图 4(b)].
2.5 土壤硝化势、amoA基因丰度和土壤理化性质的相关性通过皮尔逊相关性分析得到土壤硝化势、氨氧化微生物(AOA和AOB)amoA基因丰度和土壤理化性质之间的相关性, 结果如图 5所示. NP与土壤AOB amoA基因丰度、TK和C/N之间是显著正相关关系(P < 0.05), 与AN和NH4+-N是显著负相关关系(P < 0.05).土壤AOA amoA基因丰度与NO3--N、TK和AK之间是显著的正相关关系(P＜0.05).土壤AOB amoA基因丰度与TK之间是显著的正相关关系(P＜0.05), 与C/N之间是极显著正相关关系(P＜0.01).
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*表示P < 0.05, **表示P < 0.01 图 5 土壤硝化势、amoA基因丰度和土壤理化性质之间的相关性 Fig. 5 Correlation between soil nitrification potential, amoA gene abundance, and soil physical and chemical properties |
逐步回归分析进一步表明(表 7), NO3--N是解释AOA amoA基因丰度最好的土壤变量, C/N是解释AOB amoA基因丰度最好的土壤变量, AOB amoA基因丰度是解释NP最好的土壤变量.
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表 7 土壤硝化势和aomA基因丰度变化的主要预测因子逐步线性回归分析 Table 7 Main predictors responsible for the changes in soil nitrification potential and the amoA gene abundance based on stepwise linear regression analysis |
3 讨论 3.1 不同施肥处理对土壤硝化势和氨氧化微生物基因丰度的影响
在本研究中, 配施生物炭(FP和PP)处理较不施肥(CK)处理能显著提高土壤的硝化势, He等[19]在酸性土壤中施加生物炭, 发现较CK处理能显著提高土壤硝化势, 这与本研究的结果一致.这是因为生物炭疏松多孔, 具有良好的透气性, 养分含量高, 能吸附土壤中大量抑制硝化作用的物质, 并抑制土壤中影响氨氧化微生物群落结构多样性的因子[20, 21].添加生物炭后, NH4+-N含量下降和NO3--N含量的累积也会增加AOB的基因丰度, 这主要是因为生物炭的孔隙结构有利于硝态氮在土壤中停留, 提高土壤AOB活性, 进而提高土壤硝化势[22, 23].
本研究结果发现单施化肥、化肥配施生物炭和有机肥配施生物炭显著增加AOA基因丰度, 同时单施化肥显著改变AOB基因丰度, 这与吕玉等[24]研究的结果一致, 该研究发现在不同施氮水平下均能显著提高土壤硝化势.这是因为施氮增加了土壤中的无机氮含量, 从而导致氮循环相关微生物种群也随之增加[25].本研究还发现化肥配施生物炭和有机肥配施生物炭显著改变AOB基因丰度, 表明在酸性紫色土中, 生物炭的添加会增加土壤AOA和AOB基因丰度, 刘远等[26]在采煤塌陷区土中施入生物炭, 发现土壤AOA和AOB基因丰度均得到一定程度的增加, 这与本研究的结果一致.这是因为随着生物炭的添加, 刺激土壤氨氧化关键酶活性, 改变了AOB群落结构.在本试验中, AOA和AOB基因丰度都有一定的增加, 但AOB amoA基因丰度显著高于AOA, 且土壤硝化势与AOB amoA基因丰度之间呈现显著的正相关关系, 说明氨氧化细菌(AOB)在酸性紫色土的氨氧化过程中占据主导地位, 这与Hayatsu等[27]研究的结果一致.
本研究表明AOA amoA基因丰度与NO3--N、TK和AK呈正相关, 这与熊艺等[28]研究的结果相同.逐步回归分析进一步表明NO3--N是解释AOA amoA基因丰度最好的土壤变量.这可能是因为NO3--N作为氨氧化过程的反应基质, 能够有效地为AOA群落的生长提供能量来源, 同时有研究证明土壤微生物共存网络的一些属性与土壤可溶性氮(如NO3--N)含量显著相关, 而氨氧化古菌Nitrososphaeria是微生物共存网络的关键节点, 作为一种富营养型古菌, Nitrososphaeria在施用化肥和有机肥的土壤中丰度较高[29, 30].AOB amoA基因丰度与TK呈正相关, 与C/N呈极显著正相关, 这与王先芳等[31]研究的结果一致.逐步回归分析进一步表明C/N是解释AOB amoA基因丰度最好的土壤变量.这可能是因为随着生物炭的添加, 增加了土壤总碳.尽管生物炭中的惰性碳占有较大比例, 但这一过程中微生物量碳也有增加, 从而对土壤C/N达到增强效应[32].生物炭含少量易分解有机物, 输入土壤也可为微生物活动提供碳源和氮源, 同时生物炭可以改善土壤孔隙结构, 这为菌根和细菌等微生物提供了生存和繁殖场所, 促进特殊类群微生物栖息生长, 提高了AOB基因丰度[33].
3.2 有机肥配施生物炭影响土壤氨氧化微生物群落结构的驱动因子冗余分析结果表明, 化肥和有机肥配施生物炭通过改变pH、TP、AP、C/N、SOM、NO3--N和NH4+-N等土壤环境因子从而驱动AOA群落结构, 同时通过改变TK、AN、WC、SOM、TP和AK等土壤环境因子从而驱动AOB群落结构, 这与Deng等[34]研究的结果相似.pH是影响AOA和AOB群落生态位的重要驱动力, 一方面土壤pH与氨氧化微生物的活性有直接关系, 另一方面化肥、有机肥以及生物炭通过改变土壤pH以及有机质的矿化速率, 影响AOA和AOB群落利用碳源和氮源, 间接影响其群落结构[35, 36].C/N作为碳源, NO3--N和NH4+-N作为氨氧化过程反应基质, 能为AOA和AOB群落生长提供能量来源[37, 38].土壤含水率不仅会直接影响AOA和AOB群落的生长发育, 还间接影响土壤氧气含量和氨氧化反应基质的运移及其有效性, 从而与其群落结构密切相关[39].本研究还表明, 全磷和有效磷含量会影响氨氧化微生物群落结构, 这与Huang等[40]研究的结果一致, 其研究发现在添加外源磷的条件下, 微生物丰度会有所增加.这可能是因为磷会通过影响土壤碳氮循环及化学性质对氨氧化微生物群落结构产生间接影响.因此, 化肥和有机肥配施生物炭会通过改变土壤环境因子来影响AOA和AOB的群落结构.
3.3 土壤硝化势与土壤环境因子和氨氧化微生物群落的关系本研究结果表明, 土壤硝化势与土壤AOA amoA并没有显著相关性, 与AOB amoA呈显著正相关关系, 这与贺纪正等[41]研究的结果不同, 该研究发现AOA和AOB在土壤中可能存在生态位分异, 对于土壤氨氧化过程, AOA主要在酸性和低氮的寡营养环境中起主导作用, 而AOB更倾向于在中碱性环境中起主导作用, 这是因为随着生物炭的添加, 其孔隙结构有利于NO3--N在土壤中停留, 土壤和作物根系对NO3--N的吸收促进了土壤有机氮的矿化, 丰度了氨氧化微生物作用的底物NH4+-N的增加, 进而提升了AOB丰度, 形成了良性循环[42, 43].同时在Sun等[44]研究中发现AOB对土壤酸化的耐受性比AOA强, AOB的生存范围和生态生理多样性比AOA更广, He等[19]研究发现在酸性土壤中施加生物炭, 土壤硝化势与AOB呈显著正相关, 与AOA不相关.因此, 在酸性土壤中施加生物炭的条件下, AOB对氨氧化的潜在贡献不容忽视.逐步回归分析进一步表明, 土壤环境因子中AOB amoA是影响土壤硝化势的主要因素, 这与王晓辉等[45]研究的结果一致, 其研究表明, 在设施栽培的耕层土中施加生物炭, 使AOB的丰度增加, 导致了硝化势的增加.这可能是因为配施生物炭显著改变了土壤C/N和NH4+-N, 影响了土壤环境和氨氧化过程的反应基质含量, 从而影响了氨氧化微生物群落的活性、丰度和组成, 最终影响土壤硝化势.
4 结论在酸性紫色土中, 化肥和有机肥配施生物炭能显著提高土壤硝化势.化肥和有机肥配施生物炭可以同时显著提高AOA和AOB的基因丰度, 施用有机肥显著提高AOA的多样性, 同时施肥显著降低AOB的多样性.施肥通过改变pH、TP、AP、C/N、SOM、NO3--N和NH4+-N等土壤环境因子影响土壤AOA和AOB群落结构.化肥和有机肥配施生物炭主要通过影响AOB amoA基因丰度从而提高土壤硝化势.因此, 化肥和有机肥配施生物炭的条件下, AOB群落是酸性紫色土中氨氧化过程的主要驱动者, 同时施肥通过调控紫色土C/N和NO3--N影响氨氧化过程.
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