圍墾對(duì)崇明東灘濕地全程氨氧化微生物的影響①

宋怡軒，金 銳，張?chǎng)卫?，?潔，賈仲君，張耀鴻*

圍墾對(duì)崇明東灘濕地全程氨氧化微生物的影響①

宋怡軒1,2，金 銳1，張?chǎng)卫?，張 潔1，賈仲君2，張耀鴻1*

(1南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心/江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210044；2土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國科學(xué)院南京土壤研究所)，南京 210008)

全程氨氧化細(xì)菌(complete ammonia oxidizers，Comammox)的發(fā)現(xiàn)根本改變了學(xué)術(shù)界對(duì)硝化過程的認(rèn)識(shí)，但其地理分異規(guī)律及對(duì)氮轉(zhuǎn)化過程的貢獻(xiàn)仍不清楚。本研究選擇長江口崇明東灘不同圍墾年限(0、27、51、86 a)稻田表層耕作土壤，采用好氧培養(yǎng)試驗(yàn)測(cè)定土壤硝化潛力；通過標(biāo)靶功能基因?qū)崟r(shí)熒光定量硝化微生物的數(shù)量變異特征，包括全程氨氧化細(xì)菌(Comammox)、氨氧化細(xì)菌(ammonia-oxidizing bacteria，AOB)和氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea，AOA)。結(jié)果表明，與圍墾0 a的自然灘涂濕地相比，圍墾27、51、86 a的水稻土凈硝化速率從N 2.24 mg/(kg·d)分別增加至N 19.3、11.6和11.4 mg/(kg·d)，增幅高達(dá)5.1 倍~ 8.7倍。AOA的豐度與圍墾年限顯著正相關(guān)。自然灘涂濕地中AOA和AOB的數(shù)量分別為0.34×107copies/g和1.14×107copies/g，圍墾86 a后增幅最高可達(dá)27.9倍。自然灘涂濕地中Comammox Clade A和Clade B的基因拷貝數(shù)高于圍墾稻田土壤，且Comammox Clade A隨著圍墾年限增加其豐度顯著增加。統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，AOB與土壤硝化速率顯著正相關(guān)，可能在圍墾水稻土氨氧化過程中發(fā)揮了重要作用；而Comammox Clade A和Clade B與土壤總有機(jī)碳(TOC)、銨含量(NH4+)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，可能更適應(yīng)于營養(yǎng)貧瘠的灘涂自然濕地土壤。

圍墾；全程氨氧化細(xì)菌；氨氧化

氨氧化作用作為土壤氮素轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵過程之一, 是硝化過程的限速步驟。一直以來，人們普遍認(rèn)為硝化作用由兩類不同的化能自養(yǎng)型細(xì)菌：氨氧化細(xì)菌(ammonia-oxidizing bacteria, AOB)和亞硝酸鹽氧化細(xì)菌(nitrite-oxidizing bacteria, NOB)完成的兩步氮循環(huán)過程[1-2]。2004年，化能自養(yǎng)型氨氧化古菌(ammonia- oxidizing archaea, AOA)被發(fā)現(xiàn)，隨后的許多研究表明，這類微生物在土壤和水生系統(tǒng)的硝化過程中發(fā)揮著重要作用，豐富了驅(qū)動(dòng)好氧氨氧化過程的微生物類型。從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)角度來看，相比于經(jīng)典分步硝化，獨(dú)立完成氨氧化和亞硝酸鹽氧化的全程氨氧化過程產(chǎn)生的能量更多，在產(chǎn)率較高而生長速率較低的條件下具有更大優(yōu)勢(shì)[3-4]。2015年，Daims等[3]和van Kessel等[5]發(fā)現(xiàn)了硝化螺菌屬(spp.)中有微生物能全程完成硝化作用，即一步將氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，這類微生物統(tǒng)稱為全程氨氧化細(xì)菌(complete ammonia oxidizers, Comammox)。該細(xì)菌的發(fā)現(xiàn)使人們對(duì)氮循環(huán)過程有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。通過分析宏基因組學(xué)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)Comammox細(xì)菌與硝化螺旋菌屬spp.中其他微生物生境相似，廣泛分布于土壤、淡水濕地、地?zé)釡厝⑽鬯幚韽S和飲用水處理系統(tǒng)中[3, 5-6]。然而，Comammox在濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)中的分布特征和生態(tài)學(xué)重要性卻鮮有報(bào)道。

崇明東灘位于長江口崇明島的最東端，是長江口規(guī)模最大、發(fā)育最完善的河口型潮汐灘涂濕地。入海徑流攜帶的泥沙在河口附近沉積，塑造了廣闊的潮灘濕地。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)土地的需求越來越迫切，灘涂圍墾改農(nóng)田成為解決土地問題的有效途徑。一方面，圍墾區(qū)的土壤來自于灘涂淤積的泥沙，土壤發(fā)育時(shí)間相對(duì)較短，其土壤本底較為均一；另一方面，圍墾后的濕地不再受潮汐影響，與近海間的物質(zhì)能量交換基本消失，特別是水稻種植、翻耕、施肥等農(nóng)業(yè)管理措施，使圍墾區(qū)生境發(fā)生顯著變化，形成了獨(dú)特的濕地類型：圍墾區(qū)稻田濕地，特別是大量的農(nóng)業(yè)活性氮進(jìn)入稻田生態(tài)系統(tǒng)后，使其成為氮循環(huán)的熱區(qū)。因此，開展濱海河口濕地土壤氨氧化過程及其相關(guān)功能微生物的研究，有助于深入認(rèn)識(shí)圍墾造田和農(nóng)業(yè)氮輸入對(duì)氮關(guān)鍵轉(zhuǎn)化過程的作用機(jī)理，具有重要的理論意義與科學(xué)價(jià)值。

基于此，本文以典型濱海河口濕地——崇明東灘為研究區(qū)，采用空間代替時(shí)間的研究方法，研究圍墾造田條件下濱海濕地土壤的好氧氨氧化過程，探討其空間變異特征及主要影響因素；通過微生物分子生物學(xué)研究方法，分析濕地土壤中全程氨氧化微生物(Clade A 和 Clade B)和經(jīng)典氨氧化微生物(AOA 和 AOB)的豐度變化，評(píng)估這些微生物功能基因的生態(tài)位分化及其對(duì)硝化作用的相對(duì)貢獻(xiàn)，以期為長江口濕地環(huán)境保護(hù)與生態(tài)治理提供重要的參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 土壤樣品采集

采樣地點(diǎn)為上海市崇明島(121°09′ ~ 121°54′E，31°27′ ~ 31°51′N)，屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，終年溫?zé)?，降水充沛，年均?5.3 ℃，年降水量1 003.7 mm[7]。本研究選取東灘濕地保護(hù)區(qū)灘涂土壤為圍墾 0 a土壤作為對(duì)照，其他3個(gè)水稻土的圍墾年限分別為27、51、86 a。圍墾植稻不同年限的實(shí)驗(yàn)樣點(diǎn)根據(jù)Cui等[8]的參考文獻(xiàn)選取。為了使采樣點(diǎn)能更準(zhǔn)確反映不同的土壤發(fā)育年限，更具代表性，在每個(gè)樣區(qū)內(nèi)以S形設(shè)置6個(gè)采樣點(diǎn)，各采樣點(diǎn)間距約為10 ~ 15 m，用土鉆取表層0 ~ 20 cm鮮土，并將該6個(gè)采樣點(diǎn)的土壤均勻混合為1個(gè)混合樣本，于保溫箱加冰袋保存運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室冷凍保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 土壤理化性質(zhì)測(cè)定

土壤理化性質(zhì)的分析測(cè)定主要參考《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[9]。土壤全氮含量采用半微量凱氏定量法測(cè)定。土壤總有機(jī)碳采用濃硫酸–重鉻酸鉀消煮，硫酸亞鐵滴定法測(cè)定。土壤NH4+-N和NO– 3-N用2 mol/L KCl溶液浸提后，采用AA3流動(dòng)分析儀測(cè)定；亞硝態(tài)氮采用重氮反應(yīng)–比色法測(cè)定。土壤pH采用水土比為2.5︰1提取水溶液后，用數(shù)字酸度計(jì)(PHSJ- 6L，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司)測(cè)定；土壤電導(dǎo)率用電導(dǎo)法測(cè)定，采用水土為5︰1提取水溶液后用電導(dǎo)率儀(DDSJ-319L，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司)測(cè)定。

硝化速率的測(cè)定采用好氣培養(yǎng)法[10]，取沉積物土樣10 g(干基)，加15 ml去離子水，將土樣分散均勻，形成懸濁液。稱取總重量并記錄。25 ℃避光預(yù)培養(yǎng)7 d以便激活土壤微生物。預(yù)培養(yǎng)結(jié)束后，將每個(gè)土樣分為兩組：第一組的3個(gè)錐形瓶，直接測(cè)定其中的NO– 3-N含量(0)。第二組的6個(gè)錐形瓶中，用移液槍加入(NH4)2SO4溶液使N最終濃度達(dá)到200 mg/L，再根據(jù)重量法補(bǔ)加去離子水，使之去離子水總量為20 ml。然后在恒溫培養(yǎng)箱中25 ℃避光培養(yǎng)7 d后，取出錐形瓶，測(cè)定其中的NO– 3-N 含量(= 7)。

硝化速率的計(jì)算公式為：

式中：為硝化速率(N, mg/(kg·d))；(NO– 3)和(NO– 3)0分別為7 d和0 d 時(shí)NO– 3-N含量。

1.3 土壤DNA提取

利用Fast DNA Spin kit for soil提取試劑盒 (MPBiomedicals, USA) 提取土壤樣品中的總DNA，取0.5 g土壤樣品，按試劑盒提供的試劑和步驟提取DNA，F(xiàn)astPrep?FP120 細(xì)胞破碎儀以速度 6 m/s，時(shí)間 40 s進(jìn)行細(xì)胞破碎。取部分DNA提取液用分光光度計(jì)(NanoDrop -1000 UV-Vis)測(cè)定DNA濃度和純度( OD260 /OD280和OD260 /OD230)。土壤DNA保存于–80 ℃冰箱待用。

1.4 實(shí)時(shí)熒光定量PCR

在C1000TMReal-Time System擴(kuò)增儀上進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光定量PCR擴(kuò)增。測(cè)定氨氧化古菌(AOA)、氨氧化細(xì)菌(AOB)和全程氨氧化細(xì)菌(Comammox Clade A與總Comammox)的基因拷貝數(shù)。AOB、AOA、總Comammox和Comammox Clade A的基因定量 PCR 所用擴(kuò)增引物和擴(kuò)增條件見表1[6,11-14]。反應(yīng)體系均為20 μl，包括DNA樣品1 μl、Taq DNA聚合酶10 μl、前后引物各0.5 μl、無菌水8 μl。

表 1 AOA, AOB, Comammox Clade A和總Comammox 的amoA基因引物序列及其擴(kuò)增條件

提取AOA、AOB、Comammox Clade A和總Comammox的基因的重組質(zhì)粒，并通過測(cè)序驗(yàn)證，再用分光光度計(jì)( NanoDrop ND-1000 UV-Vis)測(cè)定質(zhì)粒濃度，并用無菌水將質(zhì)粒稀釋6 ~ 8個(gè)梯度，用于制作定量PCR的標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出目的基因的拷貝數(shù)。Comammox Clade B基因的拷貝數(shù)為總Comammox 與Comammox Clade A的差值。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

用IBM Statistics SPSS 16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過單因素方差分析(one-way ANOVA)和Pearson分析土壤理化性質(zhì)、氨氧化微生物豐度的差異性以及相關(guān)性檢驗(yàn)，顯著性水平= 0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同圍墾年限濕地土壤的理化性質(zhì)變化特征

崇明島濕地不同圍墾年限土壤理化性質(zhì)如表2所示。長期植稻顯著提升了水稻土無機(jī)氮含量，降低了硫酸鹽含量。圍墾稻田土壤NO– 3含量為11.79 ~ 18.67 mg/kg，是未圍墾灘涂濕地土壤的1.8倍 ~ 2.9倍；圍墾稻田土壤NH4+含量為14.48 ~ 23.37 mg/kg，比未圍墾灘涂濕地土壤高出1.1倍 ~ 2.7倍；且圍墾51 a稻田土壤的NH4+和NO– 3含量均顯著高于其他3個(gè)采樣點(diǎn)。土壤NO– 2含量在不同采樣點(diǎn)之間沒有顯著差異。土壤SO2– 4 濃度與EC值的變化趨勢(shì)一致，也隨著圍墾年限增加而明顯減小，且未圍墾灘涂濕地土壤顯著高于圍墾稻田。圍墾稻田的土壤總有機(jī)碳(TOC)介于15.29 ~ 18.34 g/kg，顯著高于未圍墾的自然灘涂濕地，且隨圍墾年限增加有顯著增加的趨勢(shì)。土壤全氮(TN)含量介于0.84 ~ 1.12 g/kg，4個(gè)采樣點(diǎn)之間沒有顯著差異。未圍墾灘涂濕地土壤的pH為7.86，顯著高于圍墾稻田。土壤電導(dǎo)率隨著圍墾年限的增加顯著減小，且未圍墾灘涂濕地土壤的EC值是圍墾稻田的3.2倍 ~ 6.9倍。

表2 不同圍墾年限土壤的理化性質(zhì)

注：同一列數(shù)據(jù)小寫字母不同表示不同圍墾年限處理間差異達(dá)<0.05顯著水平，下表同。

2.2 不同圍墾年限濕地土壤的硝化速率

如圖1所示，圍墾0 a的自然灘涂濕地硝化速率最低，僅為N 2.22 mg/(kg·d)，圍墾27、51、86 a后水稻土硝化速率分別為N 19.3、11.6和11.4 mg/(kg·d)，增幅高達(dá)8.7倍、5.2倍和5.1倍。其中，圍墾27 a稻田土壤的硝化速率顯著高于圍墾51 a和86 a土壤，分別高出66% 和67%。

圖1 不同圍墾年限土壤的硝化速率

2.3 氨氧化細(xì)菌和古菌的豐度特征

由圖2可知，圍墾0、27、51、86 a的土壤AOA的基因拷貝數(shù)(以每克干土計(jì))分別為0.34×107、1.10×107、4.07×107、9.95×107copies/g，隨著圍墾年限增加而顯著增大(< 0.05)。圍墾27、51、86 a的稻田土壤AOB的基因拷貝數(shù)(以每克干土計(jì))為8.43×107、6.96×107、6.69×107copies/g，分別是圍墾0 a灘涂濕地土壤的7.4倍、6.1倍和5.9倍。相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，4個(gè)采樣點(diǎn)的AOB基因拷貝數(shù)與土壤硝化速率呈顯著正相關(guān)(= 0.96*)。

2.4 全程氨氧化細(xì)菌的豐度特征

近年來國外研究者發(fā)現(xiàn)了具備單獨(dú)將NH4+氧化為NO– 3的可純培養(yǎng)細(xì)菌，均屬于亞硝酸鹽氧化細(xì)菌中的硝化螺菌屬，被稱為全程氨氧化細(xì)菌。由圖3可知，圍墾0、27、51、86 a土壤的Comammox Clade A 拷貝數(shù)分別為1.04×107、0.14×107、0.64×107、1.00×107copies/g。其中，圍墾稻田土壤的Clade A 拷貝數(shù)隨著圍墾年限增加而顯著增大，但均低于圍墾0 a的灘涂濕地土壤。Comammox Clade B在4個(gè)采樣點(diǎn)中的豐度特征與Clade A變化特征有所不同，其拷貝數(shù)分別為5.73×106、1.78×106、0.48× 106、2.04×106copies/g；其中，圍墾稻田土壤的Clade B 拷貝數(shù)均顯著低于圍墾0 a的灘涂濕地土壤。

圖2 不同圍墾年限濕地土壤AOA和AOB amoA功能基因拷貝數(shù)

2.5 不同氨氧化微生物之間的豐度比值

由表3可見，崇明島圍墾年限0、27、51、86 a的土壤中，不同氨氧化微生物之間的豐度比值A(chǔ)OA/AOB介于0.13 ~ 1.49，表明這兩類微生物的功能基因拷貝數(shù)大致在一個(gè)數(shù)量級(jí)水平；Clade A/Clade B介于0.77 ~ 13.35，表明Clade A的功能基因與Clade B的變化范圍較大；AOA、AOB與Clade A 的功能基因拷貝數(shù)的比值介于0.33 ~ 61.43。AOA、AOB與Clade B 的功能基因拷貝數(shù)的比值介于0.60 ~ 146.18。

圖3 不同圍墾年限Comammox amoA功能基因拷貝數(shù)

表 3 不同氨氧化微生物的豐度比值

2.6 氨氧化微生物豐度與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性

對(duì)圍墾0、27、51、86 a的濕地土壤理化性質(zhì)與氨氧化微生物豐度進(jìn)行了相關(guān)性分析。由表4可見，AOB基因拷貝數(shù)與NH4+、NO– 3呈正相關(guān)，且與NO– 3含量達(dá)顯著水平；而Clade A和Clade B均與NH4+、NO– 3呈負(fù)相關(guān)，且與NH4+含量都達(dá)到顯著水平。推測(cè)全程氨氧化微生物(Clade A、Clade B)更適應(yīng)于營養(yǎng)貧瘠條件，而AOB可能在活性氮源充足條件下主導(dǎo)硝化作用。TOC、NO– 2與AOA、Clade A、Clade B之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與AOB呈正相關(guān)，且TOC與AOB、Clade A、Clade B的相關(guān)性達(dá)到顯著水平。4類氨氧化微生物的基因拷貝數(shù)均與pH呈正相關(guān)，且與AOA的相關(guān)性顯著。SO2– 4、EC與AOB豐度呈顯著負(fù)相關(guān)，與Clade B表現(xiàn)為顯著正相關(guān)。

表 4 氨氧化微生物豐度與土壤基本理化性質(zhì)的相關(guān)性

注：* 表示相關(guān)性達(dá)< 0.05顯著水平。

3 討論

本試驗(yàn)以長江口崇明島東灘濕地為對(duì)象來研究典型氨氧化微生物(AOB、AOA)與全程氨氧化細(xì)菌(Comammox)的分布及豐度特征，對(duì)了解長江口濕地生態(tài)系統(tǒng)中硝化作用微生物分布及數(shù)量特征具有重要意義。本研究中，不同圍墾年限(0、27、51、86 a)的濕地土壤中均檢測(cè)到全程氨氧化細(xì)菌，證實(shí)了全程氨氧化細(xì)菌存在于長江口崇明島圍墾稻田和自然灘涂濕地中。國外研究者基于宏基因組數(shù)據(jù)庫比對(duì)功能基因，推測(cè)全程氨氧化細(xì)菌廣泛存在于稻田土壤[3,5]、濕地[3]、淡水生態(tài)系統(tǒng)、工程環(huán)境[6]等。Wang等[2]發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)自來水處理廠的樣本中Comammox豐度遠(yuǎn)高于AOA和AOB的的豐度，達(dá)到2倍 ~ 5倍。不同圍墾年限的AOA、AOB與全程氨氧化細(xì)菌(Clade A或Clade B)的功能基因拷貝數(shù)的比值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1(表4)，表明在此生境中經(jīng)典氨氧化微生物比全程氨氧化細(xì)菌在數(shù)量上更具優(yōu)勢(shì)。本研究的采樣區(qū)域?yàn)楹ｊ懡诲e(cuò)帶，其全程氨氧化細(xì)菌兩個(gè)分支Clade A與Clade B 的功能基因的檢測(cè)結(jié)果，對(duì)于揭示長江入海河口區(qū)域中是否存在全程氨氧化細(xì)菌可提供重要的參考數(shù)據(jù)。在本研究中，Clade A基因拷貝數(shù)與AOA、AOB的數(shù)量級(jí)相同，均為107copies/g，且Clade A與Clade B比值范圍為0.8 ~ 13.4，說明在長江口圍墾稻田濕地與自然灘涂濕地中全程氨氧化細(xì)菌主要以Comammox Clade A居多。萬琪慧等[15]在紫色水稻土中也檢測(cè)到Comammox Clade A和Clade B，且Clade A/Clade B比值范圍為16 ~ 34，表明兩個(gè)分支以Clade A為主，本試驗(yàn)結(jié)果與此一致。新近，國外研究者在意大利農(nóng)田土壤中檢測(cè)到了兩分支的Comammox豐度值均高于104genecopies/ng(以DNA計(jì))，其中Comammox Clade A的基因拷貝數(shù)比Comam-mox Clade B高出2 ~ 3個(gè)數(shù)量級(jí)[6]，暗示了這些生境中Comammox Clade A在氮硝化過程中可能發(fā)揮著重要的作用。

通常認(rèn)為，氮素含量豐富，且中性至堿性的土壤有利于AOB生長繁殖，施加氮肥的稻田土壤往往以AOB起主導(dǎo)作用進(jìn)行硝化過程。鐘文輝等人[16]研究發(fā)現(xiàn)長期施用氮肥提高氨氧化細(xì)菌數(shù)量可能是施氮土壤硝化率和硝化勢(shì)較高的原因之一。本試驗(yàn)中，相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)AOB與土壤TOC、NO– 3呈顯著正相關(guān)；隨著圍墾年限增加，硝化速率和AOB的基因拷貝數(shù)的變化趨勢(shì)一致，兩者呈顯著正相關(guān)，表明AOB對(duì)氨氧化過程起主導(dǎo)作用。黃蓉等[17]在提高酸性紅壤的pH后，發(fā)現(xiàn)AOB提高2個(gè)數(shù)量級(jí)，而硝化速率也顯著增加，本試驗(yàn)結(jié)果與此一致。Comammox的基因拷貝數(shù)均明顯低于AOB，且與硝化速率呈顯著負(fù)相關(guān)，暗示了Comammox對(duì)硝化速率的相對(duì)貢獻(xiàn)較小。兩類全程氨氧化細(xì)菌即Comammox Clade A與Comammox Clade B有相似規(guī)律，未開墾灘涂濕地的基因拷貝數(shù)普遍高于圍墾稻田土壤，暗示這類微生物在灘涂自然濕地的氮轉(zhuǎn)化過程中可能起著重要的作用。

大量的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，AOA比AOB對(duì)氨具有更高的親和力，因此當(dāng)氨濃度很低時(shí)，AOA對(duì)氨的競(jìng)爭(zhēng)遠(yuǎn)勝于AOB。Martens等[18]發(fā)現(xiàn)在海洋中的AOA可以通過調(diào)整細(xì)胞機(jī)制在低于10 nmol/L的底物濃度環(huán)境中進(jìn)行生長。最近的研究發(fā)現(xiàn)Comammox對(duì)氨的親和力大于AOA。本研究中，Comammox分支A和B(Comammox Clade A與Comammox Clade B)的A基因拷貝數(shù)與TOC、NH4+濃度均呈顯著負(fù)相關(guān)(表4)，推測(cè)在沒有圍墾的自然灘涂濕地中，TOC、活性氮含量少的貧營養(yǎng)環(huán)境可能更有利于Comam-mox的生長繁殖。

綜上所述，長江口濕地中檢測(cè)到ComammoxA基因，且與AOA和AOB共同生存，可能存在對(duì)底物和碳源的競(jìng)爭(zhēng)。如要精確計(jì)算三者對(duì)表觀硝化速率的相對(duì)貢獻(xiàn)，需要進(jìn)一步考察其RNA反轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)等代謝水平[19]，進(jìn)一步從宏基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組、代謝組等方面探究其生理生化特性，從而可以準(zhǔn)確評(píng)估其實(shí)際對(duì)硝化作用的貢獻(xiàn)率。

4 結(jié)論

1)本試驗(yàn)在4種圍墾年限的稻田土壤中檢測(cè)到全程氨氧化細(xì)菌(Comammox)A基因，表明Comammox廣泛分布在該圍墾地區(qū)，且以分支Clade A為主。

2)未開墾灘涂濕地中Comammox Clade A 和Clade BA基因普遍高于圍墾稻田土壤。

3)半程氨氧化細(xì)菌(AOB)與硝化速率隨圍墾年限的變化一致，可能對(duì)硝化速率貢獻(xiàn)最大。

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Effect of Reclamation on Abundance of Comammox Microorganism in Chongming Wetland

SONG Yixuan1,2, JIN Rui1, ZHANG Xinlei1, ZHANG Jie1, JIA Zhongjun2, ZHANG Yaohong1*

(1 Nanjing University of Information Science and Technology, Collaborative Innovation Center for Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters/Jiangsu Provincial Key Laboratory of Agricultural Meteorology, Nanjing 210044, China; 2 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China)

The discovery of comammox broadens our understanding of the nitrification process, but little is known about its natural geographical distribution and its contribution to nitrogen conversion process. In this study, the surface soils of the paddy fields with different reclamation years (0, 27, 51 and 86 a) were selected in the Chongming wetland of the Yangtze River estuary, soil nitrification rates and its influencing factors were determined by aerobic incubation, and the target functional genewas analyzed by real-time fluorescent quantitative PCR to analyze the quantitative variation characteristics of Comammox, ammoxidox bacteria (AOB) and ammonia archaea (AOA). The results showed that the net nitrification rates of paddy soils with 40, 75 and 120 a of reclamation were N 19.26, 11.63 and 11.43 mg/(kg·d), respectively, which were significantly 5.1-8.7 times higher than that of natural tidal wetland (<0.05). Thegene copy number of soil ammonia archaea AOA was between 0.34×107and 9.95×107copies/g, which increased significantly with the increase of reclamation year. Thegene copy number of soil ammonia bacteria AOB ranged from 1.14×107to 8.43×107copies/g, which was significantly positively correlated with soil nitrification rate (= 0.96*,<0.05), indicating that AOB might play a dominated role in nitrification process. The Comammox Clade A and Clade B copy number of the soils in the paddy fields (27, 51 and 86 a) were lower than that of tidal flat wetland soil (no reclamation), and Clade A increased significantly with the increase of the reclamation year. Comammox Clade A/Clade B was significantly negatively correlated with soil total organic carbon (TOC) and ammonium content (NH4+), indicating that the ammonia-oxidizing microbes (Clade A, Clade B) are more suitable for nutritional infertility. In summary, Comammox bacteria is widely present in the coastal wetland soils of the Yangtze River estuary, which possibly may play an important role in nitrogen transformation process of tidal flat natural wetlands.

Reclamation; Comammox; Ammonia oxidation

S154

A

10.13758/j.cnki.tr.2020.06.014

宋怡軒, 金銳, 張?chǎng)卫? 等. 圍墾對(duì)崇明東灘濕地全程氨氧化微生物的影響. 土壤, 2020, 52(6): 1196–1202.

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41671247, 41103039)，江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目( BK20171455) 和江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201810300094X, 201710300018)資助。

(yhzhang@nuist.edu.cn)

宋怡軒(1995—)，女，四川南充人，碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)應(yīng)對(duì)氣候變化研究。E-mail: 2287784164@qq.com