徐 杰韓 成張金波鄧 歡鐘文輝?

（1 南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，南京 210023）

（2 江蘇省物質(zhì)循環(huán)與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210023）

有機(jī)碳氮添加對(duì)酸性森林土壤氨氧化過(guò)程的影響*

徐 杰1，2韓 成1，2張金波1，2鄧 歡1，2鐘文輝1，2?

（1 南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，南京 210023）

（2 江蘇省物質(zhì)循環(huán)與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210023）

以亞熱帶酸性森林土壤為研究對(duì)象，開(kāi)展了微宇宙室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，設(shè)置了有機(jī)碳和有機(jī)氮添加處理，分析了土壤硝化活性和氨氧化古菌（Ammonia-oxidizing archaea，AOA）、氨氧化細(xì)菌（Ammonia-oxidizing bacteria，AOB）的功能基因豐度，研究了外源有機(jī)碳和有機(jī)氮對(duì)酸性森林土壤氨氧化過(guò)程的影響規(guī)律。結(jié)果表明：外源有機(jī)氮添加顯著刺激了酸性森林土壤硝化活性，乙炔抑制實(shí)驗(yàn)表明自養(yǎng)氨氧化對(duì)酸性森林土壤硝化過(guò)程的貢獻(xiàn)率＞90%。有機(jī)碳添加對(duì)土壤硝化活性未有顯著影響，同時(shí)添加有機(jī)碳和無(wú)機(jī)銨態(tài)氮也未顯著提高土壤硝化活性，而外源有機(jī)氮添加提高了土壤礦化速率并導(dǎo)致土壤NH3濃度升高，可能是土壤硝化活性、AOA和AOB數(shù)量顯著增加的主要原因。

氨氧化古菌；γ-氨基丁酸；礦化；有機(jī)氮

復(fù)雜環(huán)境如土壤中存在大量的有機(jī)碳和有機(jī)氮，然而，土壤中氨氧化古菌和細(xì)菌能否同化有機(jī)碳異養(yǎng)生長(zhǎng)及其對(duì)土壤硝化過(guò)程的貢獻(xiàn)一直是研究難點(diǎn)。2011年，科學(xué)家獲得第一株來(lái)自于中性土壤環(huán)境的氨氧化古菌Nitrososphaera viennensis，并發(fā)現(xiàn)其主要通過(guò)化能無(wú)機(jī)自養(yǎng)代謝生長(zhǎng)，但有機(jī)碳（如丙酮酸）添加能顯著刺激其增殖生長(zhǎng)［10］?；蚪M分析也發(fā)現(xiàn)海洋氨氧化古菌具有異養(yǎng)生長(zhǎng)的遺傳基礎(chǔ)［11］，而最近的純培養(yǎng)研究則發(fā)現(xiàn)酮戊二酸添加顯著提高兩株氨氧化古菌的活性［12］。事實(shí)上，與中性/堿性土壤中的氨氧化古菌如N. viennensis相比，酸性土壤中的氨氧化古菌與海洋氨氧化古菌具有更近的系統(tǒng)發(fā)育親緣關(guān)系［13］，但純培養(yǎng)研究表明這些氨氧化古菌對(duì)有機(jī)碳的響應(yīng)規(guī)律明顯不一致［7，12］。

針對(duì)復(fù)雜土壤環(huán)境的分子生態(tài)學(xué)和表觀通量觀測(cè)則表明異養(yǎng)硝化過(guò)程可能在酸性土壤中發(fā)揮了重要作用。Shen等［14］發(fā)現(xiàn)我國(guó)典型土壤中AOA和AOB的數(shù)量在區(qū)域尺度上的分布與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，而室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)有機(jī)物質(zhì)能夠顯著刺激土壤異養(yǎng)硝化作用［15］。利用不同施肥管理的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，也有研究表明相較于無(wú)機(jī)氮肥，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥更加顯著地激發(fā)了土壤硝化活性［16］。針對(duì)湖南祁陽(yáng)旱地紅壤的研究則表明：有機(jī)無(wú)機(jī)配施條件下土壤中AOA和AOB的數(shù)量最高，而單施化肥條件下數(shù)量最低［17］。我們的前期研究也發(fā)現(xiàn)，施有機(jī)肥條件下旱地土壤AOA amoA基因拷貝數(shù)顯著高于未施有機(jī)肥土壤［18］。也有研究表明有機(jī)氮礦化導(dǎo)致土壤銨態(tài)氮濃度增加，并能顯著刺激土壤硝化活性［19］，無(wú)機(jī)銨態(tài)氮添加則對(duì)酸性土壤氨氧化未有顯著影響［20］。然而，酸性土壤氨氧化有機(jī)物添加（如外源有機(jī)氮、有機(jī)碳、有機(jī)碳配施無(wú)機(jī)氮）的響應(yīng)規(guī)律尚未有系統(tǒng)研究。據(jù)此，本研究針對(duì)亞熱帶酸性森林土壤，設(shè)置了微宇宙室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)添加不同類(lèi)型的有機(jī)碳源、有機(jī)氮源、有機(jī)碳源配施無(wú)機(jī)氮、并利用C2H2對(duì)自養(yǎng)氨氧化過(guò)程的抑制作用［21-22］，研究不同形態(tài)的氮源對(duì)土壤氨氧化活性及氨氧化細(xì)菌和古菌數(shù)量的影響。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于福建建甌萬(wàn)木林自然保護(hù)區(qū)，地處建甌市西南29 km的房道鄉(xiāng)境內(nèi)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)118°02′22″～118°09′23″，北緯27°02′28″～27°03′32″，總面積189 hm2。自然保護(hù)區(qū)為低山丘陵地帶，海拔234～556 m。氣候?qū)儆谥衼啛釒Ъ撅L(fēng)型氣候，水、光、熱資源豐富，年均氣溫18.7℃，年均降雨量為1 664 mm。保護(hù)區(qū)森林覆蓋率高達(dá)96.1%，植被類(lèi)型豐富。選擇其中的優(yōu)勢(shì)種群杉木林采集土壤。土壤為花崗巖發(fā)育的紅壤。

1.2 供試土壤

供試土壤采集于2014年12月11日。采用多點(diǎn)混合采樣法采集表層（0～15 cm）土壤，裝入自封袋內(nèi)，帶回實(shí)驗(yàn)室，去除雜物、細(xì)根，過(guò)2 mm篩，4℃保存。采用玻璃電極法測(cè)定土壤pH（水土比為2.5∶1）；使用2 mol L-1KCl浸提土壤，土壤硝態(tài)氮（NO3--N）和銨態(tài)氮（NH4+-N）含量分別通過(guò)NAS試劑（4-（苯氨基）苯磺酸）比色法［23］、靛酚藍(lán)比色法［24］測(cè)定。土壤基本理化指標(biāo)如下：pH4.61、有機(jī)碳37.8 g kg-1、全氮2.02 g kg-1、銨態(tài)氮68.0 mg kg-1、硝態(tài)氮5.92 mg kg-1。

杜威曾說(shuō)：“我們主張必須有一個(gè)實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)情境，作為思維的開(kāi)始階梯。”所以，在拋錨式教學(xué)中，創(chuàng)設(shè)一個(gè)與現(xiàn)實(shí)情況基本類(lèi)似或一致的情景是激發(fā)學(xué)生求知欲的前提。創(chuàng)設(shè)問(wèn)題的情景可以通過(guò)視頻、圖片或提問(wèn)等方式進(jìn)行。

1.3 土壤微域培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)置

前期研究發(fā)現(xiàn)植物根系分泌物能選擇性的富集古菌［25］，而氮、磷、鉀及鐵脅迫下，植物根系分泌物中果糖、葡萄糖、檸檬酸、丙三醇、L-谷氨酸、γ-氨基丁酸顯著增加［26］。據(jù)此設(shè)置了微宇宙培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)I，針對(duì)5種有機(jī)物（本研究中統(tǒng)一將不含氮有機(jī)物簡(jiǎn)稱(chēng)為有機(jī)碳，含氮有機(jī)物簡(jiǎn)稱(chēng)為有機(jī)氮），包括有機(jī)碳：葡萄糖（GLU）、檸檬酸（CA）、丙酮酸（PA），有機(jī)氮：γ-氨基丁酸（GABA）、L-谷氨酸（GAA），研究外源有機(jī)物添加對(duì)土壤氨氧化過(guò)程的影響。具體實(shí)驗(yàn)設(shè)置如下：將過(guò)篩后的新鮮土壤混勻，稱(chēng)取30.0 g（干土重）土樣置于120 ml血清瓶，按干土重的0.1%向土壤中添加不同有機(jī)物，同時(shí)添加(NH4)2SO4，設(shè)置零時(shí)刻所有處理包括對(duì)照土壤NH4+-N的初始濃度均為200 mg kg-1，并調(diào)節(jié)土壤水分至60%的最大持水量。所有血清瓶涂抹硅橡膠密封后置于生化培養(yǎng)箱。28 ℃恒溫、避光連續(xù)培養(yǎng)14 d。培養(yǎng)7 d后進(jìn)行換氣以確保血清瓶?jī)?nèi)氧氣充足，14 d培養(yǎng)結(jié)束后破壞性采樣。每個(gè)血清瓶中采集10 g土壤樣品（干土重），以作NO3--N和NH4+-N含量測(cè)定。

實(shí)驗(yàn)I結(jié)果發(fā)現(xiàn)γ-氨基丁酸顯著促進(jìn)了土壤氨氧化能力。據(jù)此設(shè)置了實(shí)驗(yàn)II微宇宙培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)條件如血清瓶、土壤、溫度等如實(shí)驗(yàn)I所述。具體處理設(shè)置如下：①對(duì)照處理（CK）、②(NH4)2SO4處理（AS）、③γ-氨基丁酸處理（GABA）、④丁酸+(NH4)2SO4處理（BA+AS），每個(gè)處理均有乙炔抑制和無(wú)乙炔抑制培養(yǎng)，共計(jì)4×2×3×6=144個(gè)重復(fù)。AS處理、GABA處理、BA+AS處理統(tǒng)一外加4.0 mg的NH4+-N。此外，BA+AS處理和GABA處理加入的丁酸碳量一致。未添加外源有機(jī)物的2個(gè)處理（即CK處理、AS處理）土壤TOC含量保持不變，約為37.8 g kg-1，其余2個(gè)處理土壤TOC含量增加1.2%左右。最后，使用Agilent注射器充入C2H2(100 Pa)，密封培養(yǎng)42 d，每7天破壞性采樣一次，每隔6 d上午固定10∶00開(kāi)始破壞性采樣并進(jìn)行換氣（相應(yīng)處理重新補(bǔ)充100 Pa的C2H2）。分別收集每個(gè)血清瓶中的土壤樣品，混勻后取出約1 g土壤（干土重），-80℃保存于超低溫冰箱待用；另采集10 g土壤（干土重）以作-N和-N含量測(cè)定。具體換氣操作：使用真空泵將血清瓶抽氣至40%負(fù)壓后，打開(kāi)瓶塞通氣10 min，重復(fù)操作3次后結(jié)束換氣；最后乙炔抑制處理補(bǔ)加100 Pa的C2H2，充氣完畢后密封，繼續(xù)恒溫培養(yǎng)。

針對(duì)實(shí)驗(yàn)II微宇宙培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，開(kāi)展了分子生態(tài)學(xué)分析。選擇各個(gè)處理（無(wú)乙炔抑制）零時(shí)刻、培養(yǎng)第28天、第42天的土壤樣品提取土壤微生物基因組DNA。

1.4 土壤微生物基因組DNA提取和實(shí)時(shí)熒光定量PCR分析

采用試劑盒（MP Biomedicals，LLC）進(jìn)行土壤微生物基因組DNA提取實(shí)驗(yàn)，具體土壤DNA提取步驟嚴(yán)格按照試劑盒操作說(shuō)明完成。最終得到的土壤微生物基因組DNA樣品一部分采用NanoDrop 2000測(cè)定DNA濃度和純度，另一部分-20℃低溫保存待用。

利用實(shí)時(shí)熒光定量PCR對(duì)土壤中的AOA和AOB進(jìn)行定量分析。采用基于SYBR green染料法的定量PCR技術(shù)檢測(cè)土壤中amoA功能基因豐度，AOA和AOB定量PCR分析的分子標(biāo)靶基因及反應(yīng)條件如表1所示［27］。

表1 熒光定量 PCR 擴(kuò)增引物及反應(yīng)條件Table 1 Fluorescent quantitation PCR amplification primers and reaction conditions in the study

采用大連寶生物工程有限公司的SYBR?Premix Ex TaqTM（Perfect Real Time）試劑盒于CFX96 Real-Time PCR System 擴(kuò)增儀上分析。定量PCR選擇25 μl反應(yīng)體系，包括12.5 μlSYBR?Premix Ex TaqTM、上下游引物各0.5 μl（20 nmoL μl-1）、2 μlDNA 模板和9.5μl的滅菌超純水。陰性對(duì)照用滅菌超純水代替DNA模板。

1.5 數(shù)據(jù)分析

文中結(jié)果均以干土重來(lái)表達(dá)，利用SPSS18.0軟件，進(jìn)行了相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析。采用Tukey’s HSD分析不同處理間土壤-N、-N、礦化速率及細(xì)菌、古菌的amoA基因拷貝數(shù)的顯著性差異。所有顯著性水平均為p＜0.05。使用Origin 9.0、Adobe Illustrator CS6.0進(jìn)行圖像繪制。

2 結(jié) 果

2.1 有機(jī)物添加對(duì)土壤硝化活性的影響

土壤中硝態(tài)氮濃度增加是硝化過(guò)程的主要特征。與CK比較，在等量有機(jī)氮輸入情況下，γ-氨基丁酸、L-谷氨酸顯著促進(jìn)了土壤硝化過(guò)程，土壤中-N積累量顯著增加；而葡萄糖（GLU）、檸檬酸（CA）和丙酮酸（PA）添加土壤中-N含量無(wú)顯著性變化（圖1），表明這些有機(jī)碳源添加未能促進(jìn)土壤硝化活性。土壤-N含量的變化（圖1）與-N的變化相反，γ-氨基丁酸、L-谷氨酸添加土壤中-N含量顯著低于CK處理，而葡萄糖（GLU）、檸檬酸（CA）和丙酮酸（PA）添加土壤中的-N含量與對(duì)照處理CK相比無(wú)顯著變化。這些結(jié)果表明，有機(jī)氮源顯著促進(jìn)了土壤氨氧化過(guò)程，而有機(jī)碳源添加對(duì)土壤氨氧化過(guò)程無(wú)顯著影響。

圖1 有機(jī)碳和有機(jī)氮添加對(duì)亞熱帶酸性森林土壤氨氧化過(guò)程的影響Fig. 1 Effects of amendments of organic carbon and organic nitrogen on ammoxidation processes in subtropical acidic forest soil

2.2 有機(jī)氮源和無(wú)機(jī)氮源對(duì)土壤自養(yǎng)氨氧化過(guò)程的影響

充入C2H2培養(yǎng)42 d的所有處理土壤中-N含量基本保持不變（圖2b），而由于有機(jī)質(zhì)的礦化作用，土壤-N含量在培養(yǎng)第7天產(chǎn)生了顯著的增加，此后也未出現(xiàn)顯著變化（圖2d）。并且充入C2H2培養(yǎng)42 d的所有處理土壤中-N累積量顯著低于未沖入C2H2處理。比較加乙炔和未加乙炔處理中土壤-N的最終產(chǎn)量，計(jì)算得出42 d后各處理自養(yǎng)硝化作用對(duì)土壤總硝化作用的貢獻(xiàn)率，結(jié)果表明自養(yǎng)硝化主導(dǎo)了酸性土壤氨氧化過(guò)程：GABA處理（96.5%a）＞AS處理（93.0%b）、BA+AS處理（93.7%b）、CK處理（92.7%b）。

在沒(méi)有乙炔抑制條件下，各處理土壤均表現(xiàn)出明顯的硝化作用，培養(yǎng)過(guò)程中-N均顯著增加。CK空白對(duì)照土壤中-N累計(jì)量約為118.5 mg kg-1，凈硝化速率為22.7 mg kg-1d-1（R2=0.926）；BA+AS處理與CK處理、AS處第42 天土壤-N含量沒(méi)有顯著差異，外源有機(jī)碳丁酸對(duì)土壤硝化活性無(wú)顯著影響；值得注意的是，GABA處理土壤中-N含量最高，達(dá)到180.5 mg kg-1，顯著高于其他所有處理。

2.3 土壤氨氧化古菌和細(xì)菌amoA基因的豐度變化

圖2 亞熱帶酸性森林土壤添加γ-氨基丁酸和（NH4）2SO4培養(yǎng)過(guò)程中土壤氮含量的變化Fig. 2 Variations of the contents of nitrate（a，b），ammonium（c，d）and total inorganic nitrogen（e，f）in the subtropical acidic forest soil amended with gamma-aminobutyric acids and ammonium sulfate under incubation in the absence（a，c，e）or presence（b，d，f）of C2H2

表2 培養(yǎng)后各處理土壤的氮礦化速率Table 2 N mineralization rate in the incubated soils relative to treatment

圖3 γ-氨基丁酸和（NH4）2SO4對(duì)亞熱帶酸性森林土壤中氨氧化古菌（AOA）amoA基因豐度和氨氧化細(xì)菌（AOB）amoA基因豐度的影響Fig. 3 Effects of amendment of gamma-amino butyric acid and ammonium sulfateon abundance of amoA genes in ammonia-oxidizing archaea and bacteriain the subtropical acidic forest soil

實(shí)驗(yàn)II不同碳氮源添加培養(yǎng)過(guò)程土壤氨氧化古菌和細(xì)菌amoA基因豐度變化如圖3所示。42 d培養(yǎng)期內(nèi)，各個(gè)處理土壤的AOAamoA基因豐度均呈上升趨勢(shì)，各個(gè)處理的不同采樣時(shí)間（0、28、 42 d）之間存在顯著差異。培養(yǎng)28 d后，GABA處理的土壤AOAamoA基因豐度顯著高于CK處理和BA+AS處理，AS處理的土壤AOAamoA基因豐度顯著高于CK處理，而B(niǎo)A+AS處理和CK處理無(wú)顯著差異。培養(yǎng)42 d后，BA+AS處理的土壤AOAamoA基因豐度增加尤為明顯（76.6%）；AS、GABA、BA+AS三個(gè)處理的土壤AOAamoA基因豐度顯著高于CK處理，相互之間并無(wú)顯著性差異。

整個(gè)培養(yǎng)期間，與氨氧化古菌類(lèi)似，土壤氨氧化細(xì)菌AOB的amoA基因豐度顯著上升，但各處理土壤中amoA基因豐度的變化與AOA不盡相同，存在著較大區(qū)別（圖3）。CK、AS、GABA處理土壤AOBamoA基因豐度變化一直呈上升趨勢(shì)并且上升顯著；不同于其他處理，BA+AS處理的土壤AOBamoA基因豐度先減少后增加。第28天，各處理間土壤的AOBamoA基因豐度大小關(guān)系為：AS＞GABA＞CK＞BA+AS，且各處理間均有顯著性差異。42 d培養(yǎng)結(jié)束后，4個(gè)處理間土壤AOBamoA基因豐度的大小關(guān)系又發(fā)生了變化：AS處理保持之前顯著的增長(zhǎng)速度，第42天的土壤AOBamoA基因豐度仍顯著高于其余三個(gè)處理；GABA處理的土壤AOBamoA基因豐度相較前28 d增長(zhǎng)速度有所減慢，而B(niǎo)A+AS處理的基因豐度則在36～42 d期間出現(xiàn)了迅速增加，由28 d時(shí)顯著低于CK處理變?yōu)?2 d時(shí)顯著高于CK處理。

3 討 論

3.1 外源有機(jī)碳、氮對(duì)硝化活性的影響

有機(jī)碳添加對(duì)土壤硝化活性未有顯著影響，表明本研究中氨氧化微生物同化有機(jī)碳并進(jìn)行異養(yǎng)硝化的作用可以忽略不計(jì)。葡萄糖、檸檬酸和丙酮酸對(duì)亞熱帶酸性森林土壤土壤硝化活性沒(méi)有顯著影響；而另外兩種物質(zhì)L-谷氨酸和γ-氨基丁酸能夠刺激土壤硝化活性，促進(jìn)土壤-N的積累。L-谷氨酸和γ-氨基丁酸與葡萄糖、檸檬酸、丙酮酸最顯著的差異在于：前兩者分子中含有氨氧化微生物的底物—氨氮，但所有處理均添加等量的-N，僅從底物的增加并不能解釋L-谷氨酸和γ-氨基丁酸對(duì)土壤硝化作用的刺激。這些結(jié)果表明，與外加的無(wú)機(jī)銨態(tài)氮相比，土壤有機(jī)氮礦化產(chǎn)生的氨分子更容易被氨氧化微生物所利用，進(jìn)一步刺激了土壤硝化活性。其中的可能原因是，有機(jī)氮礦化的異養(yǎng)微生物細(xì)胞與自養(yǎng)氨氧化微生物細(xì)胞緊密接觸，異養(yǎng)微生物體內(nèi)礦化出的NH3通過(guò)細(xì)胞壁直接擴(kuò)散進(jìn)入了氨氧化古菌或者細(xì)菌體內(nèi)，提升了氨氧化微生物的活性，促進(jìn)了土壤硝化強(qiáng)度［28］。同時(shí)，微生物礦化有機(jī)氮生長(zhǎng)的過(guò)程中，也可能產(chǎn)生一些中間代謝產(chǎn)物，這些產(chǎn)物可能有利于氨氧化古菌和細(xì)菌的生長(zhǎng)，刺激土壤硝化作用，但具體的機(jī)制目前仍不清楚［7，12］。此外，有機(jī)氮礦化具有一定的致堿作用［29］，而土壤pH的提高則能顯著提升NH3濃度，進(jìn)而促進(jìn)氨氧化微生物活性［30］。

3.2 外源有機(jī)碳、氮對(duì)氨氧化微生物的影響

在對(duì)無(wú)機(jī)氮源和有機(jī)氮源的研究中，0～28 d內(nèi)BA+AS處理土壤-N積累量顯著低于其他處理，AOB數(shù)量的減少是其主要原因。BA+AS處理添加的丁酸具有一定的生物毒性，AOB的生長(zhǎng)受到了明顯地抑制，而AOA并未受到影響。相較于AOB，AOA具有更強(qiáng)的環(huán)境抗逆性，其原因可能古菌細(xì)胞含有獨(dú)特的膜脂及醚脂鍵與長(zhǎng)鏈異戊二烯相連的膜結(jié)構(gòu)［6］。28 d以后，丁酸毒性減弱或被微生物礦化分解，AOB的生長(zhǎng)不再受到抑制。

所有處理的土壤無(wú)機(jī)氮總量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，說(shuō)明在培養(yǎng)過(guò)程中，土壤的礦化作用不斷向土壤中輸入-N。在適宜的溫度及水分環(huán)境下，未外加銨氮的CK處理土壤AOA與AOB的amoA基因豐度相比培養(yǎng)前顯著增加，間接說(shuō)明礦化產(chǎn)生的-N刺激了土壤中AOA和AOB的生長(zhǎng)。已有研究表明AOB具有專(zhuān)性好氧的化能無(wú)機(jī)自養(yǎng)生存策略［31］，無(wú)機(jī)氮添加能夠顯著刺激AOB種群數(shù)量的增長(zhǎng)［32-33］，與本研究的結(jié)果一致，但無(wú)機(jī)氮肥的施用不會(huì)影響土壤AOB群落的組成結(jié)構(gòu)［34］。本研究中各個(gè)處理AOB的增長(zhǎng)主要?dú)w因于土壤有機(jī)物礦化產(chǎn)生的-N的刺激。相較于無(wú)機(jī)氮，有機(jī)氮更能刺激AOA的生長(zhǎng)［35］，由于土壤本底有機(jī)物礦化產(chǎn)生的-N，AS處理土壤AOA也有著顯著增加，但增長(zhǎng)幅度并沒(méi)有AOB顯著。AOA和AOB的增長(zhǎng)顯著刺激了AS處理土壤硝化活性。由于礦化作用的進(jìn)行，AS處理與GABA處理土壤AOA增加數(shù)量上的差距逐漸減小。由于GABA處理添加的氮源為易分解的有機(jī)氮源，所以該處理礦化增加的無(wú)機(jī)氮顯著高于CK、AS和BA+AS 處理。根據(jù)Henderson-Hasselbalch方程計(jì)算得出GABA處理土壤平均NH3濃度（308.0 nmol L-1）顯著低于AS處理（602.8 nmol L-1）。與AOB相比，AOA對(duì)氨分子具有更高的親和力［36］和較低的基質(zhì)抑制濃度（2～20 μmol L-1NH3）［37］，有機(jī)氮γ-氨基丁酸持續(xù)礦化所釋放的低濃度 NH3更利于土壤AOA利用。因此整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程中，GABA處理土壤的硝化活性最高；對(duì)比CK處理，培養(yǎng)結(jié)束后，GABA處理AOA基因豐度顯著增長(zhǎng)，AOB并未有顯著的增長(zhǎng)。

4 結(jié) 論

綜上所述，有機(jī)碳對(duì)亞熱帶酸性森林土壤硝化活性無(wú)顯著影響，而有機(jī)氮（γ-氨基丁酸、L-谷氨酸）則顯著提高了土壤硝化活性。土壤有機(jī)氮礦化產(chǎn)生的NH3分子可能刺激了氨氧化細(xì)菌AOB和古菌AOA生長(zhǎng)；丁酸的存在可能會(huì)抑制森林土壤AOB的生長(zhǎng)活性，而AOA則不受影響。土壤中AOA和AOB對(duì)無(wú)機(jī)氮源（(NH4)2SO4）、有機(jī)氮源（γ-氨基丁酸）具有不同的響應(yīng)規(guī)律，表明氨氧化古菌和細(xì)菌在土壤中的生長(zhǎng)代謝方式可能存在明顯差異。這些研究結(jié)果為闡明氨氧化微生物的代謝方式，揭示土壤氮素轉(zhuǎn)化的微生物調(diào)控機(jī)制提供了重要參考。

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Effects of Amendment of Organic Carbon or Nitrogen on Ammonia Oxidation in the Subtropical Acidic Forest Soil

XU Jie1，2HAN Cheng1，2ZHANG Jinbo1，2DENG Huan1，2ZHONG Wenhui1，2?
（1 School of Geography Sciences，Nanjing Normal University，Jiangsu Provincial Key Laboratory of Materials Cycling and Pollution Control，Nanjing 210023，China）
（2Jiangsu Provincial Key Laboratory of Materials Cycling and Pollution Control，Nanjing 210023，China）

Samples of subtropical acidic forest soil were collected for incubation in an in-lab microcosm chamber. Some of the samples wer eamended with organic carbon or organic nitrogen. Then the incubated soil samples were analyzed for soil nitrification activity and abundance of functional genes of bacteria AOB and archaea AOA，and further for rules of extraneous organic carbon and organic nitrogen affecting ammonia oxidation in the soil. Results show that the amendment of extraneous organic nitrogen stimulated significantly soil nitrification activity. Acetylene inhibition tests demonstrate that autotrophic ammoxidation explained over 90% of the soil nitrification in the subtropical acidic forest soil. The addition of organic carbon did not have much effect on nitrification activity，nor did the amendment of organic carbon and inorganic ammonium simultaneously. However，the addition of organic nitrogen enhanced soil N mineralization，thus causing soil ammonia content to increase，which may probably be the main cause of the significant increases in soil nitrification activity and abundance of AOA and AOB.

Ammonia-oxidizing archaea；Gamma-amino butyric acid；Mineralization；Organic nitrogen

S154

A

（責(zé)任編輯：盧 萍）

10.11766/trxb201607040257

* 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41271255，41301260）和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2016YFD0200302）資助 Supported by the National Natural Science Foundation of China（Nos. 41271255，41301260）and the National Key Research and Development Program of China（No. 2016YFD0200302）

? 通訊作者 Corresponding author，E-mail：zhongwenhui@njnu.edu.cn

徐 杰（1991—），男，江蘇泰州人，碩士研究生，主要從事土壤硝化及相關(guān)微生物研究。E-mail:xjcon@vip. qq.com

2016-07-04；

2017-01-20；優(yōu)先數(shù)字出版日期（www.cnki.net）：2017-03-03