氨氧化菌和甲烷氧化菌在西南地区淹水冬水田分异土层中的消长规律研究

Waterlogging winter paddy field are widely distributed in the hilly areas of Southwest China.To study the carbon-nitrogen cycle is very important to provide some scientific data in order to explore solutions to increase nitrogen use efficiency,to decrease greenhouse gas emissions ,and to control the agricultural nonpoint source pollution in the farmland of Southwest China.The object of this research is to study the ammonia oxidizing bacteria and methane-oxidizing bacteria dynamic distribution in the different soil layer of the typical winter paddy field soil in southwest hilly areas, using 15N-labeled and quantitative PCR to analysis the gene diversity and its abundance of flora critical functions, clarifying the ebb and flow between the ammonia-oxidizing bacteria and methane-oxidizing bacteria, to revealing the coupling mechanism of spatial heterogeneity and spatial functions.

淹水冬水田在我国西南丘陵地区分布广泛，研究西南地区冬水田的碳氮循环，对提高我国南方地区农田土壤氮肥利用率，减少温室气体排放及降低农业面源污染具有重要意义。本项目以西南丘陵地区典型冬水田土壤为研究对象，采用15N标记和定量PCR技术，研究淹水冬水田分异土层的表层、氧化层、还原层中氨氧化菌和甲烷氧化菌的群落结构及其分布动态，分析菌群关键功能基因的多样性及其丰度，厘清氨氧化菌和甲烷氧化菌这类关联菌群相互之间的消长规律，揭示氨氧化菌及甲烷氧化菌的空间异质性成因及与空间功能性的耦合机制。

淹水冬水田在我国西南丘陵地区分布广泛，研究西南地区冬水田的碳氮循环，对提高我国南方地区农田土壤氮肥利用率，减少温室气体排放及降低农业面源污染具有重要意义。本项目以西南丘陵地区典型冬水田土壤为研究对象，采用 15N标记、定量 PCR 技术及克隆测序，研究淹水冬水田分异土层的表层、氧化层、还原层中氨氧化菌和甲烷氧化菌的群落结构。结果如下：（1）分异土层中的潜在硝化势与土层总氮浓度呈正相关；冬水田氧化层的潜在硝化势显著大于表层和还原层；（2）氧化层氨氧化微生物硝化速率最大，表层次之，还原层最小；不同土层矿化速率无显著性差异；（3）还原层（5~20 cm）甲烷氧化能力显著低于表层（0~3 cm）与氧化层（3~5 cm），冬水田甲烷氧化主要由表层与氧化层完成；冬水田的氨氧化细菌氨单加氧酶（AOB amoA）丰度及多样性显著小于氨氧化古菌氨单加氧酶（AOA amoA）及甲烷氧化氨单加氧酶（MOB pmoA）；（4）氨氧化古菌在土壤有两个类群（Group 1.1a和Group1.1b）。随着土层深度的增加Group1.1b类逐渐减少， Group 1.1a类则逐渐增加；（5）甲烷氧化菌（MOB）在土壤中有Type I 和Type II两个类群，随着土层深度的增加，Type I型甲烷氧化菌在表层及氧化层富集，Type II型甲烷氧化菌在还原层富集。Type I型甲烷氧化菌分属于Methylococcacea type I methanotroph属（Type I a）与Methylocaldum属（Type I b），Type II型甲烷氧化菌则为Methylocystis属。本研究结果为氮肥合理施用的土壤层次提供了理论依据。