不同年限草莓土壤反硝化作用及其功能微生物演替机制研究

Low nitrogen utilization efficiency and high N2O emission of the facilities agricultural soil due to denitrification is always one hotspot in scientific research. However, few studies were carried on the denitrification and its mechanism in facilities agricultural soil. Previous studies had demonstrated that the patterns of soil microorganisms would transform from bacteria-dominant to fungi-dominant with increasing years of plantation and therefore, fungal denitrification could be the predominant microbial process in N2O emission. But the relative contribution of fungal and bacterial denitrification to N2O emission is still unclear. In this study, different years of strawberry cultivation soils will be sampled to determine denitrification contribution to N2O emission using isotope tracer method. A systematic research will be carried out about the fungal and bacterial community structure and distribution using microbiological molecular ecology technology. The objectives were to discuss the effect of microbial diversity on soil denitrification and N2O emission, as well as the relationship between microbial diversity and soil environmental factors. The comprehensive assessment of the role of these microorganisms in the process of denitrification will also be explored. In addition, the role of isolated fungal strains will be investigated in the soil denitrification. Above all, the investigation of denitrification and the functional microorganisms succession mechanisms in strawberry soils with different plantation years will help to promote nitrogen utilization efficiency, mitigate the greenhouse gas emission and keep soil productivity in facilities agricultural soil.

反硝化作用导致的设施农业土壤氮素利用率低和N2O排放系数高一直是个热点科学问题。而针对设施农业土壤反硝化作用过程及机理研究相对较少。既往研究发现，随种植年限增加，设施农业土壤微生物从细菌主导型向真菌主导型转化；且酸性条件下，真菌反硝化作用可能是N2O排放的主导微生物过程。但对于真菌和细菌反硝化作用对N2O排放的贡献如何不清楚。因此，本项目拟选取种植年限不同的草莓土壤样品，利用同位素示踪法明确反硝化作用强度及其对N2O排放的贡献；应用分子生态技术对真菌和细菌的组成多样性、分布等进行系统研究，探讨微生物多样性变化对土壤反硝化活性及N2O排放的影响，及与土壤因子之间的相互关系，综合评价这些微生物在反硝化过程中的作用；分离培养真菌菌株，验证其在土壤反硝化过程中的功能，以探讨设施农业土壤反硝化作用及其功能微生物演替机制，为提高设施农业土壤氮肥利用率和降低温室气体排放、保持土壤持续生产力提供理论依据。

反硝化作用导致的设施农业土壤氮素利用率低和N2O排放系数高一直是个热点科学问题。而针对设施农业土壤反硝化作用过程及机理研究相对较少。既往研究发现，随种植年限增加，设施农业土壤微生物从细菌主导型向真菌主导型转化；且酸性条件下，真菌反硝化作用可能是N2O排放的主导微生物过程。但对于真菌和细菌反硝化作用对N2O排放的贡献如何不清楚。因此，本项目拟研究不同种植年限草莓土壤的反硝化作用强度；应用分子生态技术对真菌和细菌的组成多样性、分布等进行系统研究，探讨微生物多样性变化对土壤反硝化活性及N2O排放的影响，及与土壤因子之间的相互关系，综合评价这些微生物在反硝化过程中的作用；分离培养真菌菌株，验证其在土壤反硝化过程中的功能和对草莓植株的致病性。 .结果如下：.1、由于草莓土壤长期处于温室条件，施氮量高，导致土壤酸化严重，NO3-和有机质含量累积，不同年限土壤以10年土的反硝化潜势最高，为5.91 nmol N2O-N h-1 g-1干土，占总氮输入的1.1%，其次为5年土和1年土；这主要与作物、施肥管理和土壤微生物群落组成有关；.2、不同年限土壤真菌对N2O排放的贡献要显著高于细菌，且老龄土（5年和10年）的真菌贡献率最高。这主要由于老龄土的细菌的根瘤菌目Rhizobials丰度和真菌的散囊菌目Eurotiales和肉座菌目Hypocreales丰度均较高，这两个类别包含的真菌绝大部分都具备较高的产生N2O 的能力。因此，老龄土中N2O排放潜力高可能由于这些反硝化细菌和反硝化真菌具备较高的丰度与活性。.3、设施草莓土壤特殊的环境条件（高氮输入、土壤酸化、连作），导致10年土中真菌以及致病真菌的比例增加，Fusarium oxysporum不仅是枯萎病的致病菌，是草莓栽培种发生最严重最常见的土传病害。同时其在培养基和灭菌土壤中能产生大量N2O，因此，应从管理上进行改善，减少高氮输入，提倡轮作从而达到减轻病害和减少N2O排放的目的。本研究探讨设施农业土壤反硝化作用及其功能微生物演替机制，为提高设施农业土壤氮肥利用率和降低温室气体排放、保持土壤持续生产力提供理论依据。