设施菜地土壤微生物群落和氮循Chromatography Equipment环是生物地球化学循环过程中的重要组成部分,其中氨氧化微生物和反硝化菌在驱动氮素转化过程中起着关键作用。设施菜地是一种特殊的农业系统,由于环境封闭、施肥量大和灌溉频繁等特点,易导致土壤中氮素淋溶,进而引发地表和地下水体污染、土质退化以及全球变暖等环境问题。此外,设施菜地的种植年限也会影响其生态环境的健康和稳定。因此,研究硝化和脲酶抑制剂对设施菜地土壤氮素转化和微生物群落中的应用,可以降低氮素损失并减少温室气体排放,具有显著的实际价值。本研究以山东省寿光市设施菜地土壤为研究对象,采用PCR扩增和高通量测序技术(Illumina Miseq)研究了不同种植年限(0、3、9和13年)和土层(0～20 cm和20～40 cm)土壤微生物群落结构和多样性的变化规律,并通过室内培养实验研究硝化抑制剂[三氯甲基吡啶(CP)、双氰胺(DCD)]和脲酶抑制剂[N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)]对设施菜地土壤无机氮(NH_4~+-N、NO_2~–N和NO_3~–N)、温室气体(N_2O、CH_4和CO_2)和土壤酶活性(脲酶、羟胺还原酶、亚硝酸还原酶和硝酸还原酶)的影响,再通过现代化微生物技术探究氨氧化古菌(AOA)、氨氧化细菌(AOB)以及反硝化微生物(nir K和nir S)的群落结构和丰度变化。主要研究结果如下:(1)环境因子的含量会随着种植年限的增加而增加,13年0～20 cm土层的NO_3~–N含量高达1290～1390 mg/kg,呈现累积趋势。细菌和古菌群落的OTU数量逐渐降低,13年0～20 cm土层的OTU数量较0年分别降低了30.03%和52.24%,Shannon指数和Simpson指数表明9年以上土壤的微生物多样性大幅度减NSC 125973少。土壤菌群中优势菌门主要包括Firmicutes(厚壁菌门)、Actinobacteria(放线菌门)、Proteobacteria(变形菌门)、Crenarchaeota(泉古菌门)和Euryarchaeota(广古菌门);AOA群落中的Nitrosopumilus(亚硝化侏儒菌属)、Nitrososphaera(亚硝化球菌属)selleck GSKJ4以及硝化细菌群落中的Nitrolancea(硝化菌属)和Nitrospira(硝化螺旋菌属)在氨氧化微生物中占据优势地位。随着设施菜地种植年限的增加,土壤菌群结构发生明显变化,9年和13年土壤生物量和多样性显著降低,建议合理施肥提高微生物活性,为设施菜地的可持续利用和高质量生产提供理论依据。(2)硝化抑制剂CP和DCD明显抑制了NH_4~+-N转化以及NO_2~–N和NO_3~–N积累,脲酶抑制剂NBPT减缓了尿素水解和NH_4~+-N产生,土壤表观硝化率依次表现为NBPT>DCD>DCD+NBPT>CP+NBPT>CP,表明CP的抑制效果优于DCD。抑制剂处理的N_2O产生速率峰值与尿素处理相比降低了73.30%～99.30%,并且使得CH_4和CO_2产生速率下降66.16%以上。温室气体N_2O、CH_4和CO_2产生速率的大幅度下降与硝化和反硝化过程受到抑制剂的作用密切相关。(3)在培养的第7 d和第35 d的脲酶活性存在明显差异,抑制或促进效果会减弱。一方面可能是因为在培养后期氮肥和抑制剂失去了效果,另一方面是不同种植年限的设施菜地酶活性之间存在区别,尤其是在培养的第35 d,与其他种植年限土壤相比,0年土壤的酶活性相对降低。氮肥耦合抑制剂的不同处理对亚硝酸还原酶活性的影响规律基本上是一致的。总之,施加氮肥对土壤脲酶、羟胺还原酶、亚硝酸还原酶和硝酸还原酶活性均有促进作用,氮肥耦合CP和DCD会降低脲酶和羟胺还原酶活性,但是对于亚硝酸还原酶和硝酸还原酶具有促进酶活性的影响,NBPT会抑制除了羟胺还原酶之外三种酶的活性。(4)施加氮肥和抑制剂会刺激微生物的生长,不同菌群具有不同程度的响应。CP和DCD分别降低了AOA和AOB的丰度,NBPT也抑制了氨氧化微生物和nir S型反硝化菌的生长,并且尿素和硝化抑制剂不利于nir K群落中Ensifer和Sinorhizobium的生长。硝化和脲酶抑制剂可以有效地抑制氨氧化微生物和反硝化菌的生长,减缓硝化和反硝化作用的速率,从而减少温室气体排放,这为合理使用抑制剂、提高氮肥利用率和促进土壤环境健康的可持续发展提供了科学依据。