影響amoA基因豐度的因素

amoA基因拷貝數與化學性質之間的相關性分析表明，施用糞肥土壤中細菌amoA基因拷貝數與所有測試參數（如NH4+-N、NOx--N、TN和TOM）均呈顯著正相關（表2）。然而，古菌amoA基因拷貝數僅與pH顯著相關。土壤化學性質與amoA基因之間的相關性表明，糞肥施用高度影響了細菌氨氧化微生物的種群規模，而非古菌對應物。還注意到PNRs與細菌amoA基因拷貝數之間觀察到顯著正相關，表明與細菌氨氧化微生物相關的高硝化活性。基于Bray-Curtis距離矩陣的PCA用于提取環境參數的最重要信息。PCA解釋了環境數據集中99.8%的變異，包括pH、NH4+-N、NOx--N、TN和TOM五個因子。在PCA中，PC1由NH4+-N組成，PC2由其他參數組成，分別解釋了環境數據集中96.1%和3.8%的變異。提取的PC1與AOB的豐度顯著相關（p<0.001），但與AOA未觀察到顯著相關性（p=0.303），表明NH4+-N是影響AOB豐度的關鍵因素。

表2.AOA和AOB amoA基因拷貝數與土壤性質之間的相關性a。

a Pearson相關系數,n=20.b低于檢測限的樣本拷貝數假定為qPCR測定的檢測限（10^3拷貝）。c相關性在0.01水平上顯著（雙尾）。

短期施肥對amoA基因豐度的影響

銨是糞肥和其他肥料的主要成分，并且在本研究中被確定為影響氨氧化微生物種群的關鍵因素。因此，為了模擬AOA和AOB種群對施肥的響應，使用在田間研究中觀察到AOA開始比AOB占優勢的40-50厘米層的土壤樣本，進行了添加銨的5周培養。在兩種培養中均觀察到細菌amoA基因拷貝數的明顯增加（在施用糞肥土壤中從2.0 x 10^6到8.4 x 10^6 g-1干土重，在未施用土壤中從1.6 x 10^4到4.8 x 10^5 g-1干土重），并且NH4+-N在培養期間同時減少（從0.16到0.03 mM和從0.16到0.09 mM）。古菌amoA基因拷貝數在施用糞肥土壤中從8.9 x 10^6到1.8 x 10^7 g-1干土重變化，在未施用土壤中從2.1 x 10^6到2.3 x 10^7 g-1干土重變化。古菌amoA基因拷貝數略有下降，但未觀察到像其細菌對應物那樣的清晰模式（圖3）。

討論

AOA和AOB的分布和相對貢獻高度受土壤性質的影響。盡管糞肥在農業中經常使用，但對其對土壤中氨氧化微生物種群影響的了解甚少。通過調查一個長期施用糞肥的土壤，我們測試了土壤中AOA和AOB響應糞肥施用的種群。

長期施用糞肥土壤中AOB的豐度（8.8 x 10^6到3.2 x 10^8 g-1干土重）顯著高于（p<0.05）未施肥土壤（1.6 x 10^4到6.3 x 10^6 g-1干土重），但未觀察到AOA的顯著差異。與其他自然生態系統相比，如珠穆朗瑪峰土壤（5.4 x 10^4到3.1 x 10^6拷貝g-1干土重）、紅壤（5.8 x 10^5到9.3 x 10^7拷貝g-1干土重）或堿性砂壤土（1.2 x 10^6到2.8 x 10^6拷貝g-1干土重），施用糞肥土壤中AOB的豐度要高得多。結果向我們展示了糞肥施用對AOB而非AOA種群的明顯刺激作用，這與先前在土壤中的觀察結果一致。

盡管糞肥通常是不同化合物的混合物并且富含有機氮，但糞肥對AOA和AOB種群的影響似乎與無機氮肥類似。基于Bray-Curtis距離矩陣的PCA顯示，NH4+-N解釋了環境數據集中96.1%的變異，是決定AOB豐度的最重要化學參數。因此，盡管糞肥具有有機氮的特征，但糞肥中的無機氮仍然是影響AOB豐度的關鍵因素，這通過NH4+-N與細菌amoA基因拷貝數之間的相關性分析（r2=0.757,p<0.01）得到進一步證實。相反，很難找到糞肥施用與AOA豐度之間的任何聯系。據報道，高比例的無機銨供應在不同土壤中并未刺激奇古菌氨氧化甚至抑制了它，而AOA的種群受到有機氮的刺激。因此，AOA豐度的不明確變化可能是糞肥中長期無機和有機氮供應的綜合影響。這一推測通過5周培養實驗得到證實。在唯一的銨底物下，觀察到細菌amoA拷貝數的明顯增加，這與先前研究一致，即AOB的豐度在49天和28天培養后增加。

施用糞肥土壤中的PNRs顯著高于（p<0.05）未施肥土壤，這與先前研究一致，即PNRs被糞肥處理增強但被礦物肥料抑制。PNRs和細菌amoA拷貝數的同時增加表明AOB在硝化作用中的重要性增加。觀察到PNRs與AOB的豐度高度相關，而非AOA，表明在較高底物可用性條件下AOB將更重要。據報道，奇古菌是氨氧化的關鍵驅動者，但大多數這些結論是在不利于AOB的酸性土壤條件下得出的。我們的結果和先前研究表明，在中性pH土壤中，AOB將在氨氧化中發揮更重要的作用，尤其是在添加肥料的情況下。然而，也有研究表明，在水稻根際土壤中，奇古菌的生長通過根系分泌物增加，這揭示了根系分泌物對AOA和AOB群落的顯著作用。在本研究中，未施用糞肥的土壤未種植水稻。因此，需要謹慎解釋結果。未來關注不同種植模式和植物對土壤中氨氧化微生物群落影響的研究將是該領域的優先方向。