写在前面
硝化作用是全球氮素循环的一个重要环节，对维持土壤生态功能和植物养分的持续供应都有重要意义。农业生产过程中有大量外源有机物的输入，其对提高土壤养分和维持土壤健康具有重要作用。关于土壤硝化作用和硝化微生物的研究较多，也有研究发现有机物能促进硝化作用，但是，有机物的输入是促进土壤的自养硝化还是异养硝化并不清楚。同时，新型全程氨氧化微生物（comammox Nitrospira）对农业土壤硝化作用有多大贡献仍旧未知。
基于此，浙江大学李勇在重点研发计划和自然科学基金面上项目的支持下，运用15N同位素示踪技术和基于13CO2的稳定性同位素核酸探针技术（DNA-SIP），解析谷氨酰胺（Gln）、低C/N比水稻秸秆（LS）和高C/N比水稻秸秆（HS）输入对酸性和中性两种水稻土硝化作用影响的微生物调控机理。研究结果以题为“Canonical ammonia oxidizers, rather than comammox Nitrospira, dominated autotrophic nitrification during the mineralization of organic substances in two paddy soils”发表于Soil Biology and Biochemistry (156：108192)，第一作者为博士毕业生刘亥扬博士（现为河南农业大学讲师）。
主要结果
首先，我们向酸性和中性两种水稻土添加15N标记的三种有机物（Gln、LS、HS）示踪有机物矿化后15N的转化走向。结果发现好氧培养56天后，不管是在酸性还是中性水稻土，Gln和LS显著增加15NO3--N浓度，而自养硝化抑制剂C2H2的添加显著抑制了15NO3--N的产生，造成了土壤15NH4+-N的累积，HS处理下15NH4+-N和15NO3--N浓度基本低于检测线（图1）。结果说明Gln和LS处理有机氮矿化的NH3显著促进了土壤的自养硝化作用，而HS对硝化作用没有显著影响。
图1. 培养前后土壤15NH4+-N和15NO3--N浓度的变化
15N示踪实验证明了有机物输入促进了土壤的自养硝化作用，于是我们以不添加为对照（CK），运用13CO2-DNA-SIP技术解析有机物（Gln和LS）氮素硝化过程真正起作用的活性微生物，量化传统氨氧化微生物（AOA、AOB）、全程氨氧化微生物对硝化作用的贡献。结果发现，两种水稻土中AOA和AOB被13CO2标记的程度要远比comammox Nitrospira高，说明传统氨氧化微生物而非新型全程氨氧化微生物是水稻土硝化作用的主要驱动者。在酸性水稻土中，无论是否添加有机物，AOA和AOB均被13CO2明显标记，说明AOA和AOB共同参与酸性土壤氨氧化过程，也证明了AOB能适应酸性环境从而驱动土壤硝化作用。在中性水稻土中，AOA是不添加对照（CK）和LS处理土壤硝化作用的主导者，而AOB则主导了Gln处理的硝化作用（图2）。
图2. 硝化微生物在不同浮力密度层级的分布规律
写在后面
综上所述，本研究证明了低C/N有机物矿化显著促进了土壤的自养硝化作用，高C/N秸秆矿化的氮素没有发生明显的硝化作用；传统氨氧化微生物主导了有机物添加水稻土的硝化作用，全程氨氧化微生物对硝化作用的贡献小（图3）。同时也进一步证明了AOB具有比以前认知更广的生态位，能适应强酸环境，从而驱动土壤硝化作用。研究结果揭示了农业生产过程中氨氧化微生物对硝化过程的驱动作用，为现实土壤氮素的调控提供理论基础。
图3. 不同有机物料添加的土壤，硝化微生物对硝化作用的相对贡献
论文链接
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S003807172100064X
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