摘要
氧化亚氮(N2O)作为一种强力的温室气体和臭氧消耗物质，受到越来越多的关注。水陆交错带作为水生态系统和陆地生态系统的交界区域，不仅是氮循环反应的热区，也可能是N2O产生的热区。目前，国内外对水陆交错带中反硝化产生N2O的微生物机制的研究尚不充分，尤其是新型N2O还原菌分支nosZ cladeⅡ是否在水陆交错带也发挥着N2O的去除作用还尚不清楚。因此，研究水陆交错带反硝化过程产生的N2O、解析相关功能微生物的群落及其关键影响因素，对丰富N2O的产生机理、减少N2O的排放具有重要的研究意义。基于此，本文选取了白洋淀典型的水陆交错带和农田缓冲带开展研究，得出的主要结果如下: (1)以白洋淀典型水陆交错带为研究对象，采集了四个采样点（包括水向沉积物、交界面沉积物、交界面土壤和陆向土壤）在两个季节（包括冬季和夏季）的样品，测定了原位N2O排放通量、反硝化产生N2O的速率和总反硝化速率，并利用针对功能基因的实时荧光定量PCR和高通量测序技术来分析反硝化菌的丰度和群落组成。结果表明，白洋淀水陆交错带N2O的高释放区并非是普遍认为的近陆向区域，而是近开阔水体区域（高出一个数量级）。近开阔水体区域沉积物反硝化产生N2O的速率低于近陆向区域。反硝化产生N2O的速率不仅受环境因素（含水率、氨氮含量和有机质）的影响，还受N2O的产生者和还原者的群落结构（nirK/nirS和nosZ cladeⅡ/nosZ cladeⅠ比值、优势属）的影响，含水率是决定群落组成差异性的最主要环境因子。对于新型N2O去除者:nosZ cladeⅡ群落，并没有在白洋淀水陆交错带发现nosZ cladeⅡ群落在N2O去除中发挥的作用。 (2)在白洋淀的近岸1m、离岸4m和离岸10m处，分别在三个月份采集了沉积物样品(0-10cm)和分层上覆水体样品（水层间隔1m）。对比沉积物和上覆水体发现，上覆水体的单位体积的N2O产量比沉积物低3-4个数量级，表明相较于上覆水体，沉积物是湖泊反硝化产生N2O的主要贡献来源。结合沉积物的速率，计算出水柱和沉积物单位面积反硝化产生N2O的总阶梯速率，发现:总阶梯速率在近开阔水体区域比近陆向区域低一个数量级，水柱和沉积物的总反硝化速率仍然无法解释近开阔水体区域的高N2O原位通量。进一步测定沉积物硝化过程和反硝化过程分别对N2O产生的贡献。结果表明，在近陆向区域，反硝化是N2O的主要贡献过程，贡献率为62.1-88.8％;而在近开阔水体区域，N2O的主要贡献来源并非是普遍认为的沉积物反硝化过程，而是硝化过程，贡献率为51.2-87.2％。沉积物氨氮含量是影响硝化过程产生的N2O以及原位N2O通量的最关键环境因素。 (3)在白洋淀农田缓冲带作物根际的研究中，分别在冬夏两季采集了两种作物（玉米和棉花）的根际与非根际土壤样品。结果表明，白洋淀农田缓冲带作物的根系会影响周围土壤的反硝化微生物的群落和活性。与非根际土壤相比，根际土壤具有更高的N2O产生潜势和更低的反硝化终产物比值(N2O/(N2O+N2))。N2O的产生速率与nirS细菌的丰度呈现正相关关系，特别是与其中的固氮螺菌属（Azospirillum）相关。N2O/(N2O+N2)比值与nosZ cladeⅡ型N2O还原菌的多样性和丰度均呈现显著的负相关关系。以上结果表明，白洋淀农田缓冲带作物根系可以影响周围土壤nitS型N2O产生者和nosZⅡ型N2O还原者的群落，进而影响N2O的净产生。
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