四年O3熏氣對(duì)小麥根際土壤氮素微生物轉(zhuǎn)化的影響

吳芳芳，鄭有飛，吳榮軍，李 萍，王錦旗

(南京信息工程大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)與污染控制高技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210044)

近地層臭氧是非常重要的污染氣體，是控制低層大氣化學(xué)反應(yīng)與循環(huán)的重要因子，占總氧化劑的90%以上［1］。地球?qū)α鲗哟髿馄骄鵒3濃度已經(jīng)從工業(yè)革命前的38 nL/L上升到目前的50 nL/L，這個(gè)濃度已經(jīng)超過(guò)了敏感作物O3傷害閾值A(chǔ)OT40(Accumulated dose over a threshold of 40 nL/L)的25%［2］，在過(guò)去的30年中，北半球O3濃度以每年0.5%—2%的速度遞增［3］，估計(jì)到2100年O3濃度將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增加40%—60%［4］。

O3對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響，前人研究結(jié)果顯示，O3引起植物葉片氣孔導(dǎo)度下降，光合作用受到抑制、葉面出現(xiàn)傷害，作物減產(chǎn)［5-8］。O3改變了碳、氮在植物中的分配，也改變了土壤中凋落物以及植物根系分泌物的數(shù)量和成分［9-12］，這將對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。土壤對(duì)大氣環(huán)境變化的響應(yīng)以根際微生物最為活躍［13-14］，由微生物介導(dǎo)的土壤過(guò)程受大氣O3濃度增加的影響［15］，O3濃度升高影響土壤有效態(tài)微量元素［16］，影響叢枝菌根功能，以及氮素的排放［17］，然而微生物在土壤過(guò)程中發(fā)揮作用的時(shí)間和空間尺度是研究中的難點(diǎn)。O3脅迫下土壤微生物在根際界面上的驅(qū)動(dòng)過(guò)程如何耦合土壤氮素的轉(zhuǎn)化、氮素的損失少見(jiàn)報(bào)道。本文模擬O3濃度增加的環(huán)境條件，經(jīng)過(guò)4a的定點(diǎn)試驗(yàn)，研究麥田土壤氮素轉(zhuǎn)化與地表O3濃度增加的相互關(guān)系，為大氣環(huán)境O3濃度增加對(duì)土壤微生態(tài)的影響提供參考。

1 材料與方法

1.1 大田試驗(yàn)概況

于2008年至2011年在南京信息工程大學(xué)農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站(32.16°N，118.86°E)進(jìn)行冬小麥生長(zhǎng)季田間觀測(cè)試驗(yàn)。當(dāng)?shù)囟嗄昶骄鶞囟葹?5.6℃，多年平均降水為每年1100 mm。供試土壤為潴育型水稻土(灰馬肝土屬)，土壤質(zhì)地為壤質(zhì)黏土，耕層土壤黏粒含量為26.1%，土壤pH(H2O)值為6.2，有機(jī)碳和全氮的含量分別為 19.4、1.15 g/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用直徑3 m，高2.5 m的開(kāi)頂箱(OTC)作為臭氧布?xì)獾娜菁{裝置，設(shè)置CK(正常空氣)﹑T1(100 nL/L臭氧)、T2(150 nL/L臭氧)共3個(gè)臭氧濃度處理，每一處理3個(gè)重復(fù)。通過(guò)氣泵對(duì)臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧進(jìn)行預(yù)先稀釋，之后吹入OTC內(nèi)的布?xì)庋b置，最終使OTC內(nèi)均勻布滿氣體，OTC內(nèi)設(shè)置臭氧濃度傳感器(精度可達(dá)1 nL/L)，對(duì)臭氧濃度傳感器進(jìn)行預(yù)先設(shè)定濃度閾值，當(dāng)OTC內(nèi)臭氧濃度未達(dá)到此閾值時(shí)，臭氧發(fā)生器持續(xù)工作并向OTC內(nèi)通入臭氧氣體，當(dāng)OTC內(nèi)濃度超過(guò)此閾值時(shí)，臭氧傳感器則提示報(bào)警，其信號(hào)通過(guò)微型電子控制儀的指令控制與臭氧發(fā)生器相連的電磁閥斷開(kāi)，此時(shí)臭氧發(fā)生器停止工作，這樣可實(shí)現(xiàn)OTC內(nèi)臭氧濃度的自動(dòng)調(diào)控，每天臭氧處理時(shí)間段為08:00—16:00，遇有雨天則關(guān)閉整個(gè)裝置。

供試小麥品種為揚(yáng)麥16號(hào)，水肥供應(yīng)適量而充分，其他農(nóng)田管理措施均相同，無(wú)病蟲害及雜草的影響。播種日期、熏氣起止日期、采樣日期以及AOT40累積量如表1所示。按五點(diǎn)取樣法，定點(diǎn)分別選取5株小麥，將其0—20 cm耕層根系區(qū)土樣挖出，抖掉根系外圍土，取緊貼在根表附近的土樣，混合后作為根際土，用四分法取適量裝于無(wú)菌紙袋中，立即帶回實(shí)驗(yàn)室，一部分土樣用于土壤氨氧化細(xì)菌數(shù)量的計(jì)數(shù)，另一部分土樣經(jīng)自然風(fēng)干后，過(guò)1 mm孔徑分樣篩，4℃下冰箱保存。

表1 大田熏氣和采樣時(shí)間表Table 1 Fumeing and sampling date

1.3 土壤微生物量氮的測(cè)定

微生物量氮的測(cè)定采用氯仿熏蒸浸提法［18］，稱取過(guò)1 mm篩的新鮮土樣14 g于100 mL燒杯中，用另一只小燒杯盛60 mL無(wú)醇氯仿，(小燒杯里面放入少量抗暴沸物質(zhì))，一起放入能抽氣的真空干燥器內(nèi)，滅菌24 h，然后加入0.5 mol/L K2SO4溶液(土∶液=1∶4)于滅菌后的土樣中，振蕩30 min過(guò)濾，同時(shí)，不滅菌的土樣也用K2SO4溶液浸提、振蕩和過(guò)濾，濾液用0.22 μm的水性濾膜抽濾，過(guò)濾后的溶液用liquiTOC儀器測(cè)定。土壤微生物量N含量以熏蒸和未熏蒸土樣0.5 mol/L K2SO4提取液中N含量之差乘以系數(shù)得到。BN=EN/0.54，式中，EN為熏蒸土樣與未熏蒸土樣提取液N含量之差。

1.4 土壤氨氧化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌的測(cè)定

根據(jù)文獻(xiàn)［19-20］分別制備氨氧化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌液體富集培養(yǎng)基與固體分離培養(yǎng)基。采用MPN(最大或然數(shù))法測(cè)定。接種土壤懸液于液體富集試管，各濃度梯度設(shè)置4個(gè)重復(fù)，在30℃恒溫培養(yǎng)14 d，根據(jù)陽(yáng)性管數(shù)查表得數(shù)量近似值，并經(jīng)水分測(cè)定換算成1 g干土中氨氧化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌的數(shù)量。

1.5 土壤硝化強(qiáng)度的測(cè)定

硝化作用強(qiáng)度采用培養(yǎng)基接種土壤懸液法［21］，首先在150 mL三角瓶中盛30 mL氨氧化細(xì)菌液體培養(yǎng)基，滅菌。冷卻后的培養(yǎng)基接種1/10土壤懸液1 mL，于30℃恒溫箱中培養(yǎng)15 d。接著取出三角瓶，過(guò)濾去除土壤顆粒，收集上清液。最后用分光光度計(jì)比色法測(cè)定濾液中的亞硝酸含量。

土壤硝化強(qiáng)度計(jì)算公式為:

1.6 土壤反硝化作用強(qiáng)度的測(cè)定

以氧化亞氮計(jì)測(cè)定土壤反硝化強(qiáng)度［22-23］，稱取過(guò)1 mm篩的新鮮土樣10 g于250 mL培養(yǎng)瓶中，向其中加入含硝酸鉀和葡萄糖的混合溶液5 mL(含N和C各3 mg)，并用丁基橡膠塞將培養(yǎng)瓶密封，利用真空泵抽真空，然后再向培養(yǎng)瓶中充入體積分?jǐn)?shù)為10% 的乙炔來(lái)抑制氧化亞氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓?8℃下培養(yǎng)48 h，培養(yǎng)結(jié)束后從培養(yǎng)瓶中抽取氣體10 mL，裝入氣袋，室溫下利用氣相色譜進(jìn)行分析。

1.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用DPS(Data processing system)［24］數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件處理數(shù)據(jù)，進(jìn)行相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤微生物量氮隨小麥生長(zhǎng)發(fā)育而變化的時(shí)序特征

土壤微生物量氮隨小麥生長(zhǎng)進(jìn)程的推進(jìn)呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。從拔節(jié)期到抽穗期逐漸升高，抽穗期達(dá)最大，然后逐漸下降，最終低于拔節(jié)期的含量，O3濃度增加的處理與對(duì)照具有相同的時(shí)序變化規(guī)律(圖1—圖4)，2008—2011年4a間時(shí)序變化趨勢(shì)相同。結(jié)果說(shuō)明，土壤微生物量氮的時(shí)序變化主要依存小麥生長(zhǎng)代謝調(diào)節(jié)，小麥與根際土壤微生物之間存競(jìng)爭(zhēng)與協(xié)同發(fā)展的關(guān)系。

2.2 O3濃度升高對(duì)土壤微生物量氮的影響

O3濃度升高對(duì)土壤微生物量氮的影響因O3作用年限的不同而異。第1年(2008年)的試驗(yàn)中，小麥生長(zhǎng)前期(拔節(jié)期)和后期(成熟期)，T1與對(duì)照沒(méi)有顯著差異，抽穗期和灌漿期，T1比對(duì)照明顯升高，T2則在每個(gè)生育期中比對(duì)照顯著降低。此后3a(2009、2010、2011年)試驗(yàn)，T1和T2在試驗(yàn)的每個(gè)生育期均顯著降低了土壤微生物量氮的含量，且T1與T2差異顯著(P＜0.05)。隨O3作用時(shí)間延長(zhǎng)，O3對(duì)土壤微生物量氮的抑制效應(yīng)增強(qiáng)(圖1，表2)，2010年和2011年的抑制效應(yīng)明顯大于2008年和2009年。特別是2011年150 nL/L O3對(duì)土壤微生物量氮的抑制率達(dá)46.65%，明顯高于100 nL/L O3的抑制率。第4年(2011年)試驗(yàn)，100 nL/L的O3處理對(duì)土壤微生物量氮的抑制作用明顯大于前3年150 nL/L O3作用下對(duì)土壤微生物量氮的抑制效應(yīng)。抑制作用逐年增加，即隨O3作用時(shí)間的延長(zhǎng)抑制效應(yīng)越明顯，O3對(duì)土壤微生物量氮的抑制具有積累效應(yīng)，是O3濃度和熏氣時(shí)間共同作用的結(jié)果。

圖1 臭氧濃度升高對(duì)麥田根際土壤微生物量氮的影響Fig.1 Effects of elevated ozone concentration on rhizosphere soil microbial biomass nitrogen in wheat fields

表2 臭氧濃度升高在不同年份對(duì)小麥不同生育期土壤微生物量氮的抑制率Table 2 Inhibition rate of soil microbial biomass nitrogen under ozone stress on different wheat growth stage in different years

2.3 臭氧濃度升高對(duì)土壤氨氧化細(xì)菌數(shù)量的影響

對(duì)照組(CK)氨氧化細(xì)菌數(shù)量隨著小麥生長(zhǎng)進(jìn)程的推進(jìn)，由拔節(jié)期到抽穗期逐漸升高，爾后逐漸下降，連續(xù)4a的試驗(yàn)中有相同的變化規(guī)律(圖2)。O3濃度增加后，由于作用年限即時(shí)間積累長(zhǎng)度不同，O3對(duì)氨氧化細(xì)菌數(shù)量有不同的影響。土壤氨氧化細(xì)菌數(shù)量，第1年(2008年)，T1、T2與對(duì)照組有相同的時(shí)序變化規(guī)律，并且相同生育期內(nèi)，T1、T2與CK之間沒(méi)有顯著差異;第2年(2009年)，在試驗(yàn)生育期中只有抽穗期和灌漿期T1和T2較CK顯著增加，并且T1和T2間差異不明顯，其余時(shí)期T1、T2、CK之間無(wú)明顯差異;第3年(2010年)，在所有測(cè)定的生育期中，T1和T2較CK均顯著降低，T1和T2間差異不顯著，土壤氨氧化細(xì)菌數(shù)量隨著小麥生長(zhǎng)進(jìn)程的推進(jìn)一直處于較低水平?jīng)]有明顯波動(dòng)，顯著不同于對(duì)照先升高后降低的時(shí)序變化規(guī)律;第4年(2011年)，與第3年(2010年)有類似的試驗(yàn)結(jié)果。增加O3濃度連續(xù)4個(gè)小麥生長(zhǎng)季之后，不同濃度O3之間是否存在顯著差異以及產(chǎn)生顯著差異的時(shí)間積累等，還需后續(xù)試驗(yàn)研究。結(jié)果說(shuō)明，自然情況下未受增加的O3影響時(shí)，土壤氨氧化細(xì)菌數(shù)量受小麥生長(zhǎng)調(diào)節(jié)較大。O3濃度升高后，在短期內(nèi)由于O3劑量和作用時(shí)間沒(méi)有累積到一定程度，對(duì)氨氧化細(xì)菌沒(méi)有明顯影響。O3濃度升高后小麥的第3、第4個(gè)生長(zhǎng)季，由于O3濃度和作用時(shí)間的累積作用增加，超過(guò)了小麥的抗脅迫能力，土壤氨氧化細(xì)菌數(shù)量顯著減少。

圖2 臭氧濃度升高對(duì)土壤氨氧化細(xì)菌數(shù)量的影響Fig.2 Efects of elevated ozone concentration on number of soil ammonia-oxidizing bacteria

2.4 不同臭氧濃度對(duì)硝化強(qiáng)度的影響

臭氧濃度增加，不同時(shí)間長(zhǎng)度的O3熏蒸試驗(yàn)，對(duì)土壤硝化強(qiáng)度的作用效應(yīng)不同。第1年(2008年)T1、T2與對(duì)照均沒(méi)有顯著差異;第2年(2009年)第3年(2010年)和第4年(2011年)在所有測(cè)定生育期，T1、T2均顯著抑制了土壤硝化強(qiáng)度(圖3，表3)。抑制率隨O3濃度增加而增加，隨O3作用年限增加而增強(qiáng)。在相同生育期內(nèi)O3對(duì)硝化強(qiáng)度的抑制率2011年＞2010年＞2009年＞2008年。結(jié)果說(shuō)明，小麥生長(zhǎng)代謝活躍期，氮素需求量大時(shí)，土壤的硝化強(qiáng)度隨之增強(qiáng)，土壤硝化強(qiáng)度受作物生長(zhǎng)的調(diào)節(jié)比較明顯。O3對(duì)土壤硝化強(qiáng)度的影響存在積累效應(yīng)，O3濃度增加后在較短時(shí)間里沒(méi)有顯著影響，當(dāng)O3濃度和作用時(shí)間累積到一定的量后表現(xiàn)出顯著的抑制效應(yīng)。O3濃度越高作用時(shí)間越長(zhǎng)抑制作用越大。4a試驗(yàn)中，CK、T1、T2處理的土壤硝化強(qiáng)度在小麥生長(zhǎng)前期和后期較弱，抽穗期最強(qiáng)，硝化強(qiáng)度的時(shí)序變化與小麥的代謝活性變化相關(guān)，小麥較大生長(zhǎng)量時(shí)對(duì)的較大需求促進(jìn)了硝化過(guò)程，硝化強(qiáng)度增強(qiáng)。

圖3 臭氧濃度升高對(duì)土壤硝化活性的影響Fig.3 Effects of elevated ozone concentration on nitrification activity

2.5 臭氧濃度升高對(duì)反硝化細(xì)菌數(shù)量的影響

臭氧濃度升高對(duì)土壤反硝化細(xì)菌數(shù)量的影響如圖4所示，對(duì)照的反硝化細(xì)菌數(shù)量隨小麥的生長(zhǎng)在拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期和灌漿期沒(méi)有顯著變化，成熟期時(shí)反硝化細(xì)菌數(shù)量則增加了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，O3濃度增加的處理與對(duì)照的時(shí)序變化規(guī)律相同，不同的是成熟期時(shí)反硝化細(xì)菌數(shù)量增加了3個(gè)數(shù)量級(jí)，只有在成熟期T1、T2與對(duì)照差異顯著，T1與T2之間沒(méi)有顯著差異，其它時(shí)期T1、T2與對(duì)照沒(méi)有明顯不同。結(jié)果說(shuō)明，小麥生長(zhǎng)的前、中期，土壤反硝化細(xì)菌數(shù)量受小麥的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)不大，對(duì)O3濃度升高引起的環(huán)境變化因子不敏感。小麥在成熟期后，對(duì)照的土壤反硝化細(xì)菌數(shù)量增加，而O3濃度增加的處理土壤反硝化細(xì)菌數(shù)量增加的程度更大，O3在成熟期明顯促進(jìn)了土壤反硝化細(xì)菌數(shù)量的增加。

表3 臭氧濃度升高在不同年份對(duì)小麥不同生育期土壤微生物量氮的抑制率Table 3 Inhibition rate of nitrification under ozone stress on different wheat growth stage in different years

圖4 臭氧濃度升高對(duì)土壤反硝化細(xì)菌數(shù)量的影響Fig.4 Effects of elevated ozone concentration on number of soil denitrifying bacteria

2.6 不同臭氧濃度對(duì)反硝化作用強(qiáng)度的影響

對(duì)照組土壤反硝化強(qiáng)度隨小麥生育進(jìn)程的推進(jìn)呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，抽穗期降到最低值，成熟期升到最高值，4a試驗(yàn)變化規(guī)律一致。O3濃度增加后，第1年(2008年)和第2年(2009年)試驗(yàn)中，T1、T2與對(duì)照變化規(guī)律相同，在相同生育期內(nèi)，T1和T2與對(duì)照均沒(méi)有顯著差異;第3年(2010年)和第4年(2011年)試驗(yàn)中，T1和T2從拔節(jié)期到灌漿期維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定值，成熟期后顯著升高，與對(duì)照比較T1和T2顯著增加了孕穗期和抽穗期的反硝化強(qiáng)度(圖5)。結(jié)果說(shuō)明，高濃度O3作用兩個(gè)生長(zhǎng)季后改變了土壤反硝化作用強(qiáng)度隨小麥生長(zhǎng)發(fā)育而變化的時(shí)序規(guī)律。增強(qiáng)了小麥中期的反硝化作用強(qiáng)度。

圖5 臭氧濃度升高對(duì)土壤反硝化作用強(qiáng)度的影響Fig.5 Effects of elevated ozone concentration on denitrification activity

3 討論

土壤微生物量氮的時(shí)序變化主要依存小麥生長(zhǎng)代謝調(diào)節(jié)。由于小麥和微生物的生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)與協(xié)同發(fā)展的關(guān)系，初期，小麥生長(zhǎng)量相對(duì)較小，對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收能力弱，土壤養(yǎng)分主要用于土壤微生物的同化增殖，同時(shí)隨著小麥生長(zhǎng)逐漸旺盛，根系代謝物增加也促進(jìn)了微生物的生長(zhǎng)。故此期間土壤微生物量氮逐步升高。小麥抽穗期至成熟期，較大的生長(zhǎng)量使小麥對(duì)土壤養(yǎng)分的需求大大增加，與土壤微生物形成強(qiáng)烈的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系［25］，氮素大量向小麥植株轉(zhuǎn)移，使微生物同化的氮素減少，后期土壤微生物量氮顯著下降。

小麥短時(shí)間受到較小劑量臭氧脅迫時(shí)，土壤微生物量氮短暫升高，可能是小麥抗脅迫適應(yīng)的結(jié)果［26］。小麥通過(guò)增強(qiáng)代謝水平來(lái)提高自身的抗脅迫能力，而小麥代謝水平的提升刺激了土壤微生物量氮增加［27］。隨著O3脅迫繼續(xù)增強(qiáng)，超過(guò)了小麥的抗逆范圍，小麥代謝受阻，土壤微生物量氮下降。這也與O3促進(jìn)土壤微生物量氮轉(zhuǎn)化為礦質(zhì)態(tài)氮以供小麥吸收利用以抵抗環(huán)境脅迫有關(guān)。當(dāng)臭氧濃度升高到一定閾值時(shí)土壤微生物量氮顯著下降。O3對(duì)小麥的作用閾值是O3濃度和作用時(shí)間共同決定的。

自然情況下未受增加的O3影響時(shí)，土壤氨氧化細(xì)菌數(shù)量受小麥生長(zhǎng)調(diào)節(jié)較大，抽穗期時(shí)小麥生長(zhǎng)最活躍，根際分泌物、根系生物量、細(xì)根周轉(zhuǎn)較高［9］氨氧化細(xì)菌有豐富的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)，生長(zhǎng)繁殖較快數(shù)量達(dá)最大。O3濃度升高后，在短期內(nèi)由于O3劑量和作用時(shí)間沒(méi)有累積到一定程度，對(duì)氨氧化細(xì)菌沒(méi)有明顯影響。隨O3作用時(shí)間延長(zhǎng)對(duì)小麥產(chǎn)生的脅迫度增加，激發(fā)了小麥-土壤體系的抗脅迫過(guò)程，如土壤脲酶活性增強(qiáng)等［15］，為小麥提供更多氮素營(yíng)養(yǎng)，也為土壤氨氧化細(xì)菌提供了充足的底物，促進(jìn)了它們的大量生長(zhǎng)繁殖。O3濃度升高后小麥的第3、第4個(gè)生長(zhǎng)季，由于O3濃度和作用時(shí)間的累積作用增加，超過(guò)了小麥的抗脅迫能力，土壤氨氧化細(xì)菌數(shù)量顯著減少。土壤氨氧化細(xì)菌將氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化成亞硝態(tài)氮，是土壤硝化作用的限速步驟［28］，O3濃度升高將降低土壤氮素供應(yīng)水平，土壤肥力受影響。

反硝化作用是土壤中氮素轉(zhuǎn)化的最主要過(guò)程之一，植物通過(guò)吸收同化NO而抑制反硝化作用［29］，在孕穗期和抽穗期小麥由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)入生殖生長(zhǎng)，需吸取大量的NO，由于土壤反硝化作用受到NO-3限制，所以孕穗期和抽穗期反硝化作用降低，在成熟期小麥減小了對(duì)NO的吸收，土壤NO供應(yīng)充足，小麥根際分泌物的存在促進(jìn)了反硝化作用，所以成熟期反硝化作用強(qiáng)度升高。O3對(duì)反硝化作用的影響具有一定的積累效應(yīng)，O3劑量和作用時(shí)間的累積量達(dá)到一定閾值，在小麥生長(zhǎng)需N敏感期，由于O3長(zhǎng)時(shí)間的作用，土壤理化性質(zhì)改變，小麥的生長(zhǎng)受嚴(yán)重抑制，O3顯著增加土壤反硝化強(qiáng)度。反硝化過(guò)程是N2O產(chǎn)生的主要生物過(guò)程［30］，O3作用一定時(shí)間不僅改變反硝化作用強(qiáng)度的時(shí)序特征，在一定的小麥生長(zhǎng)期還會(huì)導(dǎo)致麥田土壤N2O排放的增加。

4 結(jié)論

(1)O3對(duì)土壤微生物量氮的影響

土壤微生物量氮隨著小麥生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程呈現(xiàn)先升高后降低的時(shí)序變化特征。這種時(shí)序變化規(guī)律沒(méi)有因?yàn)镺3濃度的增加而改變。O3濃度增加并隨著O3作用時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤微生物量氮受抑制的效應(yīng)增強(qiáng)，O3對(duì)土壤微生物生量N的抑制作用具有積累效應(yīng)，是O3濃度和作用時(shí)間共同作用結(jié)果。

(2)O3對(duì)土壤氨氧化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌數(shù)量的影響

土壤氨氧化細(xì)菌數(shù)量在升高的O3濃度作用下，較短時(shí)間里沒(méi)有明顯影響;增加O3作用時(shí)間則在抽穗期和灌漿期土壤氨氧化細(xì)菌數(shù)量顯著增加;O3作用3a后則顯著降低土壤氨氧化細(xì)菌數(shù)量，并且在所有測(cè)定生育期中維持相同的數(shù)量級(jí)水平，沒(méi)有明顯的起伏波動(dòng)，改變了對(duì)照原有的土壤氨氧化細(xì)菌數(shù)量隨著小麥生長(zhǎng)進(jìn)程的推進(jìn)而發(fā)生先升高后降低的時(shí)序變化規(guī)律。

土壤反硝化細(xì)菌數(shù)量對(duì)O3濃度升高引起的環(huán)境變化因子不敏感，在小麥生長(zhǎng)的前、中期反硝化細(xì)菌數(shù)量和對(duì)照一樣總是維持在同一數(shù)量級(jí)，在成熟期后，O3對(duì)土壤反硝化細(xì)菌數(shù)量有明顯促進(jìn)作用。

(3)O3對(duì)土壤硝化強(qiáng)度和反硝化強(qiáng)度的影響

臭氧濃度升高在較短時(shí)間內(nèi)對(duì)土壤硝化強(qiáng)度沒(méi)有顯著影響，而作用3個(gè)生長(zhǎng)季以后則顯著地抑制了土壤硝化強(qiáng)度。O3作用年限增加，抑制作用增強(qiáng)。O3對(duì)土壤硝化強(qiáng)度的影響存在積累效應(yīng)，當(dāng)O3濃度和作用時(shí)間累積到一定的量后，土壤整體硝化強(qiáng)度減弱。

高濃度O3作用兩個(gè)生長(zhǎng)季后改變了土壤反硝化作用強(qiáng)度隨小麥生長(zhǎng)發(fā)育而變化的時(shí)序規(guī)律。O3濃度升高在較短時(shí)間里對(duì)土壤反硝化強(qiáng)度沒(méi)有影響，而作用3個(gè)生長(zhǎng)季后，反硝化強(qiáng)度顯著升高。

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