1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

硝化作用(nh₄ →no₂^-→no₃^-)是指铵态氮在多种微生物作用下氧化成硝酸盐的过程。硝化作用的初始步骤（氨氧化过程）是由氨氧化微生物驱动完成的，进入土壤中的氮肥至少要经过一次氨氧化过程才能完成氮素循环，因此也成为氮素循环中的关键限速步骤^[1]。据估算，全球每年投入到农田生态系统中的氮肥大约有1 亿吨，占全球氮输入量的25%以上^[2]，其中我国每年氮肥施用量已超过2000万吨^[3]。因此，硝化过程不仅影响着土壤中氮素形态的分配，决定到植物对氮素的有效利用程度，还决定了硝酸盐淋失，进而影响土壤面源污染和周围水体富营养化 ^[4]。

氨氧化细菌（aob）是一类重要的功能微生物，它通过氨单加氧酶（amo）的催化作用将氨氧化成羟胺，是硝化作用过程的起始和限速步骤。氨单加氧酶是一种膜结合蛋白，由多种亚基组成，相应的编码基因位于amocab 操纵元上，其中含有α亚基的amoa 基因是良好的分子标记，广泛用于环境中aob 多样性研究。在相当长的一段时期内，科学界认为氨氧化过程仅仅是由氨氧化细菌完成的，而非极端环境中古菌存在氨氧化生理代谢之谜直到最近才被证实。2004年，venter等采用当时最先进的克隆文库和鸟枪法测序技术，研究发现泉古菌可能含有氨单加氧酶基因（amoa）序列，具有氨氧化的遗传基础。2005年stahl研究小组成功地从海洋中分离到一株氨氧化古菌纯菌株nitrosopumilus maritimus，该菌株具有氨单加氧酶基因的所有成员amoa、amob和amoc，且以氨为唯一能源进行自养生长，该结果改变了上百年来科学界对地球氨氧化过程的传统认识^[5]。

自然状态下的海洋和陆地过渡带（海陆界面）为滩涂湿地，人类为了满足不断增长的粮食需求，大量自然滩涂湿地被围垦成为农业用地。当前我国滨海围垦农区氮肥利用率低而氮素淋失风险较高，其主要原因体现在：1）该地区经济发达、人工成本高，加上土壤养分水平低，农民为了保证作物产量往往过量施肥；2）滩涂土壤一般呈碱性，硝化反应强烈，相对于铵态氮，硝态氮易于在土壤中通过淋洗进入水体；3）该地区属于亚热带季风性湿润气候，降雨量大，养分淋溶强烈。尽管滨海围垦农田土壤受历史因素的影响，均表现出盐分含量高、ph呈碱性、肥力低的特点^[6]，但围垦利用过程中土壤盐分、含水量和养分水平的变化导致不同利用年限土壤硝化功能呈现不同特点^[7]。

目前，大量国内外研究已证实土壤硝化强度受气候条件、土壤性质（包括ph、盐分水平等）、地上植被和人为施肥措施的共同影响。但针对海陆界面上农业利用土壤硝化作用规律及主要控制因子的研究还鲜见报道。现有的研究主要针对内陆农田土壤或海洋沉积物中的硝化作用进行研究，santoro等^[8]发现巴西泻湖沉积物硝化强度与盐分浓度呈显著负相关，在0-3‰范围内硝化强度随盐度呈指数衰减。国内方面，王玉萍等^[9]对珠江河口湿地沉积物硝化强度进行研究，发现较高的盐度和较低的 ph 对硝化过程有明显的抑制作用；李佳霖等^[10]研究发现长江口夏季沉积物硝化速率分布有明显的自近岸向外海逐渐降低的趋势；吕艳华^[11]对黄河三角洲湿地硝化作用研究发现，低盐度条件下的含盐量的变化对土壤的硝化强度影响不明显，而高盐度条件下的硝化作用受到抑制。海陆界面农田在进行围垦利用过程中，土壤盐分含量和养分含量随着利用年限增加必然表现出一定的梯度，这些土壤性质的变化在多大程度上影响农田生态系统的硝化功能目前还不清楚，因此探寻海陆界面农田土壤硝化功能的控制机理显得极为重要和迫切。

2. 研究的基本内容和问题

1. 研究目的

揭示海陆界面这一特殊环境下的农田土壤硝化微生物组成与演变过程，探索滨海围垦农田土壤硝化过程的微生物调控机制，丰富农田土壤硝化过程的微生物生态学理论。

明确滨海围垦农田土壤中硝化作用的微生物主导作用及其主控因素，为滨海围垦农田氮素管理和滨海区域环境保护提供理论支撑。

3. 研究的方法与方案

1. 研究方法

本课题研究方法主要有：荧光定量pcr技术、琼脂糖凝胶电泳、微生物基因测序、dna的提取和检测等。

2. 技术路线

4. 研究创新点

目前，国内外研究主要针对于土壤硝化强度与气候条件、土壤性质（包括pH、盐分水平等）、地上植被和人为施肥措施的共同影响。而本实验针对海陆界面上农业利用土壤硝化作用规律及主要控制因子进行研究。

传统上微生物生态学的研究大多数基于微生物物种的数量(丰度)以及多样性指数的分析, 无法揭示出微生物之间的相互作用，从而制约了微生物群落结构和功能之间关系的研究。而本实验使用的生态网络分析技术是一种基于数学模型分析生态系统中内在作用关系的系统分析方法，在研究大型生物群落物种之间的相互作用中显示出良好的效果，可以揭示出生态系统复杂性和生态系统稳定性之间的关系。

5. 研究计划与进展

研究计划

2019.9.20-2019.10.7查阅和收集资料，拟写文献综述

2019.10.8-2019.10.31完成土壤理化性质的测定