不同施肥模式对土壤氮循环功能微生物的影响

摘要

[目的]微生物在土壤氮循环过程中发挥着重要作用.通过研究农田土壤氮循环过程中不同功能微生物群落基因丰度对施肥模式的响应及其关键影响因素,探讨不同施肥模式调控下氮素转化的微生物学机制,为改善农业生产中氮素的管理策略提供理论依据.[方法]田间试验始于2011年,试验地点位于江苏省常州市溧阳市南渡镇,供试土壤为白土型水稻土,种植制度为稻麦轮作.试验包括单施化肥(NPK)、化肥+畜禽有机肥(NPKM)、化肥+秸秆还田(NPKS)以及相邻江苏省耕地质量监测点不施肥对照(CK),共4个处理.于2014年水稻成熟期采集土壤样品,采用实时荧光定量PCR法分析了土壤硝化(amoA)、反硝化(narG、nirS、nirK、norB、nosZ)、固氮(nifH)、硝酸盐异化还原(napA)等氮循环过程的相关功能微生物基因丰度的变化.以氨氧化微生物为模式微生物,测定添加与不添加1-辛炔情况下的土壤硝化潜势,分析氨氧化古菌(AOA)与氨氧化细菌(AOB)功能基因丰度与土壤硝化功能的内在联系.[结果]与CK相比,NPK处理显著增加了土壤中AOB-amoA、narG、nosZ和nifH基因的丰度.与NPK处理相比,NPKS处理进一步提高了土壤中AOB-amoA、narG、nosZ、nifH以及nirK基因的丰度.与CK相比,除AOA-amoA、nirS、napA基因以外,NPKM处理显著提高了土壤中所有氮循环功能基因的丰度.AOB-amoA基因丰度的变化对土壤氮循环功能基因丰度的整体变异影响最大.AOB主导了施肥土壤的硝化过程(81.90％～84.42％).土壤总硝化潜势与AOB-amoA基因丰度显著相关,但与AOA-amoA基因丰度相关性不显著.氮循环功能微生物基因丰度主要受到土壤pH、土壤有机碳(SOC)和NO3-含量的影响.[结论]畜禽有机肥与秸秆的施用能够进一步刺激氮循环功能基因丰度的增长,促进土壤氮循环.土壤pH、SOC和NO3-含量是影响土壤氮循环功能微生物丰度的关键因素.施肥主要通过提高土壤AOB-amoA功能基因的丰度,进而提高土壤硝化潜势,因此在控制土壤硝化作用时应重点关注AOB微生物群落.