种植模式影响施肥导致的土壤反硝化势变化及其微生物机制

摘要

水田土壤反硝化势(soil denitrification potential,SDP)往往高于旱地土壤,但施肥对水田和旱地SDP的影响差异往往基于不同气候条件下的不同土壤类型获取,其准确性可能受外界条件干扰。以发育自同一母质的相邻水田和旱地长期试验为平台,比较不同施肥模式下水田和旱地SDP的变化及其与功能基因(narG、nirS、nirK和nosZ)丰度及nirS-型反硝化细菌群落组成之间关系的异同。结果表明,在水田中,与常规氮磷钾平衡施肥(NPK处理)相比,缺钾(NP处理)和缺氮(PK处理)的SDP分别提高33.01%和23.57%,而缺磷(NK处理)则降低35.76%,其中NP和NK处理的SDP变化与nirS基因丰度显著相关。这可能与施肥导致的土壤有效磷和氮/磷变化有关,而PK处理的SDP变化与nirS-型反硝化细菌Azospira sp. NC3H-14丰度的显著升高有关。在旱地中,与NPK处理相比,NP、NK和缺氮钾的P处理SDP分别提高13.94%、26.51%和25.41%,NK和P处理的SDP变化既与narG基因丰度显著增加相关,也与不同的nirS-型反硝化细菌丰度增加有关,其中NK处理与Azospira sp. NC3H-14和Ideonella sp. NC3L-43b丰度增加有关,P处理与Azospira sp. NC3H-14、Rhodanobacter sp. D206a和Rubrivivax gelatinosus丰度增加有关;而土壤无定形氧化铁含量的变化可能是影响narG基因丰度的主要因素。直接比较相同环境条件下的水田和旱地结果可以发现,水田中施肥导致的SDP变化主要与反硝化微生物群落组成变化有关,而旱地中则可能同时受制于功能基因和反硝化微生物群落组成的变化。