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长期培肥降低稻田土壤硝化和反硝化细菌功能基因丰度并减缓氮素周转

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[目的]硝化和反硝化细菌在稻田土壤氮循环中起着十分重要的作用.研究长期有机物料还田条件下红壤区稻田土壤硝化和反硝化细菌群落及功能基因丰度,有助于揭示土壤硝化和反硝化过程中的微生物机制,为红壤区稻田氮高效利用和管理提供参考.[方法]基于 40 年水稻长期施肥定位试验,选择其中的不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、早稻施绿肥紫云英(M1)和早稻施绿肥紫云英+晚稻秸秆还田(M2)处理小区采集土壤样品,利用宏基因组测序和荧光定量PCR技术,通过对典型反硝化细菌nirK、nirS和硝化细菌amoA、hao进行基因标记,分析了土壤硝化和反硝化细菌群落结构和多样性.[结果]nirK、nirS型反硝化细菌和AOB(amoA)、hao细菌主要隶属于变形菌门(Proteobacteria).所有处理中nirK型反硝化细菌的优势属为Ardenticatena菌属、硝化螺菌属(Nitrospira)和罗河杆菌属(Rhodanobacter),且M2 处理土壤中罗河杆菌属相对丰度显著高于其他处理(P<0.05).nirS型反硝化细菌中类固醇杆菌属(Steroidobacter)和慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)分别在M2 和NPK处理中占比最高,分别达到 33%和 29%.AOB(amoA)细菌中慢生根瘤菌(Bradyrhizobium)在 CK 和 M1 处理中占比最高,分别为 30%和 32%;变形菌门中的甲基单胞菌属(Methylomonas)在M2 处理中占比最大;硝化螺菌属(Nitrospira)在CK处理中的占比显著高于其他处理.hao细菌中地杆菌属(Geobacter)相对丰度在各处理中占比最高.冗余分析显示,土壤速效氮(P=0.002)、有效磷(P=0.006)和有机碳(P=0.002)是nirK型和nirS型反硝化细菌群落组成变化的主导因子,土壤有机碳(P=0.008)、有效磷(P=0.01)、速效钾(P=0.008)是 hao 细菌群落结构变化的关键因子,速效氮(P=0.004)、有效磷(P=0.004)和全磷(P=0.002)是AOB(amoA)群落结构产生变化的关键因子.Spearman相关性分析表明,土壤有机碳、全氮和铵态氮与功能基因amoA、hao和反硝化功能基因nirK、nirS的丰度都呈现极显著(P<0.01)负相关关系.[结论]土壤有效磷、速效氮和有机碳是影响细菌群落结构的主要环境因子.长期培肥降低了土壤硝化和反硝化功能基因的丰度,减缓了土壤氮素循环的周转,提高了土壤氮素的稳定性.
Long-term fertilization reduces nitrifying and denitrifying functional gene abundance and slows down the nitrogen recycle in paddy soils

long-term fertilizationpaddy soilnitrification microorganismdenitrification microorganismfunctional gene

陈会巧、马慧霞、张桥、孙丽丽、周昌敏、顾文杰、卢钰升、徐培智、解开治

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甘肃农业大学资源与环境学院,甘肃兰州 730070

广东省农业科学院农业资源与环境研究所/农业农村部南方植物营养与肥料重点实验室/广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室/广东省土壤微生物与耕地保育工程技术研究中心,广东广州 510640

广东省农业环境与耕地质量保护中心,广东广州 510500

岭南现代农业科学与技术广东省实验室茂名分中心,广东茂名 525000

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长期施肥 稻田土壤 硝化微生物 反硝化微生物 功能基因

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2021B1212050020XT202220202121TD2022KJ118R2020PY-JG0122021-分院专项-022021TDQD002

2023

10.11674/zwyf.2023098

植物营养与肥料学报
中国植物营养与肥料学会

植物营养与肥料学报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：2.331
ISSN：1008-505X
年,卷(期)：2023.29(9)
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