酒糟污泥施用方式对高粱根际微生物群落氮磷循环功能的影响研究

针对不同酒糟污泥（DSS）施肥方式对土壤微生物养分循环功能潜力影响不明的问题，研究人员通过宏基因组测序，探究混合粉剂施用（MF）、球形深施（垂直 VF、横向 LF）对高粱根际土壤氮（N）磷（P）循环的影响，发现不同方式影响基因丰度与网络结构，为农业生态系统提供参考。

　　

在农业生态系统中，氮（N）和磷（P）是维持作物生长的核心养分，其循环过程高度依赖土壤微生物的代谢活动。然而，传统有机肥施用方式对微生物功能基因的影响尚不明确，尤其是酒糟污泥（DSS）这类兼具有机与无机养分的特殊废弃物，其不同施用方法如何调控根际微生物的氮磷转化能力仍是待解之谜。贵州大学的研究团队聚焦这一科学问题，开展了相关研究，成果发表在《Applied Soil Ecology》，为农业废弃物资源化利用和精准施肥提供了新视角。

研究人员采用盆栽实验，以高粱为研究对象，设置三种处理：混合粉剂施用（MF）、球形深施中的垂直施用（VF，肥料位于种子正下方）和横向施用（LF，肥料位于种子侧下方），并以不施肥为对照（CK）。通过宏基因组测序技术，分析不同处理下根际土壤中参与氮磷循环的微生物功能基因丰度及群落结构变化，同时测定土壤理化性质（如 pH、有效氮（AN）、有效磷（AP）、铵态氮（NH₄⁺）、硝态氮（NO₃^-）等），探究施肥方式与微生物功能、土壤养分的关联机制。

不同施肥方式对土壤性质的影响

与对照相比，各施肥处理均导致土壤 pH 下降，其中 VF 与 MF 处理差异不显著。除 MF 处理显著提升有效磷（AP）和有效氮（AN）外，其他处理下土壤 AN 和 AP 含量相对稳定。酒糟污泥施用显著提高了土壤有效钾（AK）和有机质（SOM）水平，但交换性钾（Ex-K）变化较小。LF 和 MF 处理分别使土壤 NH₄⁺含量提高 3.25 倍和 2.43 倍，显示不同施用方式对氮素形态分布有显著影响。

微生物功能基因与土壤养分的关联

微生物多样性与土壤 AN 和可交换态钠（Ex-Na）呈高度正相关。VF 处理中，参与有机磷矿化的 phnA、phnM、appA、phnJ 基因丰度显著升高，表明垂直深施促进了有机磷向无机磷的转化。LF 处理则显著增加了硝化作用相关基因 hao（编码羟胺氧化还原酶）和 amoA/B/C（编码氨单加氧酶亚基）的丰度，增强了氨氧化为硝酸盐的能力。MF 处理同时提升了 phnA、phoD（编码碱性磷酸酶）、phnM、TC.PIT（磷转运系统透性酶）和 phoB（磷代谢调控基因）的表达，显著强化磷循环的遗传潜力，但反硝化相关基因丰度增加，可能加剧氮素流失风险。

微生物网络结构的变化

网络分析表明，VF 和 LF 处理降低了土壤微生物网络的复杂性和稳定性，但模块性（群落内部紧密性）显著增加，暗示深施方式可能促使微生物群落形成功能更专一的模块化结构，而混合粉剂施用则维持了更复杂的微生物互作关系。

土壤性质对氮磷循环的驱动机制

偏最小二乘路径模型（PLS-PM）显示，土壤氮素（包括 AN、NH₄⁺、NO₃^-）、AP 和 AK 直接驱动氮磷循环过程，而有机质（SOM）则通过间接途径影响微生物功能。这表明速效养分的空间分布是调控微生物代谢活动的关键因子，而有机碳的长期效应可能通过改变土壤微环境间接发挥作用。

结论与意义

本研究首次通过宏基因组学揭示了不同酒糟污泥施用方式对高粱根际微生物氮磷循环功能的差异化调控机制。垂直深施（VF）优化了有机磷的矿化路径，横向深施（LF）增强了硝化作用效率，而混合粉剂施用（MF）虽提升磷循环潜力，但需警惕反硝化导致的氮素损失。研究结果为白酒产业固废资源化利用提供了科学依据，有望通过精准调控施肥方式提升养分利用效率，减少农业面源污染，为可持续农业生态系统的构建提供理论支撑。未来研究可进一步拓展至田间尺度，验证不同土壤类型和作物体系中的适用性，推动酒糟污泥从 “环境负担” 向 “农业资源” 的转化。

研究主要技术方法包括宏基因组测序（分析微生物功能基因组成）、盆栽实验（设置不同施肥处理）、土壤理化性质测定（如 pH、AN、AP、NH₄⁺、NO₃^-等指标）、网络分析（评估微生物群落互作结构）和偏最小二乘路径模型（PLS-PM，解析土壤性质与微生物功能的因果关系），样本来源于贵州茅台镇的酒糟污泥及贵阳地区的高粱根际土壤。