草本植物重塑根际微生物群落并提升河岸带氮去除效率：基于模拟实验的定量研究

为解决农业氮污染对水体生态的威胁，陕西高校团队通过模拟实验评估了4种草本植物在河岸带(RBZ)的氮去除效能。研究发现Pennisetum alopecuroides 通过植物吸收与微生物转化协同作用实现最高总氮(TN)削减(28.8%)，而Cynodon dactylon 则因富集Nitrospira 在渗流中表现出更优的脱氮效率(57.4%)。研究首次定量解析了植物同化、土壤吸附与微生物过程对氮循环的贡献，为半湿润区棕壤RBZ植被配置提供了理论依据。

　　

在全球农业集约化背景下，氮素流失引发的富营养化已成为威胁水生态安全的"隐形杀手"。中国作为农业大国，其水体81%的氮污染源自农田活动，而传统河岸带(Riparian Buffer Zones, RBZ)的净化效果却因植被-微生物互作机制不明而波动显著。尤其在半湿润气候区的棕壤带，土壤砂质特性加剧了硝酸盐淋溶风险，但相关研究却几近空白。陕西高校"节水与回用创新团队"敏锐捕捉到这一科学盲区，他们通过精巧的模拟实验，首次揭开了草本植物如何"驯化"根际微生物军团、打造高效脱氮防线的奥秘。

研究团队采用控制实验箱模拟关中平原气候条件，设置Cynodon dactylon
（狗牙根）、Lolium perenne
（黑麦草）、Festuca elata
（高羊茅）和Pennisetum alopecuroides
（狼尾草）4组处理，监测径流与渗流中NO₃
^?
-N、NH₄
⁺
-N和TN的动态变化。结合高通量测序分析微生物群落结构，并采用qPCR定量反硝化功能基因(nosZ
、norB
、narI
)。通过质量平衡模型定量区分植物吸收、土壤固定和微生物转化三大机制的贡献率。

氮去除性能
数据揭示出鲜明的"植物分工"现象：狼尾草在径流TN去除中拔得头筹(28.8%)，其庞大生物量带来的氮同化优势相当于对照组2.1倍；而狗牙根则在渗流中展现"微生物引擎"特质，57.4%的TN去除率背后是Nitrospira
（硝化螺旋菌）的显著富集。温度实验显示，26.4℃时微生物过程贡献率骤增15%，印证了气候变暖可能强化生物脱氮。

微生物群落特征
根际"微生物指纹"分析呈现物种特异性：狼尾草根际放线菌门(Actinobacteria)占比达31%，与其分泌的有机酸促进异化硝酸盐还原有关；狗牙根则塑造了以变形菌门(Proteobacteria)为主导(42%)的"脱氮特战队"，其nosZ
基因拷贝数较对照组高2.3倍。KEGG预测显示两优势物种均显著激活氮代谢通路(ko00910)，但狗牙根在遗传信息处理方面更具优势。

机制定量解析
突破性的贡献率拆分显示：微生物过程平均承担58.7%的脱氮负荷，但在狼尾草系统中植物吸收贡献飙升至39%。特别值得注意的是，狗牙根系统在渗流条件下微生物贡献率突破72%，其根际溶解氧比狼尾草低1.8mg/L，创造了完美的厌氧反硝化微环境。

这项发表于《Rhizosphere》的研究，首次在半湿润棕壤RBZ中建立了"植物性状-微生物功能-脱氮效率"的定量关系模型。研究不仅证实植被筛选需"因地制宜"——砂质土区应优先配置深根系的狼尾草，更高湿度区域则适合狗牙根；更创新性地提出"功能基因标记辅助选种"策略，为智慧型RBZ设计提供了分子工具。当气候变化加剧水文波动时，这种基于微生物功能冗余的植被配置方案，或将成为保障水体生态安全的"智能缓冲阀"。