水稻根际作为厌氧甲烷氧化热点：硝态氮与亚硝态氮驱动的根际-非根际差异机制

本研究针对稻田甲烷减排的关键科学问题，首次揭示了水稻根际土壤中硝态氮/亚硝态氮依赖型厌氧甲烷氧化（nitrite/nitrate-AOM）的热点效应。通过对比根际与非根际土壤，发现NC10细菌和ANME-2d古菌驱动的AOM活性分别提升132%和87%，阐明了土壤性质-微生物群落-AOM活性的级联调控机制，为精准评估稻田甲烷减排提供了新视角。

　　

随着工业革命以来大气甲烷（CH₄）浓度从700 ppb飙升至1866 ppb，这种温室效应相当于CO₂ 80倍的强效温室气体已成为全球气候治理的焦点。作为人为CH₄排放的第二大来源，稻田每年贡献约30 Tg的CH₄排放量。尽管厌氧甲烷氧化（AOM）被认为是稻田甲烷减排的重要途径，但以往研究多集中于非根际土壤（bulk soil），忽视了植物根系塑造的特殊微环境——根际（rhizosphere）这一潜在热点区域。

中国的研究团队在《Environmental Pollution》发表的研究首次系统揭示了水稻根际作为硝态氮/亚硝态氮依赖型AOM生物热点的关键作用。研究通过对比化学肥料（CF）、有机肥料（OF）和秸秆还田（RS）三种施肥处理下的根际与非根际土壤，结合高通量测序和偏最小二乘路径模型（PLS-PM）分析，阐明了根际微环境对AOM过程的调控机制。

关键技术方法包括：采集中国扬州稻麦轮作系统的根际与非根际土壤样本，通过¹³CH₄同位素标记法测定AOM活性，qPCR定量NC10细菌和ANME-2d古菌的基因拷贝数，Illumina测序分析微生物群落结构，以及测定土壤有机碳（SOC）、溶解性有机碳（DOC）等18项理化指标。

土壤理化性质
根际土壤表现出显著区别于非根际土壤的微环境特征：较高的土壤含水量（SWC）、SOC和DOC（p<0.05），以及较低的pH值和硝态氮含量。有机肥处理下根际土壤的铵态氮含量尤为突出，这为AOM过程提供了关键的电子受体库。

AOM活性与微生物丰度
根际土壤中nitrite-AOM和nitrate-AOM活性分别比非根际土壤提高132%和87%。基因定量显示NC10细菌在根际的丰度（9.89×10⁶–2.04×10⁷ copies g^-1）是非根际土壤（1.50–2.94×10⁶ copies g^-1）的6.6倍，ANME-2d古菌也呈现类似分布模式。

微生物群落结构
高通量测序揭示了NC10细菌和ANME-2d古菌在根际与非根际土壤中的显著群落差异。Methylomirabilis和Methanoperedens分别作为两类功能微生物的优势属，其相对丰度与AOM活性呈正相关。

调控机制解析
PLS-PM模型表明：根际高SWC和SOC通过提升NC10细菌丰度直接促进nitrite-AOM活性（路径系数0.68）；而nitrate-AOM则受土壤性质和ANME-2d古菌丰度的双重调控。这种差异源于NC10细菌独特的"胞内微好氧"代谢机制——其将NO₂^-转化为N₂和O₂，再利用O₂氧化CH₄的特性使其对土壤微环境变化更为敏感。

该研究首次将根际确立为稻田AOM过程的关键热点区域，修正了传统评估中忽视根际贡献的偏差。发现根际微环境通过"土壤性质-功能微生物-AOM活性"的级联效应，使nitrite-AOM的温室气体减排效能提升超130%。这不仅为稻田甲烷减排提供了新的理论支点，也为通过农艺措施（如优化施肥）调控根际微生物群落实现CH₄减排提供了科学依据。研究团队特别指出，未来应关注根际-非根际界面的氧梯度变化对AOM微生物互作的影响，这将为开发基于根际工程的气候智能型农业技术开辟新途径。