长期氮添加重塑紫色土磷有效性及解磷菌群落的生态机制研究

本研究针对长期氮肥施用如何影响农田土壤磷循环这一关键科学问题，通过6年田间试验揭示了氮输入通过改变土壤pH和总氮含量，重塑phoD/pqqC功能菌群结构，调控磷酸酶活性及磷有效性。研究发现中氮水平（N180）最有利于提升土壤有效磷含量，为优化施肥策略提供了微生物学依据。

　　

在集约化农业背景下，氮肥的过量施用已成为全球性难题。中国西南地区特有的酸性紫色土对磷的固定作用显著，而微生物驱动的磷循环机制尚不明确。四川农业大学等机构的研究团队通过6年玉米田间试验，系统解析了不同氮肥梯度（0-360 kg·hm^-2）对土壤磷形态、功能基因及微生物群落的调控机制，相关成果发表于《Environmental Technology》。

研究采用qPCR定量磷循环功能基因（phoD/phoA/phoX/pqqC/gcd），结合高通量测序分析phoD/pqqC菌群结构，通过结构方程模型和随机森林算法揭示关键驱动因子。样本来自四川雅安试验基地（北纬29°58′），设置5个氮梯度处理，每个处理3次重复。

【土壤性质】长期氮输入使土壤pH降低0.24-0.94单位，N270处理显著提升土壤有机碳（SOC）24.2%和总氮（TN）28.7%。

【磷有效性】AP含量呈先升后降趋势，N180处理达峰值（较对照提升95.1%），而N360处理使碱性磷酸酶（ALP）活性降低15.2%。

【功能基因】phoD基因丰度随氮量增加递减，而pqqC基因在N360处理达最高值（+53%），gcd基因丰度与氮量呈正相关。

【菌群结构】phoD菌群以放线菌门（Actinobacteria）为主（11.0%），pqqC菌群中假单胞菌（Pseudomonas）占比达53.8%。N180处理使菌群网络连接度提升63%，正相关关系占比显著增加。

【驱动机制】随机森林分析显示TN（16.1%）和pH（14.9%）分别是phoD/pqqC菌群的首要预测因子，结构方程模型证实pH通过调控ALP活性间接影响AP含量。

该研究首次阐明紫色土中氮-磷耦合循环的微生物机制，发现中氮水平（N180）能优化解磷菌群功能网络，为缓解土壤磷固定提供了理论依据。提出的"微生物-酶活性-磷有效性"调控模型，对发展绿色施肥技术具有重要指导价值。研究建议在长期施氮农田中补充磷肥，特别是高氮条件下需关注phoD功能菌群的保育。