生物炭提升稻田土壤碳氮磷硫循环功能基因丰度的定量宏基因组学解析

为解决生物炭对稻田土壤微生物功能基因影响的定量研究不足问题，来自未知机构的研究人员通过定量宏基因组测序结合spike-in技术，开展了为期2年的田间试验。结果显示：生物炭使水稻增产7.0%-12.5%，显著提升Wood-Ljungdahl通路、Calvin-Benson-Bassham循环及反硝化等C/N/P/S循环相关基因丰度（增幅5.1%-405.3%），并构建更复杂的基因共现网络，为农业生态系统功能优化提供新依据。

　　

这项突破性研究揭示了生物炭(biochar)对稻田土壤微生物功能的深层调控机制。通过精准的定量宏基因组测序(quantitative metagenomic sequencing)结合spike-in校正技术，科研人员发现：施用生物炭两年后，水稻产量显著提升7.0%-12.5%，同时激活了土壤微生物的"代谢引擎"——碳(C)循环关键通路Wood-Ljungdahl pathway和Calvin-Benson-Bassham cycle的基因丰度激增25.9%-197.4%，如同为微生物装上了"涡轮增压器"。

更令人振奋的是，氮(N)循环中的反硝化(denitrification)基因表达量飙升405.3%，磷(P)调控基因和硫(S)同化还原途径基因也分别增长109.6%和246.0%，形成"四轮驱动"的养分循环加速模式。随机森林算法锁定三羧酸循环(TCA cycle)和异化氮还原等核心代谢过程为增产关键。基因共现网络分析则显示，生物炭如同"分子社交平台"，显著增强了微生物功能基因的交互复杂性。这些发现为发展"碳基农业"提供了重要的理论支撑。