温度驱动下稻田土壤氮矿化的区域分异机制：基于微生物群落与酶活性的解析

本研究针对稻田土壤氮矿化(Nm)的温度依赖性区域差异机制，通过对比长江三角洲与东北地区水稻土，揭示了土壤性质与微生物因子的调控作用。研究人员采用淹水培养实验结合高通量测序技术，发现两地Nm差异达77-87%，Q10N值分别为0.89-3.32和0.69-2.51，证实细菌多样性（长江三角洲）与酶活性（东北）是温度敏感性的关键驱动因子，为区域化施肥策略提供理论依据。

　　

在农业生产中，土壤氮素转化效率直接影响作物产量与生态环境。作为全球最重要的粮食作物之一，水稻的生长发育高度依赖稻田土壤的氮供应能力。然而，一个长期困扰农学家的问题逐渐浮出水面：为什么相同管理措施下，不同稻区的氮肥利用效率存在显著差异？越来越多的证据表明，温度驱动的土壤氮矿化(Nm)过程可能是解开这个谜题的关键钥匙。

温度与土壤性质对稻田土壤氮矿化的影响虽已有研究，但关于微生物群落组成与胞外酶活性如何介导Nm的区域分异和温度依赖性，科学界仍存在认知空白。针对这一科学问题，来自中国的研究团队在《Pedosphere》发表了一项开创性研究，通过对比长江三角洲与东北两大稻区，系统解析了温度梯度下Nm的调控机制。

研究人员采用空间重复采样策略（每区域7个样本），设置10℃(T10)、20℃(T20)、30℃(T30)三个温度处理模拟区域季节变化，开展淹水培养实验。通过测定Nm与碳矿化(Cm)参数，结合高通量测序和酶活性分析（包括N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶NAG和亮氨酸氨基肽酶LAP等），构建结构方程模型揭示驱动机制。

Nm的区域差异特征
数据显示长江三角洲基线Nm显著高于东北地区（77-87%），这种差异在所有温度处理下均持续存在。土壤黏粒含量和碳氮比(C/N)被确定为跨区域Nm特征的核心土壤因子。

微生物驱动因子的区域分异
在长江三角洲，微生物生物量碳(MBC)与NAG酶活性分别以-0.62和0.79的标准化系数主导Nm变异；而东北地区则呈现不同调控模式：微生物生物量氮(MBN)、LAP活性和细菌α多样性(Chao1指数)成为主要驱动力，系数分别为0.45、未标注值和0.42。

温度敏感性的调控机制
Nm的温度敏感性系数Q₁₀^N在两地呈现明显差异（长江三角洲0.89-3.32 vs 东北0.69-2.51）。深入分析发现细菌α和β多样性变化是Q₁₀^N值分异的关键，结构方程模型进一步揭示：长江三角洲的Q₁₀^N主要受细菌多样性调控，而东北地区则更多依赖土壤酶活性驱动。

这项研究首次系统阐明了温度梯度下稻田土壤Nm的区域分异机制，创新性地提出"微生物-酶活性"耦合调控模型。研究发现不仅解释了为什么相同农艺措施在不同稻区效果迥异，更重要的是为制定区域特异性施肥策略提供了理论支撑：在长江三角洲应重点关注维持细菌多样性，而东北地区则需优先调控酶活性系统。这些认识对实现"减氮增效"的可持续农业发展目标具有重要指导价值，也为全球气候变化背景下稻田氮素管理提供了新的科学视角。