土壤微生物组驱动不同水肥模式下稻田温室气体排放的宏基因组学机制

这篇研究通过3年田间试验结合宏基因组测序，揭示了控制灌溉(CI)与淹灌(FI)模式下，化学施肥(F)、秸秆还田(S)和有机肥替代(M)对稻田土壤微生物群落结构的影响机制。研究发现CI显著降低CH4排放但增加N2O通量，关键功能基因(nirS/nirK/nosZ/mcrA等)驱动了温室气体(GHGs)排放差异，其中有机肥通过提升nosZ基因丰度实现减排增效，为可持续稻作提供了微生物学依据。

　　

研究亮点

• 灌溉模式显著重塑稻田土壤微生物群落结构，土壤pH、含水量、总氮(TN)和CH₄排放是门水平的关键环境因子。秸秆还田通过增加nirS和nirK基因丰度提升N₂O排放，而有机肥通过增强nosZ基因实现减排。

• 控制灌溉(CI)较淹灌(FI)增加N₂O排放，但norB基因丰度保持较低水平。

关键发现

• 秸秆还田和有机肥施用通过mcrA、pmoA和pmoC基因导致CH₄排放增加。

• 结构方程模型显示：灌溉模式显著影响CH₄排放和水稻产量，而施肥类型主要调控土壤pH和产量。有机肥因土壤中富含产甲烷基因mcrA导致更高碳排。

结论

(i) 控制灌溉(CI)与有机肥联用是减少温室气体(GHGs)排放、增强碳封存并提高水稻产量的推荐组合。

(ii) 宏基因组分析揭示了微生物功能基因在调控碳氮循环中的核心作用，为发展气候智能型农业提供了理论支撑。