秸秆品质调控氮素动态机制及其对N2O减排的启示

本研究通过15N标记技术揭示秸秆品质（纤维素/半纤维素含量）调控氮转化微生物机制：早期易分解碳促进氮矿化但抑制硝化，后期顽固碳主导阶段通过增强硝化基因（amoA/amoB/hao）表达加剧N2O排放，为优化秸秆还田与温室气体减排提供理论依据。

　　

秸秆衍生氮转化

在培养第14天，3.3%的秸秆¹⁵N转化为¹⁵NH₄⁺，而0.7%和0.01%分别转化为¹⁵NO₃^-和¹⁵N₂O。到第84天，¹⁵NH₄⁺比例下降至2.1%，而¹⁵NO₃^-和¹⁵N₂O分别增加至1.1%和0.04%（图1A）。

经过84天培养，0.1%–0.3%的秸秆¹⁵N以¹⁵N₂O形式排放（图1B）。累积N₂O排放量范围为490至1064 μg N kg^-1干土，其中根处理最高，叶处理最低。

早期分解阶段秸秆衍生氮转化的调控机制

在秸秆分解早期，易分解有机组分（主要是纤维素和半纤维素）的快速分解显著影响氮转化。这些底物作为关键碳源，刺激了富营养型微生物（如假单胞菌门Pseudomonadota和放线菌门Actinomycetota）的增殖（图3C），这些菌群以分泌纤维素酶和半纤维素酶著称。增强的酶活性促进了秸秆有机氮的矿化，导致¹⁵NH₄⁺快速积累。同时，酪氨酸氨肽酶（TYR）活性升高和氮矿化基因（如ureC和glsA）丰度增加进一步加速了铵的产生。然而，强烈的微生物氮需求（通过较高的NH₄⁺同化和低硝化基因丰度反映）促进了微生物固定化，限制了¹⁵NO₃^-和¹⁵N₂O的产生。

结论

本研究阐明了秸秆分解过程中氮转化的动态机制，结果凸显了秸秆纤维素和半纤维素含量在调控这些过程中的关键作用。短期来看，纤维素和半纤维素分解刺激微生物增殖和酶活性，增强氮矿化但同时也促进微生物氮固定化，从而抑制硝化作用，减少NO₃^-可用性并降低N₂O排放。