耕作方式通过改变chiA和aprA基因影响土壤氮吸收与利用效率的平行施氮效应研究

本研究通过五年田间试验，揭示不同耕作方式（免耕、少耕、次耕、翻耕）通过调控土壤关键氮循环基因（chiA和aprA）的群落结构，影响溶解性有机氮（DON）转化和氮利用效率（NUtE）的机制。研究发现aprA与氮吸收效率（NUpE）呈正相关，而chiA与NUtE显著关联，为优化耕作策略提升农业氮素管理提供理论依据。

　　

Highlight

耕作通过氮循环功能基因驱动土壤氮转化与作物利用效率的联动机制

Study sites

试验点位于中国甘肃省民勤县（103°07′00.16″E, 38°37′10″N），地处石羊河流域下游的河西走廊，被腾格里和巴丹吉林沙漠环绕。该地区属干旱大陆性气候，年均温7.8°C，年降水量仅113 mm（其中70%集中于7-9月），年蒸发量高达2645 mm，干旱事件频发。

Soil physical and chemical properties

耕作方式对土壤理化性质的影响如表2所示。经过5年连续耕作实践，少耕（MT）处理下土壤总溶解氮（TDN）和溶解性有机氮（DON）含量显著上升：在0-20 cm土层中分别增加44.49%和68.59%，在20-40 cm土层中分别增加23.07%和376.4%。实验证明，少耕相较于传统耕作显著促进DON在表层土壤的富集，并强化其在深层土壤的淋溶/积累效应。

Effects of tillages on soil chiA and aprA

学界普遍认为，土壤微生物对耕作引起的养分获取策略变化高度敏感（Zhu et al., 2018），本研究进一步验证了土壤特性与微生物群落组成间的关联假说（Navarro-Noya et al., 2013）。耕作实践通过改变土壤有机质数量、质量及环境因子，调控土壤生态（包括微生物丰度与功能），尤其显著影响氮循环关键基因——几丁质酶基因（chiA）和碱性蛋白酶基因（aprA）的群落动态。

Conclusions

耕作实践通过改变土壤理化性质，进而影响功能型土壤微生物。线性相关分析显示，溶解性有机氮（DON）和土壤脲酶活性（URE）均与aprA呈负相关（p<0.05），表明耕作通过调控微生物活动显著干预土壤氮循环过程。此外，微生物群落驱动的氮转化过程直接促进植物对氮素的高效利用，chiA与aprA的功能变化可作为评估耕作管理下土壤氮素动态与作物生产效应的生物标志。