长期施肥调控水稻田沿土壤剖面 I 类和 II 类氧化亚氮还原菌的分布与氧化亚氮还原潜力

《Environmental Microbiology》：Long-Term Fertilisation Shapes the Distribution and N2O Reduction Potential of Clade I and Clade II N2O Reducers Along the Soil Profile in Rice Paddies

　　

摘要

长期施肥会改变稻田土壤的一氧化二氮（N₂O）排放，但其对不同N₂O还原菌门的生态作用影响仍不清楚。本研究利用一项为期20年的田间试验，分别设置不施肥对照组（CK）、化学肥料（NPK）处理和有机肥料（OF）处理，研究了Clade I和Clade II N₂O还原菌的群落特征。Clade II在群落中占主导地位，占nosZ读数的72.4%，占恢复的含nosZ的宏基因组组装基因组（MAG）的83.3%，且富含碳水化合物活性酶（CAZy）基因。然而，Clade I的丰度比Clade II能更好地解释土壤N₂O还原潜势的变化（R² = 0.38 vs. 0.28）。结构方程模型显示，施肥增强了土壤碳氮状态，从而显著促进Clade I的丰度（β = 0.90）。Clade I完全介导了施肥对N₂O还原潜势的影响，而Clade II仅表现出部分介导效应。两个菌门还表现出不同的垂直分布特征：Clade I在整个土壤剖面中分布相对均匀，而Clade II呈现生态位分层现象，不同类群分别在表层、中层和深层占主导地位。这些结果表明，两种N₂O还原菌门具有不同的生态策略，长期施肥在所研究期间对它们的分布及其对稻田土壤N₂O汇功能的贡献具有差异性影响。

图形摘要

长期施肥重塑了稻田N₂O还原菌群落的垂直组织结构。Clade I对施肥的响应更敏感，且与土壤N₂O还原潜势密切相关，而数量上占主导地位的Clade II则表现出垂直生态位分化及维持生态稳定性的基因组适应性特征。这两种互补的菌门共同维持了稻田土壤的N₂O汇功能。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

原始测序数据已存入中国国家信息中心国家基因数据中心（NGDC）的基因组序列档案（GSA）数据库，生物项目登录号为PRJCA071834。