氮驱动的微生物功能重塑主导高海拔苹果园土壤碳动态：宏基因组学视角

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Nitrogen-Driven Microbial Functional Rewiring Dictates Soil Carbon Dynamics in High-Altitude Apple Orchards: A Metagenomic Perspective

　　**摘要**了解氮（N）施肥对土壤碳（C）和氮循环的影响，以及其潜在的微生态机制，对高寒农业生态系统至关重要。本研究调查这些非线性动态以弥补高海拔多年生果园系统中的知识空白。我们在西藏（Xizang）高寒苹果园中进行了为期六年的连续氮添加梯度试验（始于2019年），设置四个梯度（0、150、300和450 kg ha?1 yr?1）。研究方法整合了宏基因组分箱以重建宏基因组组装基因组（MAGs）、胞外酶测定和土壤有机碳（SOC）物理与生化分级。SOC积累呈非线性轨迹，在300 kg ha?1 yr?1（N300）处理下达到峰值，较未施肥对照增加39.3%。基因组解析分析显示，N300协同增强了纤维二糖水解酶和β-1,4-N-乙酰葡糖胺酶活性。这与多功能耦合微生物类群（如Pyrinomonadales）相对丰度较高同时发生，并伴随最高的真菌死体碳和38.21%的颗粒有机碳（POC）增加。相反，450 kg ha?1 yr?1（N450）处理引发了严重的土壤酸化，并显著抑制了多酚氧化酶活性30.56%。这触发了碳-氮功能解耦，微生物群落向氮降解主导类群（如Rhodanobacter spp.）转变。虽然N450降低了活性碳比例，但伴随46.69%的矿物结合有机碳（MAOC）增加，这与细菌死体对矿物结合碳形成的潜在贡献一致。土壤碳库分异由从环境过滤到功能重连的级联路径所调控。在所测试的氮梯度中，N300处理在该高寒果园系统中提供了SOC积累、微生物功能协调和活性碳维持之间最为有利的平衡。此外，过量施氮存在明显的权衡关系，即增强MAOC固存以土壤严重酸化和活性碳库大幅下降为代价。