长期有机培肥对南方红壤区稻田土壤 碳循环功能基因的影响

• 作者: 马慧霞 张桥 陈会巧 孙丽丽 周昌敏 顾文杰 卢钰升 徐培智 解开治
• 来源期刊: 南方农业学报
• 关键词: 碳水解 碳固定 甲烷代谢 功能基因 有机培肥
• 年，卷（期）: 2023,（5）
• 所属期刊栏目: 生理生化·土壤肥料·生态环境
• 页码范围: 139-150
• 页数: 12页
• 语种: 中文

摘要

【目的】研究长期有机培肥对南方红壤区稻田土壤碳循环功能基因的影响，为南方稻田土壤碳库高效利用和施肥策略提供理论参考。【方法】依托江西省红壤研究所长期定位试验平台，设4个处理：不施肥处理（CK）、单施化肥处理（NPK）、早稻施绿肥紫云英处理（M1）、早稻施绿肥紫云英+晚稻秸秆还田处理（M2）。晚稻收获后采集土壤样品，测定土壤基本理化性质，利用实时荧光定量PCR测定土壤碳循环功能基因的绝对定量，分析不同活性碳含量及碳循环相关基因与环境因子的关系。【结果】长期有机培肥处理提高了土壤有机碳组分中活性有机碳含量，其中M2处理易氧化有机碳、热水提取态有机碳、可溶性有机碳含量均显著高于CK(P<0.05，下同)；M1处理土壤微生物量碳含量最高（193.98 mg/kg）。各处理中，M1和M2处理参与碳水解、碳固定和甲烷代谢过程的相关功能基因表达量均处于较低水平。相关分析结果表明，碳水解过程相关功能基因（除amyX、IsoP、lig和naglu）、碳固定过程相关功能基因（除mcrA）和甲烷代谢（除emGDH）与全钾、微生物量碳和胡富比均呈显著负相关。碳固定过程功能基因和甲烷代谢过程功能基因（除emGDH）与pH和速效钾呈正相关。随机森林分析结果显示，长期有机培肥稻田土壤对碳水解功能基因和环境因子的解释率为89.22%，对碳固定功能基因和环境因子的解释率为90.12%，对甲烷代谢功能基因和环境因子解释率为87.14%；结构方程建模结果表明，长期有机培肥稻田土壤中mnp和apu基因、mct和rbcL基因、em GDH和pmoA基因分别直接影响碳水解、碳固定和甲烷代谢过程，土壤有机碳、胡敏素和胡富比间接影响碳水解和碳固定基因表达量，胡敏酸、有机碳和胡敏素间接影响甲烷代谢过程功能基因表达量。【结论】长期有机培肥有利于增加南方稻田土壤活性有机碳组分含量，降低碳循环功能基因表达量，提高土壤的稳定性，有助于环境变化中保持农田生产力的稳定。