有機(jī)-無(wú)機(jī)肥配施對(duì)麥玉輪作土壤中細(xì)菌氮循環(huán)功能基因的影響

胡菏，吳憲，趙建寧，楊殿林，王麗麗，李剛，修偉明

（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部產(chǎn)地環(huán)境污染防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/天津市農(nóng)業(yè)環(huán)境與農(nóng)產(chǎn)品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300191）

華北平原作為我國(guó)第二大平原，涵蓋京津冀和魯豫皖蘇等多個(gè)省市[1]，是我國(guó)最重要的農(nóng)作物生產(chǎn)基地之一[2]，其典型的種植制度是“冬小麥-夏玉米”輪作，輪作區(qū)耕地面積高達(dá)1.22×107hm2，可為全國(guó)供應(yīng)70%以上的小麥和近30%的玉米[3]，具有“投入高、產(chǎn)量高、環(huán)境影響大”的特點(diǎn)[4]。近年來(lái)，化肥的大量投入使農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和養(yǎng)分循環(huán)受到嚴(yán)重影響，生物多樣性大幅降低[5]。據(jù)報(bào)道，單施化肥會(huì)降低土壤微生物群落的豐度和活性，并對(duì)其組成產(chǎn)生負(fù)面影響[6]。在華北平原集約化耕作條件下，有機(jī)物質(zhì)（秸稈和畜禽糞便）的施用是重要的土壤管理措施，其不但可以為植物提供養(yǎng)分，而且可以通過(guò)補(bǔ)充有機(jī)質(zhì)（SOM）來(lái)維持土壤肥力[7]。小麥、玉米除作為糧食作物外，其副產(chǎn)物——秸稈含有豐富的氮、磷、鉀，還田利用后可為后茬作物提供生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，提高作物產(chǎn)量[8]。Lori 等[9]研究表明，施用有機(jī)肥會(huì)顯著增加土壤細(xì)菌豐度和酶活性。此外，與單施化肥相比，有機(jī)肥還可以提高土壤微生物群落的多樣性[10]。隨著化肥的持續(xù)施用，其對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響逐漸顯現(xiàn)，與此同時(shí)，為了緩解無(wú)機(jī)肥料大量施用導(dǎo)致的農(nóng)田土壤質(zhì)量下降，有機(jī)肥的應(yīng)用得到不斷發(fā)展，有機(jī)肥與化肥配合施用成為近年來(lái)肥料應(yīng)用研究中較為活躍且發(fā)展最快的領(lǐng)域之一[11]。有機(jī)-無(wú)機(jī)肥配施具有速效和長(zhǎng)效的優(yōu)勢(shì)，可以促進(jìn)土壤微生物的生長(zhǎng)繁殖[12]，并對(duì)糧食生產(chǎn)具有顯著的積極影響[13]。研究表明，有機(jī)-無(wú)機(jī)肥配施可以影響土壤微生物群落組成，進(jìn)而影響土壤養(yǎng)分循環(huán)[14]和植物生長(zhǎng)[15]。土壤微生物群落在有機(jī)物質(zhì)分解中發(fā)揮重要作用，影響著營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的生物地球化學(xué)循環(huán)，對(duì)維持土壤功能至關(guān)重要[16]。此外，季節(jié)動(dòng)態(tài)變化也是影響農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中土壤微生物群落的重要因素之一[17-19]。在小麥-玉米輪作體系中，小麥田土壤理化性質(zhì)與微生物群落之間的相關(guān)性強(qiáng)于玉米田[20]，取樣時(shí)間對(duì)土壤微生物群落的影響遠(yuǎn)大于施肥制度，施肥效應(yīng)在小麥田最為顯著[21]。Zhao 等[22]的研究同樣闡明了輪作體系下施肥時(shí)間對(duì)土壤微生物的顯著影響。因此，在開(kāi)展輪作體系下土壤微生物群落變化的研究中應(yīng)該將作物種類(lèi)和環(huán)境條件均視為驅(qū)動(dòng)土壤微生物群落變化的主要因素。

氮循環(huán)是土壤生態(tài)系統(tǒng)生物地球化學(xué)循環(huán)中的核心過(guò)程之一，在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展方面起著舉足輕重的作用[23]。土壤微生物發(fā)揮與氮循環(huán)有關(guān)的生態(tài)功能[24]。目前，學(xué)者們?cè)谟袡C(jī)-無(wú)機(jī)肥配施對(duì)農(nóng)田土壤微生物影響方面已開(kāi)展了大量研究工作，初步探明了農(nóng)田土壤細(xì)菌群落的組成、多樣性和結(jié)構(gòu)等響應(yīng)特征及其影響因素。但尚不清楚輪作體系下施肥方式和季節(jié)性波動(dòng)如何影響土壤微生物群落的氮循環(huán)功能。因此，本研究選擇單施化肥、化肥配施玉米秸稈和化肥配施有機(jī)肥3 種不同施肥處理，采用16S rRNA 基因高通量測(cè)序技術(shù)，基于生物信息學(xué)方法并結(jié)合PICRUSt功能預(yù)測(cè)分析，探究土壤細(xì)菌功能分類(lèi)變化，進(jìn)而明確氮循環(huán)過(guò)程功能基因的變化及其與土壤理化性質(zhì)間的關(guān)系，以期為更好地揭示有機(jī)-無(wú)機(jī)肥配施過(guò)程中氮循環(huán)機(jī)制提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地位于天津市寧河區(qū)林場(chǎng)（39°48′N(xiāo)，117°71′E），該地農(nóng)田耕作方式為華北農(nóng)耕區(qū)常規(guī)耕作模式——冬小麥-夏玉米輪作。試驗(yàn)始于2015 年，共設(shè)3個(gè)施肥處理：?jiǎn)问o(wú)機(jī)肥（NPK）、無(wú)機(jī)肥配施玉米秸稈（NPKS）和無(wú)機(jī)肥配施有機(jī)肥（NPKO）。各處理小區(qū)面積較大（22 m×22 m），故沒(méi)有設(shè)置重復(fù)小區(qū)，取樣時(shí)將小區(qū)分為3 個(gè)區(qū)域即3 次假重復(fù)[25-27]。共分小麥季和玉米季兩次施肥，每次施肥各處理無(wú)機(jī)肥施用量相同（140 kg·hm-2N，131.25 kg·hm-2P2O5，44.1 kg·hm-2K2O）。試驗(yàn)中施用的無(wú)機(jī)肥料包括無(wú)機(jī)復(fù)合肥（N 含量28%，P2O5含量13%，K2O 含量5%）、磷肥[Ca（H2PO4）2，養(yǎng)分含量 12%]、鉀肥（KCl，養(yǎng)分含量60%）以及尿素（N 含量46%）。將168 kg·hm-2N（無(wú)機(jī)復(fù)合肥）作為基肥在冬小麥和夏玉米播種時(shí)一次性施入農(nóng)田，112 kg·hm-2N（尿素）在小麥苗期和玉米拔節(jié)期分別追施入農(nóng)田。NPKO 處理施用的有機(jī)肥（商品有機(jī)肥，養(yǎng)分總含量≥5%，有機(jī)質(zhì)含量≥40%，石家莊市希星肥業(yè)科技有限公司生產(chǎn)）量為15 t·hm-2，只在小麥季一次性施入。各小區(qū)總施肥量見(jiàn)表1。小麥季所有處理產(chǎn)生的小麥秸稈按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)耕作方式全部粉碎后覆蓋于地表還田，玉米季節(jié)NPKS 處理產(chǎn)生的玉米秸稈粉碎成小段后隨土壤耕翻還田，NPK和NPKO 處理的玉米秸稈均不還田。其他田間管理按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)生產(chǎn)模式進(jìn)行。

1.2 土壤樣品采集

分別于2019 年5 月小麥?zhǔn)斋@前和9 月玉米收獲前，使用直徑5 cm 的土壤采樣器采集0～20 cm 耕層土壤，將在每個(gè)區(qū)域隨機(jī)采集的5 個(gè)土芯混合成1 個(gè)土壤樣品，剔除石礫和植物殘?bào)w等雜質(zhì)后裝入滅菌自封袋暫存于保溫箱中并迅速帶回實(shí)驗(yàn)室，土壤樣品過(guò)2 mm篩后用于提取DNA并測(cè)定土壤理化性質(zhì)。

1.3 土壤理化性質(zhì)測(cè)定

土壤理化指標(biāo)pH、有機(jī)質(zhì)（SOM）、全氮（TN）、全磷（TP）、速效磷（AP）的測(cè)定方法參照文獻(xiàn)[28]，其中土壤pH在2.5∶1的水土比下采用復(fù)合電極測(cè)定；SOM采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定；TN 采用半微量開(kāi)氏法測(cè)定；TP 采用HClO4-H2SO4消煮-鉬銻抗比色法測(cè)定；AP 采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定；硝態(tài)氮和銨態(tài)氮經(jīng)0.01 mol·L-1CaCl2浸提后使用連續(xù)流動(dòng)分析儀（AA3，SEAL Analytical，Ger?many）測(cè)定；將土壤樣品于105 ℃下烘干至恒質(zhì)量，采用重量法測(cè)定土壤含水量（WCS）。小麥田和玉米田土壤理化性質(zhì)見(jiàn)表2。

1.4 高通量測(cè)序及生物信息學(xué)分析

采用Fast DNA?Spin Kit for Soil（MP Biomedicals，U.S.A）提取土壤DNA，經(jīng)1%的瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)DNA 質(zhì)量后，使用 NanoDrop2000 測(cè)定 DNA 濃度和純度。采用引物 338F（5′-ACTCCTACGGGAGGCAG?CAG-3′）和 806R（5′-GGACTACHVGGGTWTCTA?AT-3′）擴(kuò)增細(xì)菌 16S rRNA 基因的 V3～V4 高變區(qū)序列[29]，PCR 條件如下：95 ℃預(yù)變性 3 min，27 個(gè)循環(huán)（95 ℃變性30 s，55 ℃退火 30 s，72 ℃延伸45 s），然后72 ℃穩(wěn)定延伸10 min。PCR 反應(yīng)體系包括：5×Trans?Start FastPfu 緩沖液 4 μL，2.5 mmol·L-1dNTPs 2 μL，上下游引物（5 μmol·L-1）各0.8 μL，TransStart FastPfu DNA 聚合酶 1.0 U，模板 DNA 10 ng，加 ddH2O 補(bǔ)足至20μL。高通量測(cè)序委托上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司在Illumina MiSeq平臺(tái)上完成。使用Trimmomatic軟件對(duì)原始測(cè)序序列進(jìn)行質(zhì)控，并使用FLASH 軟件進(jìn)行拼接。拼接時(shí)堿基重疊數(shù)不得少于20 個(gè)，設(shè)置50 bp的窗口。根據(jù)PE 序列之間的重疊關(guān)系，將成對(duì)序列拼接成一條序列，最小重疊長(zhǎng)度為10 bp。拼接序列的重疊區(qū)允許的最大錯(cuò)配比率為0.2。根據(jù)序列首尾兩端的條形碼和引物區(qū)分樣品，并調(diào)整序列方向，條形碼允許的錯(cuò)配數(shù)為0，最大引物錯(cuò)配數(shù)為2[30]。使用UPARSE 軟件，根據(jù)97%的相似度將高質(zhì)量的核酸序列聚類(lèi)到操作分類(lèi)單元（OTUs）并剔除嵌合體[31]。利用RDP classifier 對(duì)每條序列進(jìn)行物種分類(lèi)注釋?zhuān)O(shè)置比對(duì)閾值為70%。

表1 各試驗(yàn)小區(qū)總施肥量Table 1 Fertilizer application rate in trail plots

表2 不同施肥處理土壤理化性質(zhì)Table 2 Physical and chemical properties of soil under different fertilization treatments

1.5 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS 23.0 對(duì)細(xì)菌氮循環(huán)功能基因與土壤理化性質(zhì)進(jìn)行皮爾遜（Pearson）相關(guān)性分析，并利用單因素方差分析（One-way ANOVA）中的Tukey′s 方法對(duì)不同處理的土壤理化性質(zhì)進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)。使用Origin 2018 繪制細(xì)菌氮循環(huán)功能基因豐度差異圖，使用STAMP軟件并采用Welch′s-test方法比較不同處理間細(xì)菌二級(jí)功能分類(lèi)和三級(jí)功能分類(lèi)中存在顯著差異的功能豐度。

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤細(xì)菌功能分類(lèi)

基于KEGG 數(shù)據(jù)對(duì)比樣品中的細(xì)菌二級(jí)功能分類(lèi)，NPKS、NPKO 與NPK 處理間存在顯著差異的小麥土壤細(xì)菌功能豐度見(jiàn)圖1。與NPK 處理相比，NPKS處理中排泄系統(tǒng)的相對(duì)豐度顯著升高，升高幅度達(dá)到8.73%，而NPKO 處理中輔酶和維生素代謝的相對(duì)豐度顯著降低，降低幅度達(dá)到0.90%。NPKS、NPKO 與NPK處理間玉米土壤細(xì)菌的功能豐度差異均不顯著。

根據(jù)細(xì)菌三級(jí)功能分類(lèi)，小麥土壤和玉米土壤NPKS、NPKO 與NPK 處理間相對(duì)豐度存在顯著差異的細(xì)菌代謝功能見(jiàn)圖2。從整體來(lái)看，NPKS 和NPK處理中，小麥土壤細(xì)菌氨基酸糖與核苷酸糖代謝（Amino sugar and nucleotide sugar metabolism）的相對(duì)豐度比其他代謝功能更大，其次是丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代謝（Alanine，aspartate and glutamate metab?olism）、硫胺素代謝（Thiamine metabolism）、脂多糖生物合成（Lipopolysaccharide biosynthesis）、核黃素代謝（Riboflavin metabolism）和長(zhǎng)壽調(diào)節(jié)途徑（Longevity regulating pathway-worm），這些功能的相對(duì)豐度均表現(xiàn)出NPKS 處理顯著低于NPK 處理。與NPK 處理相比，NPKO 處理顯著降低了Cell cycle-Caulobacter 所占的相對(duì)豐度，但顯著提高了堿基切除修復(fù)（Base excision repair）所占的相對(duì)豐度。NPKO 處理中的硫胺素代謝和核黃素代謝所占的相對(duì)豐度均顯著低于NPK處理。對(duì)于玉米土壤細(xì)菌，Glioma和神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素信號(hào)通路（Neurotrophin signaling pathway）在 NPK 處理中的相對(duì)豐度顯著高于NPKS 處理，而突觸囊泡循環(huán)（Synaptic vesicle cycle）表現(xiàn)相反；甲烷代謝（Meth?ane metabolism）在 NPK 和 NPKO 處理中存在顯著差異。小麥季有機(jī)添加處理與無(wú)機(jī)處理下相對(duì)豐度具有顯著差異的土壤細(xì)菌三級(jí)功能分類(lèi)中的代謝功能個(gè)數(shù)（NPK 與 NPKS 處理對(duì)比為 12 個(gè)，NPK 與 NPKO處理對(duì)比為10 個(gè)）多于玉米季（NPK 與NPKS 處理對(duì)比為 3 個(gè)，NPK 與 NPKO 處理對(duì)比為 1 個(gè)），表明有機(jī)添加對(duì)細(xì)菌代謝功能的影響在小麥土壤中發(fā)揮的作用更加復(fù)雜，這可能受兩個(gè)取樣時(shí)間的土壤理化性質(zhì)不同所影響。這與先前的報(bào)道中小麥田土壤理化性質(zhì)與土壤微生物群落之間的相關(guān)性強(qiáng)于玉米田相一致[20]。此外，有機(jī)肥于冬小麥種植時(shí)施入農(nóng)田，且整個(gè)輪作體系下僅施入一次，冬小麥的生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)且需越冬，氣候變化強(qiáng)烈；而夏玉米的生長(zhǎng)周期較短且氣候炎熱，降水量高。推測(cè)認(rèn)為有機(jī)肥和氣候條件差異同樣可能造成細(xì)菌代謝功能的改變。

2.2 土壤細(xì)菌氮循環(huán)

進(jìn)一步研究有機(jī)-無(wú)機(jī)肥配施下麥玉輪作田細(xì)菌參與氮循環(huán)途徑（K00910）的基因差異。根據(jù)氮循環(huán)中氮價(jià)位的變化，將氮循環(huán)過(guò)程分為5 個(gè)階段，分別是氮異化還原、氮同化還原、反硝化作用、固氮作用和硝化作用。氮異化還原過(guò)程由nirB、nirD、narL、nrfA和nrfH基因參與完成，氮同化還原過(guò)程由nasA、narB、nasB和nirA基因參與完成，反硝化作用由nirK、norB、norC、narG、narH、napA、napB、nosZ和nirS基因參與完成，固氮作用由nifD、nifH、anfG和nifK基因參與完成，硝化作用由hao、pmoA-amoA、pmoB-amoB和pmoC-amoC基因參與完成。

小麥和玉米土壤細(xì)菌氮循環(huán)相關(guān)基因的豐度變化如圖3 所示。從整體來(lái)看，小麥和玉米土壤細(xì)菌的氮異化還原和氮同化還原潛力最高，反硝化潛力和固氮潛力次之，硝化潛力最弱。在小麥土壤細(xì)菌氮異化還原過(guò)程中，亞硝酸鹽還原酶nirD基因最為豐富，NPK 和 NPKO 處 理 中nirD基 因 豐度高 于 NPKS 處理 ；其次是亞硝酸鹽還原酶基因nirB和硝酸鹽還原酶基因narL，NPKS 和 NPKO 處理中nirB和narL基因豐度高于NPK 處理；異化還原酶基因nrfA和nrfH所含基因豐度較低。氮同化還原過(guò)程中，硝酸鹽還原酶基因nasA和nasB豐度高于narB和nirA，nasA和nasB基因豐度大小均表現(xiàn)為NPKO＞NPKS＞NPK。反硝化過(guò)程中，亞硝酸還原酶基因nirK、narH和硝酸還原酶基因narG豐度較高，大小同樣表現(xiàn)為NPKO＞NPKS＞NPK；其次是一氧化氮還原酶基因norB和氧化亞氮還原酶的編碼基因nosZ；豐度較低的基因是亞硝酸鹽還原酶基因norC、異化還原酶基因napA和napB。固氮酶基因nifD、nifH和nifK在固氮作用中豐度較低。硝化作用基因hao、pmoA-amoA、pmoB-amoB和pmoC-amoC明顯低于其他過(guò)程氮循環(huán)相關(guān)基因。玉米土壤細(xì)菌氮循環(huán)相關(guān)基因豐度高低整體上與小麥土壤細(xì)菌一致，但在各處理中的差異有所變化。氮異化還原過(guò)程中，NPK 處理中nirD基因豐度高于 NPKS 和 NPKO 處理，NPK 和 NPKO 處理中nirB和narL基因豐度高 于NPKS 處理。氮同化還原過(guò)程中，NPK 和NPKO 處理中nasA和nasB基因豐度高于NPKS 處理。反硝化過(guò)程中，NPK 和NPKO 處理中亞硝酸還原酶基因nirK、narH和硝酸還原酶基因narG豐度高于NPKS 處理。固氮酶基因nifD、nifH和nifK在 NPKS 處理中的豐度高于NPK和NPKO處理。

在小麥土壤細(xì)菌中，與單施化肥相比，配施秸稈和有機(jī)肥提高了反硝化基因豐度，這與前人的研究結(jié)果相一致[23，32]。反硝化微生物大多是異養(yǎng)微生物，有機(jī)物料可以為土壤提供更均衡和穩(wěn)定的營(yíng)養(yǎng)，促進(jìn)反硝化微生物的生長(zhǎng)繁殖[23]。盡管氮循環(huán)主要由土壤微生物驅(qū)動(dòng)，但是植物可以通過(guò)釋放根系分泌物來(lái)控制根際及其附近的微生物群體催化氮轉(zhuǎn)化[33]。根系分泌物主要對(duì)氮循環(huán)過(guò)程中的硝化作用和固氮作用起控制作用[34]。不同取樣時(shí)間，不同農(nóng)田種植作物，小麥和玉米根際分泌物可能成為影響氮循環(huán)功能基因豐度變化的制約因素之一。例如，小麥根系分泌物可以釋放生物硝化抑制劑來(lái)控制土壤硝化作用[35]，但在玉米根系中并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)生物硝化抑制作用[36]。此外，有報(bào)道表明高溫條件下，一些生態(tài)系統(tǒng)的根系分泌物增強(qiáng)，這可能導(dǎo)致與土壤有機(jī)質(zhì)分解和根際氮周轉(zhuǎn)相關(guān)的微生物活動(dòng)加速[37]。因此，小麥和玉米生長(zhǎng)季所面臨的氣候差異也可能導(dǎo)致根系分泌物對(duì)氮循環(huán)的影響發(fā)生變化。在未來(lái)的研究中，可以建立“植物-土壤-微生物”有機(jī)串聯(lián)與協(xié)調(diào)統(tǒng)一機(jī)制，構(gòu)建土壤氮循環(huán)網(wǎng)絡(luò)體系。

2.3 土壤細(xì)菌氮循環(huán)功能基因與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性

由土壤細(xì)菌氮循環(huán)功能基因豐度與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性分析可知，與小麥土壤細(xì)菌氮循環(huán)功能基因關(guān)系最為密切的土壤理化性質(zhì)為SOM、TN和（表3），玉米土壤細(xì)菌氮循環(huán)功能基因與土壤TN 和TP 相關(guān)性最為顯著（表4）。在小麥土壤細(xì)菌氮異化還原相關(guān)基因中，nirB和narL基因與土壤SOM 和TN呈顯著正相關(guān)，narL基因與土壤呈顯著負(fù)相關(guān)；氮同化還原相關(guān)基因中，nasA和narB基因與土壤SOM 呈顯著正相關(guān)，nasB基因與土壤TN 呈顯著正相關(guān)；反硝化作用相關(guān)基因中，nirK、norB、norC、narG和narH基因均與土壤SOM 呈顯著正相關(guān)，nirK基因還與土壤呈顯著負(fù)相關(guān)，narG和narH基因還與土壤TN呈顯著正相關(guān)，與土壤呈顯著負(fù)相關(guān)；硝化作用中pmoC-amoC基因與土壤TN 呈顯著正相關(guān)，與呈顯著負(fù)相關(guān)。在玉米土壤細(xì)菌氮異化還原相關(guān)基因中，nirB基因與土壤TP 呈顯著正相關(guān)，narL基因與土壤 TN 和 TP 呈顯著正相關(guān)，nrfH基因與土壤pH 呈顯著負(fù)相關(guān)；氮同化還原相關(guān)基因中，nasA、narB和nasB基因與土壤 TN 和 TP 呈顯著正相關(guān)；反硝化作用相關(guān)基因中，nirK基因與土壤TP 呈顯著正相關(guān)，narG和narH基因與土壤 TN 和 TP 呈顯著正相關(guān)；硝化作用相關(guān)基因均與土壤TP 呈顯著正相關(guān)。土壤細(xì)菌氮循環(huán)功能基因豐度與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性表明氮循環(huán)過(guò)程受多種氮循環(huán)途徑調(diào)控，土壤SOM、TN 和TP 促進(jìn)氮循環(huán)過(guò)程，而對(duì)氮循環(huán)過(guò)程產(chǎn)生負(fù)面影響。

土壤有機(jī)質(zhì)和氮含量對(duì)調(diào)節(jié)土壤氮循環(huán)發(fā)揮著重要作用[38]。研究表明，土壤有機(jī)碳是影響反硝化作用的重要因素[39]，土壤有機(jī)質(zhì)提升顯著提高了反硝化過(guò)程還原酶功能基因nar、nir和nor的豐度[40]。郭安寧等[41]的研究發(fā)現(xiàn)土壤硝化作用與含量呈顯著負(fù)相關(guān)，廖李容等[42]的研究發(fā)現(xiàn)，narG基因豐度與含量呈顯著負(fù)相關(guān)，這與本研究小麥季的結(jié)果相一致。土壤C、N、P 等養(yǎng)分供應(yīng)及其理化指標(biāo)可以通過(guò)改變氮循環(huán)功能基因的豐度來(lái)影響土壤氮循環(huán)過(guò)程[23]。小麥和玉米土壤細(xì)菌所表現(xiàn)的相關(guān)性差異表明影響氮循環(huán)功能基因豐度的理化性質(zhì)并非唯一且不固定，季節(jié)動(dòng)態(tài)性變化和施肥方式不同可能會(huì)造成時(shí)間變異性和環(huán)境差異性。輪作體系下不同作物類(lèi)型會(huì)導(dǎo)致土壤微環(huán)境的改變，進(jìn)而影響土壤氮循環(huán)功能微生物群落[38，43]。小麥的須根在其生長(zhǎng)階段可以釋放豐富的分泌物，為功能微生物提供內(nèi)源性碳源[44]，推測(cè)玉米的須根同樣可以通過(guò)釋放分泌物來(lái)為氮循環(huán)微生物提供內(nèi)源性碳源。

3 結(jié)論

（1）小麥和玉米土壤細(xì)菌具有功能上的多樣性，有機(jī)-無(wú)機(jī)肥配施在小麥土壤細(xì)菌發(fā)揮的代謝作用中更為強(qiáng)烈。

表3 細(xì)菌氮循環(huán)功能基因與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)系數(shù)（小麥土壤）Table 3 Correlation coefficients between bacterial nitrogen cycling function genes and soil physical and chemical properties（Wheat soil）

表4 細(xì)菌氮循環(huán)功能基因與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)系數(shù)（玉米土壤）Table 4 Correlation coefficients between bacterial nitrogen cycling function genes and soil physical and chemical properties（Maize soil）

（2）小麥和玉米土壤細(xì)菌的氮異化還原和氮同化還原潛力最高，反硝化潛力和固氮潛力次之，硝化潛力最弱。其中，氮異化還原過(guò)程中nirD和nirB基因，氮同化還原過(guò)程中nasA基因，反硝化過(guò)程中nirK、narH和narG基因相對(duì)豐富。

（3）土壤細(xì)菌氮循環(huán)功能基因受輪作體系影響，SOM 和TN 促進(jìn)小麥土壤氮循環(huán)過(guò)程，而抑制氮循環(huán)過(guò)程；TN 和TP 在玉米土壤細(xì)菌氮循環(huán)過(guò)程中發(fā)揮積極作用。