生物有機(jī)肥減少菜地土壤N2O排放的潛力與機(jī)制

摘要：富含植物根際益生菌的生物有機(jī)肥替代礦質(zhì)氮肥作為改善土壤質(zhì)量和提高作物產(chǎn)量的有效措施被廣泛推廣。然而，目前尚缺乏生物有機(jī)肥對(duì)土壤氧化亞氮（N2O）排放影響的綜合評(píng)估。為了探究生物有機(jī)肥替代礦質(zhì)氮肥對(duì)土壤N2O排放的影響及潛在微生物驅(qū)動(dòng)機(jī)制，以菜地土壤為研究對(duì)象，通過室內(nèi)盆栽試驗(yàn)，采用靜態(tài)暗箱-氣相色譜法和Illumina高通量測(cè)序，研究不同施肥處理（常規(guī)施肥，CF；富含芽孢桿菌的生物有機(jī)肥，BOF；經(jīng)過γ射線滅菌的BOF，MBOF）下N2O排放特征、小白菜生物量、土壤理化性質(zhì)以及微生物群落結(jié)構(gòu)變化。結(jié)果表明，與CF處理相比，BOF可減少42.25%的N2O排放，同時(shí)增加15.52%的小白菜生物量。而與BOF處理相比，MBOF處理N2O累積排放量增加7.22%。生物有機(jī)肥替代礦質(zhì)氮肥降低了土壤NH+4 -N含量并提高了AOA-amoA 基因的豐度，BOF土壤中較低的NH+4 -N含量可能更有利于AOA主導(dǎo)氨氧化過程，導(dǎo)致單位N2O-N排放的減少。相關(guān)性分析結(jié)果表明，髕骨菌門（Patescibacteria）與N2O排放呈正相關(guān)，與nosZⅡ功能基因豐度呈負(fù)相關(guān)，BOF處理下N2O低排放可能與細(xì)菌共生網(wǎng)絡(luò)中以Patescibacteria為代表的關(guān)鍵物種豐度增加有關(guān)。此外，土壤芽孢桿菌豐度與（AOA+AOB+nirK+nirS）/nosZⅠ值呈負(fù)相關(guān)，BOF處理中較高豐度的芽孢桿菌可能通過改變氮循環(huán)功能基因的豐度降低硝化和反硝化過程的N2O/N2產(chǎn)物比。由此可見，生物有機(jī)肥替代礦質(zhì)氮肥是一種兼具增產(chǎn)和減少N2O排放的環(huán)境友好型施肥策略。

關(guān)鍵詞：生物有機(jī)肥；氧化亞氮；芽孢桿菌；溫室蔬菜；可持續(xù)發(fā)展

中圖分類號(hào)：X144；S141 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-6819（2025）02-0369-11 doi： 10.13254/j.jare.2024.0008

N2O不僅是一種強(qiáng)效的溫室氣體，還是平流層主要的臭氧消耗物質(zhì)，直接或者間接地導(dǎo)致全球氣候變化[1-2]。由于氮肥的大量施用，農(nóng)田土壤是N2O的主要人為排放源[3]。研究表明，為滿足社會(huì)巨大的糧食需求，到2050年全球氮肥使用量預(yù)計(jì)增加3倍，這將導(dǎo)致農(nóng)田土壤N2O排放量進(jìn)一步增加[4-5]。在過去的20年間，世界蔬菜產(chǎn)量增長(zhǎng)了65%[6]。我國(guó)作為蔬菜生產(chǎn)大國(guó)，蔬菜種植面積約為2.148 5×107 hm2，占總種植面積的12.83%[7]。由于種植密度高、高氮肥施用及頻繁灌溉的特點(diǎn)，其生產(chǎn)過程中往往出現(xiàn)氮肥利用率低、土壤酸化嚴(yán)重和高N2O排放的現(xiàn)象[8-10]。數(shù)據(jù)表明，氮肥施用導(dǎo)致的菜地土壤N2O 年排放量高達(dá)10.8 kg·hm-2（以N計(jì)）[11]。因此，蔬菜生產(chǎn)過程中N2O的減排是我國(guó)乃至世界的一項(xiàng)重要且緊迫的任務(wù)。

有機(jī)肥替代化肥是改善土壤質(zhì)量、保護(hù)環(huán)境以及實(shí)現(xiàn)我國(guó)化肥零增長(zhǎng)目標(biāo)的重要舉措。集約化蔬菜種植過程中，有機(jī)肥替代化肥不僅可以緩解土壤退化，提升作物產(chǎn)量，還可以減少面源污染和保護(hù)生態(tài)環(huán)境[12]。2017年農(nóng)業(yè)部印發(fā)了《開展果菜茶有機(jī)肥替代化肥行動(dòng)方案》，促進(jìn)了有機(jī)肥替代化肥在集約化蔬菜種植過程的推進(jìn)。土壤接種植物促生菌（PGPMs）可以改善土壤理化性狀、提高微生物群落多樣性并改變?nèi)郝浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)土壤生物功能和植物生長(zhǎng)具有關(guān)鍵作用[13]。此外，PGPMs不僅可通過優(yōu)化土壤微生物驅(qū)動(dòng)的養(yǎng)分循環(huán)，改變氮循環(huán)功能微生物的群落結(jié)構(gòu)進(jìn)而影響土壤N2O 的排放強(qiáng)度。例如，Huang等[14]研究發(fā)現(xiàn)菜地土壤中接種芽孢桿菌SQR9后可以通過抑制真菌反硝化過程減少N2O排放，而且還可通過提高土壤nosZ基因的豐度促進(jìn)N2O還原為N2，降低N2O 的排放強(qiáng)度[15]。然而，菜地土壤中直接接種PGPMs可能存在有益菌株存活率低和時(shí)間不持久的缺點(diǎn)[16]。有機(jī)肥接種PGPMs制備成商品化的生物有機(jī)肥，其結(jié)合了植物促生菌和有機(jī)基質(zhì)的雙優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于菜地土壤。以往關(guān)于生物有機(jī)肥替代化肥的研究大多集中在其對(duì)菜地土壤改良、群落結(jié)構(gòu)優(yōu)化和作物產(chǎn)量的影響[17-23]，而其對(duì)農(nóng)田土壤N2O減排潛力及其潛在微生物驅(qū)動(dòng)機(jī)制尚未系統(tǒng)揭示。

因此本研究以集約化菜地土壤為研究對(duì)象，通過室內(nèi)盆栽試驗(yàn)，采用靜態(tài)暗箱-氣相色譜法和Illumina高通量測(cè)序技術(shù)，探究生物有機(jī)肥替代化肥對(duì)菜地土壤N2O的減排潛力及其微生物驅(qū)動(dòng)機(jī)制，以期為生物有機(jī)肥的合理施用提供數(shù)據(jù)參考和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于江蘇省興化市郊區(qū)的溫室蔬菜農(nóng)場(chǎng)（32°51′N，119°52′E），試驗(yàn)點(diǎn)已連續(xù)種植蔬菜12年，當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥類型為復(fù)合肥。研究區(qū)屬于北亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫和降雨量分別為14.5 ℃和1 040 mm。試驗(yàn)點(diǎn)土壤為沖積土[24]，其基本理化性質(zhì)為：pH 6.54（土水比1∶2.5），有機(jī)碳28.3 g·kg-1，總氮1.75 g·kg-1，土壤容重1.23 g·cm-3。

1.2 盆栽試驗(yàn)

2022年3月31號(hào)從田間采集土壤作為盆栽試驗(yàn)供試土，盆栽試驗(yàn)于2022年4月30日至6月8日在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的溫室（25～28 ℃）中開展試驗(yàn)。試驗(yàn)共設(shè)置3個(gè)處理：CF（復(fù)合肥，N、P2O5、K2O的比例為15∶15∶15）、BOF（富含芽孢桿菌的生物有機(jī)肥，每克干質(zhì)量生物有機(jī)肥芽孢桿菌含量為108 CFU）和MBOF（γ射線滅菌的BOF），每個(gè)處理設(shè)置10次重復(fù)，其中5個(gè)重復(fù)用于收集氣體，另外5 個(gè)重復(fù)用于采集土壤樣品。每個(gè)樣品稱取0.9 kg的風(fēng)干土置于聚丙烯容器內(nèi)（直徑11 cm，高13 cm），分別將0.6 g商品復(fù)合肥、3.6 g 生物有機(jī)肥和3.6 g 滅菌的生物有機(jī)肥與CF、BOF和MBOF處理的土壤均勻混合，以保證每個(gè)樣品氮的添加量保持一致，并用化學(xué)磷鉀補(bǔ)充BOF 和MBOF處理的磷鉀含量。盆栽種植作物為小白菜，為研究區(qū)較為常見的栽培蔬菜。移栽小白菜之前，將種子用3% H2O2浸泡，然后將種子置于生物質(zhì)中于25 ℃條件下培養(yǎng)發(fā)芽，每盆均勻地移栽4棵小白菜。生物有機(jī)肥是由牛糞和芽孢桿菌發(fā)酵制成，基本性質(zhì)為pH 6.12、總氮2.8%、C/N 10.4。MBOF 處理的生物有機(jī)肥由南京喜悅科技股份有限公司負(fù)責(zé)進(jìn)行低溫γ射線輻照滅菌（劑量為75 kg），滅菌率為99.9%。

1.3 氣體樣品采集與測(cè)定

利用靜態(tài)暗箱法[25]在移植后的第1、2、4、7、11、17、24、31、40 天對(duì)N2O 排放通量進(jìn)行采集。采氣前用直徑14 cm、高20 cm 的不透明暗箱罩住聚丙烯容器，并在暗箱與聚丙烯容器結(jié)合處涂抹凡士林以保證密封效果。用不透明暗箱罩住聚丙烯容器后，分別于初始時(shí)間和第2小時(shí)用體積為20 mL的塑料注射器收集兩份氣體。24 h內(nèi)用配有ECD電子捕獲檢測(cè)器的氣相色譜儀（安捷倫7890 A，美國(guó)）在330 ℃下測(cè)定N2O的濃度。

根據(jù)初始時(shí)間和第2 小時(shí)的N2O 濃度差計(jì)算各處理土壤樣品N2O通量。假設(shè)每日的通量恒定，利用梯形法估算各處理N2O的累積排放量[26]。土壤N2O排放通量計(jì)算公式如下：

1.4 土壤及植物樣品采集與測(cè)定

盆栽試驗(yàn)期的第7、17、40天分別采集土壤，通過2 mm的土篩去除可見的礫石和植物殘留物，一部分保存于4 ℃冰箱用于基本理化性質(zhì)的測(cè)定，另一部分保存于-80 ℃冰箱用于微生物指標(biāo)的分析。

土壤NH+4 和NO-3 采用KCl浸提，濃度利用UV-VIS分光光度計(jì)（U-2900，Hitachi，日本）進(jìn)行測(cè)定；采用pH計(jì)測(cè)定pH值（土水比為1∶2.5）；通過超純水提取土壤可溶性有機(jī)碳（DOC），使用TOC分析儀（TOC-L，Shimadzu，日本）測(cè)定DOC濃度。培養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)束后，將植物樣品殺青烘干后測(cè)定干物質(zhì)量。

稱取0.25 g左右的土壤樣品，使用DNeasy PowerSoil Kit（Qiagen. Inc.，CA，美國(guó)）試劑盒進(jìn)行土壤DNA的提取。采用瓊脂糖凝膠電泳法、Nanodrop 2000 和Qubit 3.0 分光光度計(jì)分別測(cè)定基因組DNA 的完整性、濃度和純度。將提取好的DNA一部分用96孔板的StepOnePlusTM 實(shí)時(shí)熒光定量PCR 系統(tǒng)對(duì)AOAamoA、AOB-amoA、nirK、nirS、nosZⅠ和nosZⅡ 6個(gè)氮功能循環(huán)基因進(jìn)行定量PCR 測(cè)定[27]，另一部分DNA 送至廣州基迪奧生物科技有限公司，并通過IIIumina?MiSeq 進(jìn)行基因測(cè)序，原始序列數(shù)據(jù)已上傳至NCBI SRA數(shù)據(jù)庫(kù)，登錄號(hào)為PRJNA916198。

1.5 數(shù)據(jù)分析

通過SPSS 21.0軟件進(jìn)行單因素方差分析。使用R語(yǔ)言（R version 4.2.1）中的vegan包進(jìn)行冗余分析和非度量多維尺度分析。相關(guān)性分析使用R語(yǔ)言中的psych 包?；贗llumina 測(cè)序數(shù)據(jù)，使用R 語(yǔ)言中的Hmisc 包進(jìn)行共生網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，同時(shí)利用Gephi 軟件（0.9.2/0.10.0）構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。隨機(jī)森林模型分析和微生物群落結(jié)構(gòu)組成分別使用了R語(yǔ)言中的random?Forest和reshape2包。

2 結(jié)果與分析

2.1 N2O排放通量和蔬菜生物量

整個(gè)盆栽試驗(yàn)期間，BOF處理的N2O排放通量低于CF處理（圖1a），所有處理N2O累積排放量范圍為125.84～217.89 mg·m-2（圖1b）。與CF處理相比，BOF處理N2O累積排放量顯著減少42.25%（Plt;0.05）。而與BOF處理相比，MBOF處理N2O累積排放量增加了7.22%（圖1b）。BOF 處理下小白菜的生物量相較于CF和MBOF處理分別提高了15.52%、13.81%（圖1c）。

2.2 土壤化學(xué)性質(zhì)

與CF處理相比，BOF和MBOF處理在第40天降低了土壤NO-3 -N含量（圖2a），同時(shí)均降低了土壤NH+4 -N含量（圖2b），且在第17天和40天達(dá)到顯著差異水平（Plt;0.05）。BOF 和MBOF 較CF 處理均提升了土壤DOC含量，其中BOF處理在第7天與CF處理之間達(dá)到顯著差異水平（圖2c，Plt;0.05）。此外，BOF 和MBOF相較于CF處理分別在第7天和第40天顯著提高了土壤pH（圖2d，Plt;0.05），而BOF和MBOF處理之間土壤化學(xué)性質(zhì)無(wú)顯著差異。N2O排放與土壤化學(xué)性質(zhì)之間的相關(guān)性分析結(jié)果（圖3）表明，N2O 排放通量與土壤NH+4 -N、DOC 和pH 呈極顯著正相關(guān)（Plt;0.01），而與土壤NO-3 -N含量無(wú)顯著相關(guān)性。

2.3 土壤氮循環(huán)功能基因豐度、微生物群落多樣性和組成

如圖4所示，與CF處理相比，BOF處理在第17天和第40天顯著提升了AOA基因豐度，在第7天顯著提升了AOB基因豐度，在第17天顯著提升了nosZⅠ基因豐度（Plt;0.05）。與BOF處理相比，MBOF處理分別在第7天和第40天顯著降低了nirK 和nirS 基因豐度，且在第17天和第40天顯著降低了nosZⅡ基因豐度（Plt;0.05）。

通過非度量多維尺度分析（NMDS）發(fā)現(xiàn)，各處理之間的微生物群落結(jié)構(gòu)存在顯著差異（圖5a，stress=0.07，Plt;0.01）。與CF 處理相比，BOF 處理在第40天顯著提高了細(xì)菌群落的豐富度（圖5b，Plt;0.05）。通過冗余分析（RDA）發(fā)現(xiàn)，土壤pH和NH+4 -N含量是影響微生物群落分布的主要因子（圖5c）。所有處理土壤細(xì)菌群落組成以厚壁菌門（Firmicutes）、放線菌門（Actinobacteria）、變形菌門（Proteobacteria）、綠彎菌門（Chloroflexi）、髕骨菌門（Patescibacteria）和浮霉菌門（Planctomycetes）為主，占所有群落組成的80% 以上（圖5d）。

2.4 土壤N2O 排放與細(xì)菌共生網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵物種之間的關(guān)系

與CF處理相比，BOF處理下的細(xì)菌共生網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)、平均路徑長(zhǎng)度和模塊化較高，而邊數(shù)和平均聚類系數(shù)較低（表1）。與BOF處理相比，MBOF處理提高了細(xì)菌共生網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)、平均路徑長(zhǎng)度和模塊化，但降低了邊數(shù)和平均聚類系數(shù)。將不同處理細(xì)菌共生網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模塊化分析后得到了6 個(gè)模塊（圖6a～6c）。隨機(jī)森林模型結(jié)果表明，模塊4、3和6顯著影響了N2O 排放（圖6d，R2=0.40，Plt;0.01），并且不同施肥方式影響了模塊4、3和6中物種的相對(duì)豐度，其中，模塊3和4各處理中物種相對(duì)豐度呈顯著差異（圖6e，Plt;0.05）。模塊4、3和6中所包含的共有關(guān)鍵物種是：厚壁菌門（Firmicutes）、放線菌門（Actinobacteria）、酸桿菌門（Acidobacteria）、藍(lán)藻門（Cyanobacteria）、變形菌門（Proteobacteria）、綠彎菌門（Chloroflexi）、髕骨菌門（Patescibacteria）和浮霉菌門（Planctomycetes）（圖7f）。

2.5 關(guān)鍵物種髕骨菌門（Patescibacteria）和芽孢桿菌（Bacillus）與N2O排放之間的關(guān)系

皮爾森（Pearson）相關(guān)性分析結(jié)果表明，細(xì)菌共生網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵物種Patescibacteria 的相對(duì)豐度與土壤N2O排放通量呈顯著負(fù)相關(guān)（圖7a，r=-0.88，Plt;0.01），與nosZⅡ基因豐度呈顯著正相關(guān)（圖7c，r=0.79，Plt;0.01）。與CF處理相比，BOF處理在第7、17天和第40天均提高了Patescibacteria 的相對(duì)豐度（圖7b）。此外，隨機(jī)森林模型分析結(jié)果表明，NH+4 -N含量和pH是影響土壤中Bacillus 豐度的關(guān)鍵因子（圖7d）。BOF處理在第17天和第40天提高了土壤中Bacillus 的相對(duì)豐度（圖7e），且土壤中Bacillus 的相對(duì)豐度與（AOA+AOB+nirK+nirS）/nosZⅠ值呈顯著負(fù)相關(guān)（圖7f，r=-0.53，Plt;0.05）。

3 討論

3.1 生物有機(jī)肥對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)、氮循環(huán)功能基因豐度、微生物群落特征和小白菜生物量的影響

生物有機(jī)肥與礦質(zhì)氮肥相比，具有調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分供應(yīng)并提高氮利用率的優(yōu)勢(shì)[23]。本研究中，與CF處理相比，BOF 處理土壤中的NH+4 -N 含量在整個(gè)盆栽生育期內(nèi)一直處于較低水平（圖2b），這可能與生物有機(jī)肥促進(jìn)了小白菜對(duì)NH+4 -N的吸收，提高了小白菜的生物量，導(dǎo)致土壤中氮底物含量降低有關(guān)。整個(gè)盆栽試驗(yàn)期間，BOF處理的土壤DOC含量高于CF處理（圖2c）。研究表明，生物有機(jī)肥能改善土壤活性碳庫(kù)狀況，具體表現(xiàn)為：相較于單施化肥，施用生物有機(jī)肥可提升土壤中易氧化有機(jī)碳（ROC）、DOC以及微生物量碳（MBC）的含量[28]。一方面，生物有機(jī)肥本身的高含碳量會(huì)提高土壤中有效碳含量；另一方面生物有機(jī)肥可以促進(jìn)植物根系生長(zhǎng)，通過介導(dǎo)根系分泌物的量提高土壤中DOC含量[29]。此外，與CF處理相比，BOF 處理在第7 天和第40 天均顯著提高了土壤pH（圖2d），這與前人的研究結(jié)果一致，即生物有機(jī)肥可以通過緩沖土壤中碳酸氫鹽和有機(jī)酸從而提高土壤pH[20]。

生物有機(jī)肥施用不僅能改變土壤化學(xué)性質(zhì)，還能顯著影響土壤氮循環(huán)功能基因豐度和微生物群落特征[19，23]。本研究中，相比礦質(zhì)氮肥，生物有機(jī)肥不僅提高了AOA基因的豐度，同時(shí)在第40天提高了nirK和nosZⅡ基因豐度（圖4）。首先，生物有機(jī)肥可以通過改變微生物的群落組成影響氮循環(huán)功能基因的豐度。本研究結(jié)果表明，生物有機(jī)肥通過改變土壤微環(huán)境，特別是土壤pH和NH+4 -N含量等，顯著影響了細(xì)菌的豐富度和群落組成。其次，生物有機(jī)肥中Bacillus可以通過合作或競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系與氮循環(huán)功能基因發(fā)生互作，進(jìn)而影響氮循環(huán)功能基因的豐度[22]。

3.2 生物有機(jī)肥替代礦質(zhì)氮肥通過影響土壤理化性質(zhì)實(shí)現(xiàn)N2O減排

中國(guó)期刊網(wǎng)和SCI數(shù)據(jù)庫(kù)檢索結(jié)果表明，生物有機(jī)肥替代礦質(zhì)氮肥對(duì)N2O排放的減排效率為7.85%～94.46%，作物的增產(chǎn)率為4.02%～51.04%，并且其減排和增產(chǎn)效果因有機(jī)肥類型、接種的有益微生物種類、施氮量和土壤性質(zhì)等因素的不同表現(xiàn)出明顯差異[17-23]（表2）。本研究中，與礦質(zhì)氮肥處理相比，生物有機(jī)肥的施用對(duì)N2O 減排潛力可達(dá)42.25%，增產(chǎn)效果為15.52%，這與先前的研究結(jié)果一致[20，23]。本研究中，不同施肥模式對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響可能是引起減排增產(chǎn)效果的主要原因之一。相關(guān)性分析結(jié)果表明，N2O排放通量與土壤NH+4 -N、DOC以及pH呈極顯著正相關(guān)（圖3，Plt;0.01）。與CF處理相比，BOF處理中較低的NH+4 -N含量為硝化過程中提供了較少的反應(yīng)底物，從而導(dǎo)致N2O 排放量降低[23]。低pH 環(huán)境下的N2O還原酶nosZ 基因的活性會(huì)受到抑制，使得反硝化過程中N2O/N2產(chǎn)物比增加[30]。BOF處理下較低的土壤N2O排放可能是由于pH的提高降低了反硝化過程中N2O/N2產(chǎn)物比[31]。此外，整個(gè)生育期內(nèi)BOF處理中DOC含量一直高于CF處理（圖2c），而土壤中碳底物含量的增加通常會(huì)導(dǎo)致異養(yǎng)微生物的呼吸作用增強(qiáng)，并為反硝化細(xì)菌提供電子，促進(jìn)完全反硝化過程的進(jìn)行[32]，進(jìn)而減少N2O排放。

3.3 生物有機(jī)肥替代礦質(zhì)氮肥通過影響氮循環(huán)功能基因豐度實(shí)現(xiàn)N2O減排

據(jù)先前研究報(bào)道，當(dāng)氨氧化細(xì)菌（AOB）和古細(xì)菌（AOA）都對(duì)土壤N2O 排放有貢獻(xiàn)時(shí)，由AOA 主導(dǎo)的氨氧化過程導(dǎo)致的N2O排放較低，且AOA在低NH+4 -N含量下更具有優(yōu)勢(shì)[33]。本研究中，整個(gè)盆栽生育期內(nèi)BOF 處理NH+4 -N 的含量均低于CF 處理，因此推斷BOF處理土壤較低的NH+4 -N含量環(huán)境條件可能更有利于AOA主導(dǎo)氨氧化過程，導(dǎo)致由單位NO-2 -N排放的N2O更低。BOF處理在生育期的第17天顯著提高了土壤中AOA的豐度也驗(yàn)證了此推測(cè)（圖4a）。與CF處理相比，生物有機(jī)肥還在第17天顯著提高了nosZⅠ功能基因的豐度，而nosZⅠ功能基因豐度的增加可以促進(jìn)細(xì)菌的完全反硝化過程，將N2O 進(jìn)一步還原為N2，從而減少N2O排放[34-35]。此外，生物有機(jī)肥在盆栽生育期內(nèi)的第17天還具有較低豐度的nirS，這將降低NO-2還原為NO的潛勢(shì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)N2O的減排[36]。

3.4 生物有機(jī)肥替代礦質(zhì)氮肥通過影響關(guān)鍵物種的豐度實(shí)現(xiàn)N2O減排

土壤微生物在N2O的產(chǎn)生和消耗過程中起著重要作用，其豐度和群落結(jié)構(gòu)的變化往往會(huì)影響N2O排放強(qiáng)度[37]。本研究的RDA結(jié)果表明，pH和NH+4 -N是影響各處理群落結(jié)構(gòu)變化的主要因子，這說明各處理通過肥料類型影響了土壤理化性質(zhì)、微生物群落結(jié)構(gòu)和豐度（圖5），導(dǎo)致了N2O排放的差異[38]。相關(guān)性分析結(jié)果表明，N2O 排放與細(xì)菌共生網(wǎng)絡(luò)中髕骨菌門（Patescibacteria）的豐度呈顯著負(fù)相關(guān)，而BOF 處理土壤中Patescibacteria在整個(gè)盆栽生育期的豐度較高（圖7）。據(jù)先前研究報(bào)道，Patescibacteria的豐度會(huì)受氮素水平的影響，具有參與土壤碳氮循環(huán)和改變土壤多功能性的作用[39]。因此，推測(cè)Patescibacteria 可能是導(dǎo)致生物有機(jī)肥處理N2O減排的關(guān)鍵物種。通過進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，Patescibacteria 相對(duì)豐度與nosZⅡ基因豐度呈顯著正相關(guān)（圖7c），這也從另一方面說明了Patescibacteria 可能參與了土壤氮循環(huán)過程，影響了nosZⅡ功能基因的表達(dá)，從而導(dǎo)致了N2O 的減排[23，39]。

先前研究報(bào)道，向土壤中接種芽孢桿菌（Bacillus）會(huì)導(dǎo)致N2O排放量的減少，且減排潛力取決于土壤性質(zhì)和接種劑量[14，40]。本研究中，pH 和NH+4 -N 是影響B(tài)acillus 豐度的重要因子（圖7），這說明不同施肥模式通過影響土壤基本性質(zhì)改變了土壤中Bacillus 的豐度。在盆栽生育期的第17天和第40天，BOF處理土壤中Bacillus 豐度一直高于CF和MBOF處理，較高豐度的Bacillus 可能會(huì)增加微生物對(duì)NH+4 -N的固定，從而降低土壤硝化和反硝化過程反應(yīng)底物的含量，最終導(dǎo)致BOF 處理N2O 排放降低[41]。此外，Bacillus 豐度與（AOA+AOB+nirK+nirS）/nosZⅠ值呈負(fù)相關(guān)，從另一方面說明了Bacillus 可能與氮循環(huán)功能基因產(chǎn)生了互作效應(yīng)，影響了N2O產(chǎn)生與消耗過程。

4 結(jié)論

（1）生物有機(jī)肥替代礦質(zhì)氮肥通過降低土壤NH+4 -N含量和提高pH、AOA-amoA 基因的豐度以及改變微生物群落結(jié)構(gòu)來(lái)減少菜地土壤N2O排放。

（2）細(xì)菌共生網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵物種Patescibacteria 相對(duì)豐度的改變以及生物有機(jī)肥中接種的Bacillus 是減少菜地土壤N2O排放的重要原因。

（3）生物有機(jī)肥替代礦質(zhì)氮肥是一種既能提高作物產(chǎn)量，又能減少菜地土壤N2O排放的環(huán)境友好型施肥策略。

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