由中科院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所吳金水研究員領(lǐng)銜的農(nóng)業(yè)生態(tài)過程方向研究團(tuán)隊(duì)近日在磷元素計(jì)量學(xué)對(duì)缺磷水稻土氮循環(huán)基因的調(diào)控機(jī)理的研究中取得新進(jìn)展。
營養(yǎng)元素計(jì)量比（C:N:P）對(duì)生物代謝活動(dòng)的正常進(jìn)行和生態(tài)系統(tǒng)功能的維持有重要意義。與C:N相比，生命活動(dòng)和生態(tài)過程對(duì)N:P的波動(dòng)更加敏感，能夠適應(yīng)的N:P范圍小，靈活性差，P的可利用性可能高效調(diào)控著土壤微生物活性與豐度的動(dòng)態(tài)變化。然而迄今為止，P與其他元素的計(jì)量關(guān)系對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的影響仍少見報(bào)道。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，氮肥的大量投入導(dǎo)致日愈嚴(yán)重的N：P失衡，N：P計(jì)量學(xué)特征對(duì)微生物影響的研究對(duì)農(nóng)田施肥策略的合理制定有重要意義。
基于此，該團(tuán)隊(duì)采用Q-PCR技術(shù)，在干濕交替和持續(xù)淹水兩種稻田水分管理方式下，定量研究了水稻生長過程中氨氧化（amoA）和反硝化（narG, nirK, nirS, nosZ）過程關(guān)鍵功能基因豐度對(duì)P可利用水平的響應(yīng)。結(jié)果表明，氨氧化古菌對(duì)磷可利用性不敏感，施磷后氨氧化細(xì)菌豐度降低，但反硝化菌豐度顯著升高。施磷對(duì)氮循環(huán)功能微生物的影響與根際效應(yīng)有交互作用，缺磷條件下，非根際土氨氧化細(xì)菌豐度顯著高于根際，反硝化菌在根際和非根際的差異不大，施磷后根際氨氧化細(xì)菌豐度增大，反硝化菌豐度減小，導(dǎo)致氨氧化細(xì)菌豐度分布的根際效應(yīng)減弱，而反硝化菌豐度分布的根際效應(yīng)增強(qiáng)。通過C:P、N:P計(jì)量關(guān)系分析發(fā)現(xiàn)，這種變化主要是由水稻根際有機(jī)碳沉積和根系及微生物對(duì)氮、磷的吸收帶來的營養(yǎng)元素缺乏引起；與土壤中NH4-N、NO3-N的含量相比，N：P對(duì)反硝化功能基因豐度的關(guān)系更為密切。該研究證明，磷肥施用能夠提高缺磷水稻土的反硝化潛力，增加稻田氮損失，增大水稻生長過程中的氮磷共限制風(fēng)險(xiǎn)和溫室氣體（N2O）排放。因此在施肥方案制定過程中，應(yīng)充分考慮N、P對(duì)微生物的共同影響，以獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效應(yīng)。
該研究近期以Effect of P stoichiometry on the abundance of nitrogen-cycle genes in phosphorus-limited paddy soil為題，發(fā)表在Biology and Fertility of Soils上。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)項(xiàng)目和中科院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目的資助。
磷元素生態(tài)計(jì)量學(xué)對(duì)氮循環(huán)功能基因豐度的影響機(jī)制圖（上）及其結(jié)構(gòu)方程模型分析（下）