茶園長期施肥影響土壤氮素循環研究取得新進展
施用氮肥是生產上提高茶葉產量與改善品質的重要措施，但過量施氮不僅造成肥料浪費，還會加劇土壤酸化。硝化和反硝化作用是驅動土壤氮循環的核心生物化學過程，未被茶樹吸收利用的氮素在硝化-反硝化作用下以硝酸鹽、N2O、N2形態經徑流、淋溶、氣體排放等多種途徑進入水體或大氣環境，容易引發富營養化、氣候變暖等生態問題（圖1）。長期以來，經典土壤學理論多基于偏中性的溫帶土壤研究，而對在我國亞熱帶地區廣泛分布的酸性茶園土壤中的硝化-反硝化過程的理解并不清晰。
為了明確茶園土壤氮素循環如何響應長期施肥的機制，茶樹營養與養分管理創新團隊在野外長期定位試驗基礎上，通過化學抑制，結合熒光定量PCR和土壤宏基因組等技術，研究了茶園土壤硝化-反硝化作用及其關聯微生物群落對長期不同施氮水平的響應特征，并從微觀角度對其影響機制進行解析。研究結果證實強酸性的茶園土壤可以保持較強的硝化強度，增加氮肥用量能顯著增強土壤硝化潛勢（圖2）。此外，通過測定控制土壤硝化作用快慢的“氨氧化”步驟的兩個關鍵微生物，氨氧化古菌（AOA）和氨氧化細菌（AOB）的相對貢獻，發現隨著氮肥用量增加，氨氧化步驟逐漸從AOA驅動轉變到AOB驅動，即外源氮素（氮肥）會刺激AOB驅動的氨氧化過程（圖2）。長期施氮顯著增強了反硝化活性，茶園土壤反硝化作用潛勢與氮肥用量顯著正相關（圖3A）。參與土壤反硝化過程的相關功能基因（narG、nirK、norB和nosZ）的豐度（圖3B），及關聯微生物群落的種群豐度（圖4）也隨著氮肥用量增加得到顯著升高。
上述研究揭示出長期施氮條件下硝化反硝化作用底物供應的增強，誘導并正向調控關聯微生物群落及相關功能基因表達，是讓茶園土壤在酸化條件下繼續保持氮素快速周轉能力的重要機制。因此，對茶園土壤中的活性氮損失過程，如硝態氮淋溶、氧化亞氮（N2O）排放仍然需要保持高度關注。
研究結果先后發表在Environmental Research 和Science of the Total Environment上，我所楊向德博士為第一作者，馬立鋒和阮建云研究員為通訊作者。該研究得到了中國農業科學院創新工程、國家茶產業技術體系等項目的資助。
圖1 土壤氮循環主要過程
圖2 總硝化、自養硝化、OA和AOB驅動硝化速率對氮肥用量的響應特征及相對貢獻
圖3 施氮水平對土壤反硝化潛勢（A）及相應功能基因（B）豐度的影響
圖4 施氮水平對土壤反硝化關聯微生物群落組成及豐度的影響
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