适宜施氮量提高东北黑土非共生固氮速率和固氮菌丰度OA北大核心CSTPCD

【目的】非共生固氮是农田生态系统中氮素输入的重要途径之一,探明非共生固氮速率、固氮微生物丰度及其群落结构对施肥量的响应,为农业可持续生产提供施肥参考。【方法】试验地点位于东北黑土区,该地块自2012年起一直实行免耕及秸秆还田。田间试验设置6个施氮量处理:0、120、150、180、210、240 kg/hm^(2),分别记作N0、N120、N150、N180、N210、N240。玉米收获后,采集0—5、5—20 cm土层土壤样品,测定土壤pH和速效氮、磷、钾含量;采用乙炔还原法、定量PCR和高通量测序技术,分析土壤非共生固氮速率、固氮微生物丰度、群落结构多样性。【结果】不同施氮量下,土壤非共生固氮速率为C_(2)H_(4)0.26~0.63 nmol/(g·d),N150处理0—5和5—20 cm土层土壤非共生固氮速率均最高,分别为C_(2)H_(4) 0.53和0.63 nmol/(g·d);固氮酶基因nifH丰度范围为5.34×10^(6)~15.64×10^(6) copies/g,0—5和5—20 cm土层土壤nifH基因丰度的最大值也为N150处理,分别为15.64×10^(6)和8.74×10^(6) copies/g。主成分分析(PCoA)结果显示,不同施氮量之间固氮微生物群落结构存在显著差异。各施氮量处理土壤固氮菌群属水平以unclassified_o_Burkholderiales、unclassified_k_norank_d_Bacteria、Skermanella、Methylocystis为优势菌属。Spearman相关性分析结果表明,非共生固氮速率与土壤速效钾含量呈显著正相关,与pH呈负相关;nifH基因拷贝数与土壤速效钾含量呈显著正相关,与施氮量呈负相关。冗余分析显示,nifH群落结构与土壤pH及NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N、有机碳、全氮、有效磷、速效钾含量呈显著相关。【结论】在长期免耕和秸秆全量还田条件下,施用N150 kg/hm^(2)有利于增加土壤非共生固氮速率和固氮微生物丰度,丰富群落结构多样性,是该地区较为适宜的施氮量。