稻田不同轮作休耕模式下土壤反硝化功能基因群落结构

为了探索不同轮作休耕种植模式下稻田土壤氮素及相关微生物群落结构的变化，采用乙炔抑制法测定土壤反硝化潜势，利用高通量测序手段分析反硝化微生物群落多样性和组成，以传统种植模式紫云英-早稻-晚稻（A）为对照，比较分析4种轮作休耕种植模式：紫云英-早稻-玉米||甘薯（B）、油菜-甘蔗||春大豆（C）、紫云英-春大豆-秋大豆（D）和休耕（E）的土壤理化性状、土壤反硝化潜势及相关微生物组成变化。结果显示：4种轮作休耕模式的土壤反硝化潜势显著低于传统轮作模式，有效减少了土壤氮素气态损失；4种轮作休耕模式的nirK和nirS功能基因群落结构存在显著差异，其中nirK基因群落结构受轮作休耕模式的影响小于nirS功能基因；与传统种植模式相比，休耕模式更有利于nirS功能基因α多样性的积累；从nirS和nirK基因群落物种相对丰度来看，轮作休耕模式的优势物种丰度高于传统轮作模式，其中紫云英-早稻-玉米||甘薯（B）和休耕（E）的菌属丰度相对较高。并且影响反硝化潜势的关键菌属是大豆根瘤菌Bradythizobium（r² = 0.85，P <0.05）和unclassified_p_Proteobacteria（r² = 0.88，P <0.05）；相关性分析及冗余分析发现，pH、有效磷、速效钾、硝态氮（NO₃^--N）与反硝化潜势呈显著相关，而影响nirK和nirS功能基因群落结构的重要影响因子是含水率。结果表明：稻田适当采用水旱、旱旱轮作及休耕模式，会改变土壤的淹水环境，影响反硝化功能基因群落结构，有助于抑制土壤氮素的气态流失，促进土壤肥力提高及土壤结构改良，其中“紫云英-早稻-玉米||甘薯”和“休耕”种植模式效果最佳。