2023, Vol. 44
2. 绵阳师范学院资源环境工程学院, 绵阳 621000
2. College of Resources and Environmental Engineering, Mianyang Teachers' College, Mianyang 621000, China
反硝化作用作为生态系统氮流失和释放N2O的主要途径, 是指反硝化微生物在厌氧或微氧条件下将硝酸盐(NO3--N)中的氮通过一系列中间产物(NO2-、NO和N2O)还原为氮气(N2)的过程[1, 2].亚硝酸盐(NO2-)还原为一氧化氮(NO)的过程是反硝化作用中最重要的限速步骤, 主要由nirS型和nirK型亚硝酸盐还原酶功能基因所驱动[3, 4].同时, 氧化亚氮(N2O)还原为氮气(N2)的过程作为反硝化作用的最后一步, 主要由氧化亚氮还原酶的唯一功能基因nosZ驱动[3].施肥措施和环境因子(pH、NO3--N和水分等)决定着反硝化微生物的生态位分异[4, 5], 影响其群落丰度、多样性和结构, 从而影响反硝化过程[6, 7].因此深入研究反硝化作用并了解其影响机制, 对改善土壤氮循环和减少氮损失具有重要意义.
近年来, 过量施用氮肥影响了土壤反硝化及氮循环过程, 不仅造成大量氮流失, 增加了农业成本, 还造成土壤退化、水体污染和大气污染等环境问题[8~10].生物炭作为一种新兴改良剂, 主要来源于农业废弃物, 具有高度羧酸酯化和芳香化结构并拥有较大孔隙度和比表面积, 能为土壤微生物提供营养元素和栖居场所, 在减少氮损失和改善土壤环境方面效果较好[11~13].Yanai等[14]、Xu等[15]和Wang等[16]研究发现生物炭通过改变土壤pH、TN和NO3--N, 增加nirS型和nosZ型反硝化菌丰度, 从而增加土壤反硝化势; Tang等[2]和Duan等[13]研究发现生物炭通过改变pH和NO3--N, 增加nirK型反硝化菌丰度, 但最终却降低反硝化势.有机肥作为一种传统肥料, 具有养分平衡和养分释放慢的特点, 能提高氮肥利用率并改良土壤环境[17, 18].Yin等[8]研究发现有机肥虽然对nirS型和nirK型反硝化菌丰度无显著影响, 但能通过改变pH和有效磷(AP)从而增强反硝化势.王军等[19]和周慧等[20]研究表明有机肥通过提高SOM和NO3--N含量, 增加nirS型和nosZ型反硝化菌丰度, 最终增强土壤反硝化势.Surey等[6]研究发现施用有机肥虽然会降低nirS型和nosZ型反硝化菌丰度, 但会增强反硝化势.生物炭或有机肥对nirS型、nirK型和nosZ型反硝化菌和反硝化势的影响尚无定论, 尤其是对有机肥配施生物炭条件下反硝化菌和反硝化势的变化特征知之甚少.
根际是植物根系周围土壤的重要区域, 微生物在这个区域范围内丰度和活性均比较高[21~23].与非根际土壤相比, 根际作为植物-土壤-微生物相互作用的关键区域, 反硝化菌群落具有更高的活性和丰度[24~26].有机肥或生物炭对非根际土壤反硝化势以及nirS型、nirK型和nosZ型反硝化菌群落特征的影响已有大量研究[16, 27~30], 然而有机肥配施生物炭对根际反硝化势和反硝化菌群落的影响却研究较少, 尤其是有机肥配施生物炭调控根际土壤环境因子和反硝化菌从而影响反硝化势的过程和机制不明确.
因此, 本文以柠檬根际土为研究对象, 设置不施肥(CK)、化肥(CF)、有机肥(M)、化肥配施生物炭(CFBC)和有机肥配施生物炭(MBC)等处理, 明确化肥和有机肥配施生物炭条件下, 根际nirS型、nirK型和nosZ型反硝化菌丰度、多样性和群落结构, 以及反硝化势和环境因子的变化特征, 阐明有机肥配施生物炭通过改变根际土壤环境因子和反硝化菌群落特征从而调控反硝化势的过程和机制, 以期为改善土壤氮循环和减少氮损失提供依据.
1 材料与方法 1.1 供试材料供试土壤为紫色潮土, 采自重庆市潼南区太安镇柠檬种植基地(0~30 cm).采集的土壤置于阴凉干燥处自然风干, 去除杂质后研磨过2 mm筛, 保存备用.初始土壤理化性质：pH 5.19、ω(SOM)8.68 g·kg-1、ω(TN)0.68 g·kg-1、ω(NO3--N)3.46 mg·kg-1、ω[铵态氮(NH4+-N)]4.82 mg·kg-1、ω(AP)9.14 mg·kg-1和ω[速效钾(AK)]244.12 mg·kg-1.供试柠檬品种为尤力克(Eureka), 为嫁接7个月的脱毒苗, 来自重庆市潼南区国家科技农业园区智能化柠檬脱毒育苗中心.
供试生物炭为稻壳生物炭, 由四川省久晟农业公司提供, 以稻壳为原料, 在500℃高温厌氧条件下热解2 h制成.供试有机肥(腐熟猪粪)取自重庆市潼南温氏养猪场.生物炭和有机肥(腐熟猪粪)的性质如表 1所示.化肥氮、磷和钾肥品种分别为尿素(N 46%)、过磷酸钙(P2O512%)和氯化钾(K2O 60%).微量元素肥料为硼锌锰铁镁钙硅复合微量元素水溶肥料, pH为6.0, 微量元素总量(质量分数)≥12%.
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表 1 供试生物炭和有机肥基本性质1) Table 1 Basic properties of biochar and manure |
1.2 试验设计
盆栽试验设置5个处理：①不施肥(CK)、②常规化肥(CF)、③有机肥(M)、④化肥+生物炭(CFBC)和⑤有机肥+生物炭(MBC), 每个处理3次重复, 试验采用随机区组设计.
2019年5月种植柠檬.称取过2 mm筛的备用土壤15 kg, 按照等氮施肥的原则将化肥、有机肥或生物炭与土壤充分混匀后装入盆钵.盆钵是盆口直径22 cm, 高30 cm的PVC圆桶.施用完基肥后放置15 d, 然后选择大小和长势基本一致的柠檬苗移栽, 每个盆钵1株.
移栽定植后浇水灌透, 每个盆栽浇水的重量为田间持水量的60%.随后适时浇水, 每次浇水的重量保持一致.生物炭作为基肥一次性施入, 有机肥和无机肥则基肥施入三分之二, 剩余三分之一用于追肥.每隔2个月进行一次追肥, 共追肥4次.除CK处理外, 各处理保持等氮的施肥原则, 各处理单株柠檬幼苗基肥施入纯氮均为2.625 g, 各处理肥料类型和具体施肥量见表 2.
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表 2 各处理施肥总量1)/g Table 2 Total fertilization for each treatment/g |
1.3 土壤样品采集与测定
2020年6月进行破坏性取样, 用抖土法收集根际土[31, 32].先慢慢取出带土的柠檬植株, 轻轻抖落植株根系上的较大颗粒土, 再用细毛刷将黏附在须根上的根际土收集至无菌自封塑料袋中, 将采集的新鲜土壤迅速带回实验室.一部分置于-20℃的冰箱中保存, 用于测定反硝化势、反硝化菌丰度和群落结构; 一部分自然风干, 去除杂质, 研磨后分别过1 mm和0.15 mm筛, 测定土壤理化性质.
土壤pH值采用酸度计测定(土水比1∶2.5), SOM采用K2Cr2O7-H2SO4外加热法测定, TN采用凯氏定氮法测定, NO3--N采用KCl溶液浸提分光光度法测定, NH4+-N采用KCl溶液浸提靛酚蓝比色法测定, AP采用Olsen法测定, 土壤含水量(SMC)采用烘干法测定[33].土壤反硝化势采用乙炔抑制法测定[29].
1.4 反硝化微生物基因丰度和群落结构的分析 1.4.1 土壤总DNA提取用Fast DNA Spin Kit for Soil(MP Biomedicals, LLC)试剂盒提取土壤总DNA, 在1.0%琼脂糖凝胶上进行电泳检测后用NanoDrop ND-1000UV-Vis分光光度计测定总DNA的浓度.
1.4.2 实时荧光定量PCR(qPCR)分析标准样品制作：设计特定引物, 对nirS、nirK和nosZ基因片段进行PCR扩增, 扩增引物nirS(nirSCd3aF/nirSR3cd)[34]、nirK(nirK1040q/nirK876q)[35]、nosZ(nosZF/nosZ1622R)[35], 用DNA凝胶纯化试剂盒纯化目的基因片段, 将目的基因片段克隆至载体中, 进行测序检验出阳性重组质粒, 将阳性克隆质粒收集为标准品.用NanoDrop ND-1000微光分光光度计测定质粒DNA浓度并计算拷贝数, 将其以10倍浓度梯度稀释成标准品.
样品测定：将待测样品和标准品一起进行qPCR检测, 每个样品3个重复(包括阴性对照在内), 具体反应体系和程序见文献[35].每个循环中荧光收集在83℃下进行, 避免引物二聚体引起的误差.荧光定量PCR分析由ABI 7500型实时荧光定量PCR系统进行.
1.4.3 末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)分析利用T-RFLP技术测定反硝化功能基因的群落结构.选用正向引物5′端带荧光物质FAM标记的引物扩增nirS、nirK和nosZ基因片段, 扩增所需引物见文献[34], 扩增体系和程序见文献[35].随后将nirS、nirK和nosZ基因的PCR扩增产物分别用HhaⅠ、Taq2Ⅰ和RsaⅠ限制性内切酶进行单酶切, 置于37℃的恒温培养箱中培养14~16 h, HhaⅠ酶还要在80℃的烘箱中灭活30 min, 然后送至上海生工生物工程股份有限公司用ABI Prism 3100基因分析仪进行T-RFLP分析.
1.5 数据分析用Microsoft Excel 2016软件进行数据整理, Origin 2021软件进行图表绘制, 所有结果均用3次重复的平均值和标准偏差表示.用IBM SPSS 26.0软件对土壤理化性质和基因拷贝数等数据进行ANOVA方差分析、Pearson相关性分析以及逐步回归分析, 用Duncan法进行不同处理之间的多重比较(P < 0.05).用Canoco 5.0软件进行土壤环境因子和反硝化菌群落结构的冗余分析(RDA).用Origin 2021软件进行反硝化势与土壤环境因子和反硝化菌的偏最小二乘法分析.
2 结果与分析 2.1 不同施肥处理对根际反硝化势和土壤性质的影响不同施肥处理的反硝化势如图 1所示.与CK处理相比, CF处理显著降低根际土壤反硝化势47.7%, 而M和MBC处理分别显著增加反硝化势2 192.7%和1 989.9%.因此, 施用化肥会显著降低根际土壤反硝化势, 而有机肥和有机肥配施生物炭会增加反硝化势.
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不同小写字母表示不同施肥处理间反硝化势的差异性(P < 0.05) 图 1 不同施肥处理对根际土壤反硝化势的影响 Fig. 1 Effect of different fertilization treatments on denitrification potential of rhizosphere soil |
与CK处理相比, CF和CFBC显著降低pH 0.34~0.63个单位, M和MBC增加pH 0.29~0.54个单位; CF处理降低土壤含水率约6%, M、CFBC、MBC增加含水率约6%; M、CFBC和MBC等处理增加SOM含量25.4%~59.2%; 4个施肥处理分别增加TN含量17.9%~53.6%、NH4+-N含量68.4%~189.3%、NO3--N含量332.1%~859.4%和AP含量363.7%~927.6%, 显著降低N/P 52.7%~90.9%; CF和CFBC处理显著降低C/N, M和MBC处理增加C/N(表 3).
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表 3 不同施肥处理对根际土壤性质的影响1) Table 3 Effect of different fertilizer treatments on rhizosphere soil properties |
2.2 不同施肥处理对根际土壤反硝化菌基因丰度和多样性的影响
5个处理的nirS基因拷贝数为3.14×105~1.43×106 copies·μL-1, nirK基因拷贝数为3.01×107~6.74×107 copies·μL-1, nosZ基因拷贝数为2.29×108~5.24×108 copies·μL-1(图 2).与CK相比, M和MBC处理分别显著增加nirS基因拷贝数24.75%和106.5%, CF和CFBC处理分别显著降低nirS基因拷贝数55.6%和36.9%[图 2(a)]; 4个施肥处理显著增加nirK基因拷贝数17.3%~123.9%, 其中M和CFBC处理增幅均为最显著[图 2(b)]; M和MBC处理均显著增加nosZ基因拷贝数约9.0%, 而CF和CFBC处理分别显著降低nosZ基因拷贝数51.7%和42.0%[图 2(c)].
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不同小写字母表示不同施肥处理间基因拷贝数的差异性(P < 0.05) 图 2 不同施肥处理对根际反硝化细菌丰度的影响 Fig. 2 Effect of different fertilizer treatments on the abundance of denitrification bacteria in rhizosphere |
对nirS型反硝化菌而言, M、CFBC、MBC处理的多样性、丰富度和均匀度指数均显著高于CK处理, CF处理的多样性和丰富度指数则显著低于CK处理.对nirK型反硝化菌而言, 与CK相比, CF、M、CFBC、MBC处理的多样性指数和均匀度指数均显著降低, M和CFBC处理的丰富度指数显著增加.对nosZ型反硝化菌而言, 与CK相比, CF、M、MBC处理的多样性指数显著增加, M和MBC处理的丰富度指数显著增加, 4个施肥处理的均匀度指数均显著增加(表 4).
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表 4 不同施肥处理对根际反硝化菌群落α-多样性的影响1) Table 4 Effect of different fertilizer treatments on denitrifying bacteria community α-diversity of rhizosphere |
2.3 不同施肥处理对根际土壤反硝化菌群落结构的影响
由图 3(a)可知, 各处理的根际土nirS型反硝化菌群落中均有81bp这一优势T-RFs片段, 相对丰度为37.7%~73.8%.79bp的T-RFs片段在4个施肥处理中属于优势T-RFs片段, 相对丰度为11.3%~19.8%.由图 3(b)可知, 264、435和538bp为主要T-RFs片段, 总相对丰度为57.4%~89.4%.264bp在各处理中均属于优势T-RFs片段, 相对丰度为20.9%~57.0%.538bp在除CFBC处理外的其他处理中属于优势T-RFs片段, 相对丰度为13.2%~23.0%.由图 3(c)可知, 451bp在各处理中均属于优势T-RFs片段, 相对丰度分别为20.7%~68.2%.455bp在CF、M和MBC处理中属于优势T-RFs片段, 相对丰度分别为16.3%~35.8%.54 bp仅在CK、CF和CFBC处理中属于优势T-RFs片段, 相对丰度分别为10.9%、18.0%和32.8%.
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(a)nirS, (b)nirK, (c)nosZ 图 3 不同施肥处理对根际土壤反硝化菌群落结构的影响 Fig. 3 Effect of different fertilizer treatments on denitrifying bacteria community composition of rhizosphere |
根际土壤环境因子共能解释nirS群落结构变化的86.4%, 第1和第2排序轴的贡献率分别为56.2%和17.1%[图 4(a)], 其中pH、NO3--N、SOM和AP等因子均有显著影响(P < 0.05), 解释率分别为48.8%、12.8%、12.0%和5.4%.环境因子共能解释nirK群落结构变化的98.8%, 第1和第2排序轴的贡献率分别为57.4%和24.3%[图 4(b)], 其中pH、C/N、AP、NO3--N、TN和SMC等因子均有显著影响(P < 0.05), 解释率依次为47.4%、27.3%、13.0%、8.9%、1.0%和0.8%.环境因子共能解释nosZ群落结构变化的87.1%, 第1和第2排序轴的贡献率分别为35.4%和21.9%[图 4(c)], 其中pH、NO3--N、SOM和AP等因子均有显著影响(P < 0.05), 解释率分别为23.6%、21.2%、18.3%和11.9%.
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图 4 根际土壤环境因子与反硝化菌群落结构的冗余分析 Fig. 4 Redundancy analysis of rhizosphere soil environmental factors and denitrifying bacteria community structure |
根际土壤反硝化势与反硝化菌丰度和土壤环境因子的相关关系如图 5所示.反硝化势与nirS型、nosZ型反硝化菌丰度和pH极显著正相关(P < 0.01), 与TN和AP显著正相关(P < 0.05), 与NH4+-N和N/P显著负相关(P < 0.05).nirS型反硝化菌丰度与nosZ型反硝化菌丰度、pH和SMC极显著正相关(P < 0.01), 与NH4+-N显著负相关(P < 0.05).nirK型反硝化菌丰度与SOM和TN极显著正相关(P < 0.01), 与AP和C/N显著正相关(P < 0.05), 与N/P显著负相关(P < 0.05).nosZ型反硝化菌丰度与pH和SMC极显著正相关(P < 0.01), 与NO3--N和NH4+-N显著负相关(P < 0.05).
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1.反硝化势, 2.nirS型反硝化菌丰度, 3.nirK型反硝化菌丰度, 4.nosZ型反硝化菌丰度, 5.pH, 6.SOM, 7.TN, 8.SMC, 9.NH4+-N, 10.NO3--N, 11.AP, 12.C/N, 13.N/P; *P < 0.05, **P < 0.01, n=15 图 5 根际土壤反硝化势与反硝化菌丰度和土壤环境因子的相关关系 Fig. 5 Correlation between rhizosphere soil denitrification potential and the abundance of denitrification bacteria and soil environmental factors |
逐步回归分析结果表明：nirS型反硝化菌丰度的主要影响因子为pH, nirK型反硝化菌丰度的主要影响因子为SOM和NH4+-N, nosZ型反硝化菌丰度的主要影响因子为pH、NO3--N和N/P(表 5).偏最小二乘法分析结果表明nirS型和nosZ型反硝化菌丰度是影响根际反硝化势的主要微生物因素, 而pH、N/P和TN是影响根际反硝化势的主要土壤因素(图 6).
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表 5 土壤反硝化菌丰度与土壤环境因子的逐步回归分析 Table 5 Stepwise regression analysis of the abundance of soil denitrifying bacteria and soil environmental factors |
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图 6 偏最小二乘法分析根际土壤环境因子和反硝化菌丰度对反硝化势的平均预测重要性 Fig. 6 Average predictive importance of rhizosphere soil environmental factors and denitrifying bacteria abundance on denitrification potential by partial least squares analysis |
本研究表明与CK相比, CF和CFBC显著降低根际nirS型反硝化菌丰度, 这与董成等[36]研究的结果不一致, 他发现化肥和化肥配施生物炭会显著增加nirS型反硝化菌丰度.这可能是因为在他们的研究中土壤pH为8.3, 而本研究中酸性紫色土pH为5.19.土壤酸度不同导致化肥和化肥配施生物炭对nirS型反硝化菌丰度的影响具有差异.本文研究发现pH与nirS型反硝化菌丰度极显著正相关(图 5), 且逐步回归分析表明pH是解释nirS型反硝化菌丰度变化最好的土壤因子(表 5).这是因为CF处理使原始土壤pH(5.19)下降了0.63个单位(表 3), 这会抑制nirS型细菌的生长与活性, 从而降低其丰度.而M和MBC处理显著增加根际nirS型反硝化菌丰度, 这与王军等[19]研究的结果一致.因为M和MBC处理使原始土壤pH(5.19)分别增加了0.29个单位和0.54个单位(表 3), 酸性土壤pH的改善有利于nirS型细菌的生长[37, 38].因此, 化肥和有机肥配施生物炭主要通过调控根际土壤pH来影响nirS型反硝化菌丰度.
本研究发现, 化肥、有机肥、化肥和有机肥配施生物炭均能增加根际nirK型反硝化菌丰度, 这与曾希柏等[39]研究的结果一致.这是因为nirK型反硝化菌丰度与SOM显著正相关(图 5), 且SOM和NH4+-N是影响其最主要的土壤因子(表 5).化肥和有机肥配施生物炭显著增加SOM含量(表 3), 这为nirK型反硝化菌提供丰富的碳源和营养物质[6, 8].NH4+-N作为硝化作用的反应底物, 能决定土壤中NO3--N的含量, 从而间接影响反硝化菌的生长和活性[13, 25].因此, 化肥和有机肥配施生物炭主要通过改变根际土壤SOM和NH4+-N来影响nirK型反硝化菌丰度.
有机肥和有机肥配施生物炭能增加根际nosZ型反硝化菌丰度, 但化肥和化肥配施生物炭却相反, 这与Yin等[8]和王培欣等[40]研究的结果一致, 这可能与施肥改变了土壤性质有关.相关性结果表明nosZ型反硝化菌丰度与pH呈正相关, 与NO3--N显著负相关(图 5); 逐步回归分析表明pH、NO3--N和N/P是影响其最主要的土壤因子(表 5).施用化肥导致土壤酸化, pH下降(表 3), 酸性土壤pH降低会强烈抑制nosZ型反硝化菌的生长和活性[3, 8].N/P能影响nosZ型反硝化菌丰度可能是因为磷的有效性在构建土壤微生物群落中具有重要作用, 在微生物细胞的生长过程中, 需要富含磷的核糖体才能产生新的蛋白质[41]; 同时, 土壤N/P的改变会影响土壤碳氮循环从而影响反硝化菌对营养物质的吸收利用, 最终影响其生长[42].本研究中NO3--N与nosZ型反硝化菌丰度显著负相关, 表明NO3--N也是影响nosZ型反硝化菌丰度的因子之一, 这与Yang等[43]研究的结果相符.因此, 化肥和有机肥配施生物炭主要通过调控pH、NO3--N和N/P来影响nosZ型反硝化菌丰度.
3.2 化肥和有机肥配施生物炭条件下根际反硝化细菌群落结构的驱动因子化肥和有机肥配施生物炭显著改变nirS型、nirK型和nosZ型反硝化菌群落结构, 反硝化菌群落结构受土壤各环境因子的协同影响.冗余分析结果表明：施肥通过改变pH、SOM、C/N、NO3--N、SMC、TN和AP等因子从而驱动nirS型、nirK型和nosZ反硝化菌群落结构, 这与Yin等[8]、曾希柏等[39]和王培欣等[40]研究的结果一致.土壤pH对反硝化菌具有选择效应, 其变化会影响反硝化菌的群落结构进而影响它们对土壤环境变化的响应[1, 3].本研究中施用化肥显著降低土壤pH, 酸性土壤pH降低会限制反硝化菌的生长, 同时还会导致反硝化菌可利用的有机碳和矿质氮的有效性下降[1, 2].而有机肥配施生物炭处理能有效改善酸性土壤pH, 有利于反硝化菌群落的生长活动和繁衍[13, 15].同时有机肥配施生物炭显著增加SOM含量, 既能为反硝化过程提供电子, 又能作为反硝化菌生长和活动的有机底物[19, 25].因为大部分反硝化菌是异养微生物, 因此TN和C/N在决定微生物群落结构方面具有重要的作用, 当C/N升高或降低时会影响有机碳分解的速率以及矿质氮释放的含量, 这就会在一定程度上影响反硝化菌的生存[4].NO3--N作为反硝化过程的电子受体和反应起始底物, 是控制反硝化菌进行反硝化作用的重要因素[2, 29].土壤水分含量不仅会直接影响nirS型、nirK型和nosZ型反硝化菌群落的生长发育, 还会通过调节土壤中氧气含量和反硝化反应基质的扩散和运输, 从而影响反硝化菌群落结构[5, 7].本研究还表明, AP会影响反硝化菌群落结构, 这与Huang等[42]研究的结果一致, 这可能是因为磷不仅是微生物生长发育的必需元素, 还会通过影响土壤碳氮循环及化学性质对反硝化菌群落结构产生间接影响[39, 40].本研究nirS型、nirK型和nosZ型反硝化菌群落结构测定采用的是T-RFLP法, 在鉴别这些微生物群落的门属方面存在一定不足, 因此未来可能需要采用高通量测序来进一步明确化肥和有机肥配施生物炭对紫色土中nirS型、nirK型和nosZ型反硝化菌群落结构的影响.
3.3 根际土壤反硝化势与反硝化微生物群落和土壤环境因子的关系偏最小二乘法分析的结果表明nirS型和nosZ型反硝化菌对根际反硝化势具有显著影响, 而nirK型反硝化菌对反硝化势无显著影响, 这与王军等[19]和周慧等[20]研究的结果一致.这可能是因为nirS型、nirK型和nosZ型反硝化菌在土壤中占据不同生态位[4], 在化肥和有机肥配施生物炭条件下, 根际nirS型和nosZ型反硝化菌的活性可能相对更高.这说明在酸性紫色土中, 化肥和有机肥配施生物炭条件下nirS型和nosZ型反硝化菌在柠檬根际的反硝化过程中发挥主要作用.
本研究发现化肥会降低土壤反硝化势, 这可能与施用化肥会通过降低土壤pH、nirS型反硝化菌丰度和nosZ型反硝化菌丰度有关.而有机肥和有机肥配施生物炭会增加土壤反硝化势, 这与王蓥燕等[32]和尹昌等[44]研究的结果相似.这一方面可能是因为施用有机肥会为土壤提供大量碳源, 这会为反硝化菌提供丰富的电子受体[27]; 同时, 有机肥有利于提高土壤微生物活性, 从而加快氧气的消耗, 这为反硝化作用提供良好的低氧微域环境[44].另一方面, 施用有机肥会改善酸性土壤pH, 通过增加nirS型和nosZ型反硝化菌丰度, 从而增强土壤反硝化势.偏最小二乘法分析结果还表明, 土壤环境因子中pH、N/P和TN是影响根际反硝化势的主要因素, 这与Liang等[4]、杨杰[25]和王丽莎等[45]研究的结果一致, 这是因为化肥和有机肥配施生物炭显著改变根际土壤pH、N/P和TN, 影响了土壤环境、氮源和反硝化过程的反应基质含量, 从而影响反硝化菌群落的活性、丰度和组成, 最终能够影响根际反硝化势.
4 结论化肥会降低根际土壤反硝化势, 有机肥和有机肥配施生物炭则会增加反硝化势.同时, 配施化肥会降低nirS型和nosZ型反硝化菌丰度, 而配施有机肥则会增加nirS型和nosZ型反硝化菌丰度.pH是影响nirS型反硝化菌丰度的主要因子, SOM和NH4+-N是影响nirK型反硝化菌丰度的主要因子, pH、TN和N/P是影响nosZ型反硝化菌丰度的主要因子.酸性紫色土中, 化肥和有机肥配施生物炭条件下nirS型和nosZ型反硝化菌在柠檬根际的反硝化过程中发挥主要作用; 同时, pH、N/P和TN是影响根际反硝化势的主要土壤因子.
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