| 秸秆配施石灰对酸性水稻土细菌群落和碳循环功能基因的影响 |
| 摘要点击 288 全文点击 9 投稿时间：2025-08-13 修订日期：2025-10-31 |
| 查看HTML全文
查看全文 查看/发表评论 下载PDF阅读器 |
| 中文关键词 秸秆还田 酸性水稻土 石灰 土壤酶 细菌群落结构 功能基因 |
| 英文关键词 straw returning acidic paddy soil lime soil enzyme bacterial community structure functional gene |
| DOI 10.13227/j.hjkx.202508125 |
| 作者 | 单位 | E-mail | | 黄巧义 | 广东省农业科学院农业资源与环境研究所, 农业农村部南方植物营养与肥料重点实验室, 广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室, 广州 510640 | huangqiaoyi@gdaas.cn | | 曾招兵 | 广东省农业环境与耕地质量保护中心(广东省农业农村投资项目中心), 广州 510500 | | | 李苹 | 广东省农业科学院农业资源与环境研究所, 农业农村部南方植物营养与肥料重点实验室, 广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室, 广州 510640 | | | 吴永沛 | 广东省农业科学院农业资源与环境研究所, 农业农村部南方植物营养与肥料重点实验室, 广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室, 广州 510640 | | | 付弘婷 | 广东省农业科学院农业资源与环境研究所, 农业农村部南方植物营养与肥料重点实验室, 广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室, 广州 510640 | | | 黄建凤 | 广东省农业科学院农业资源与环境研究所, 农业农村部南方植物营养与肥料重点实验室, 广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室, 广州 510640 | | | 黄旭 | 广东省农业科学院农业资源与环境研究所, 农业农村部南方植物营养与肥料重点实验室, 广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室, 广州 510640 | | | 吴腾飞 | 广东省农业科学院农业资源与环境研究所, 农业农村部南方植物营养与肥料重点实验室, 广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室, 广州 510640 | | | 唐拴虎 | 广东省农业科学院农业资源与环境研究所, 农业农村部南方植物营养与肥料重点实验室, 广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室, 广州 510640 | | | 易琼 | 广东省农业科学院农业资源与环境研究所, 农业农村部南方植物营养与肥料重点实验室, 广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室, 广州 510640 | | | 逄玉万 | 广东省农业科学院农业资源与环境研究所, 农业农村部南方植物营养与肥料重点实验室, 广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室, 广州 510640 | | | 丁武汉 | 广东省农业科学院农业资源与环境研究所, 农业农村部南方植物营养与肥料重点实验室, 广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室, 广州 510640 | | | 刘一锋 | 广东省农业环境与耕地质量保护中心(广东省农业农村投资项目中心), 广州 510500 | 344387319@qq.com | | 张木 | 广东省农业科学院农业资源与环境研究所, 农业农村部南方植物营养与肥料重点实验室, 广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室, 广州 510640 | 109279800@qq.com |
|
| 中文摘要 |
| 为探究秸秆还田配施石灰对酸性水稻土细菌群落结构及碳循环功能基因的调控效应，以田间试验常规施肥（CK）、秸秆还田+常规施肥（RS）和秸秆还田配施石灰+常规施肥（RS+L）为研究对象，采用Illumina MiSeq 高通量测序技术，分析了不同处理对酸性水稻土细菌群落多样性、群落结构及碳循环功能基因的影响. 结果表明：与 CK 相比，RS+L处理显著提高土壤β-1，4 葡萄糖苷酶（βG）、 β-纤维二糖苷酶（CBH）和β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）的活性，其增幅分别为14.59%~29.38%、41.19%~98.86%和28.82%~63.36%（P<0.05）. 与RS相比，RS+L处理显著降低土壤酸性磷酸酶（ACP）的活性，其降幅为16.94%~20.47%（P<0.05）. 与CK相比，RS和RS+L处理均显著提高了Chao1指数和PD指数（P<0.05）. 与CK相比，RS和RS+L处理提高了土壤变形菌门和放线菌门的相对丰度，而降低了酸杆菌门和硝化螺旋菌门的相对丰度. PICRUSt2 功能预测分析结果表明，RS+L处理较CK处理显著提高了淀粉、半纤维素和果胶降解功能基因丰度（P<0.05），其中淀粉（amyA、glucoamylase、pulA、malQ、malZ）、果胶（yfiH）、半纤维素（xylA、rfbB、xyIB）、纤维素（bglB、endoglucanase）、几丁质（chi、nagA）和芳香族（leuA、prpB、AceA、AceB）降解有关基因的丰度提升显著（P<0.05）. RS+L处理较CK处理提高了卡尔文循环和TCA还原型三羧酸循环途径碳固定功能基因丰度（P<0.05），其中卡尔文循环途径（cbbS）、TCA 还原型三羧酸循环途径（por/nifJ、pps、korD、korC、porA、porB）和还原乙酰辅酶A（cooS、acsB、metF）途径碳固定功能基因丰度提升显著（P<0.05）. Mantel 分析和冗余分析显示，影响碳降解功能基因的关键环境因子是：MBC、NAG、CBH、SOC、AP和POC，影响碳固定功能基因的关键环境因子是：MBC、POC、NAG、pH、 βG、AP和CBH，影响甲烷代谢功能基因的关键环境因子是：UREA和NAG. 结构方程模型显示，秸秆配施石灰通过提高土壤有机碳、pH值和养分含量，改变土壤细菌群落结构和激活酶活性，间接驱动碳循环基因表达. 综上，秸秆还田配施石灰可提升酸性水稻土酶活性、优化细菌群落结构及增强碳循环功能基因表达，实现土壤质量提升与碳汇潜力增强的协同效应，可为南方酸性水稻土改良及固碳减排提供科学依据. |
| 英文摘要 |
| Acidic paddy soil is an important cultivated land resource in southern China. The strongly acidic soil environment leads to reduced availability of soil nutrients， rapid mineralization of organic matter， and enhanced activity of heavy metals， which severely restricts rice production and the stability of soil ecological functions. Straw combined with lime application is an effective measure for improving acidic paddy soils in southern China， to explore the regulatory effects of straw return combined with lime application on bacterial community structure and carbon cycle functional genes in acidic paddy soil， a field experiment was conducted with three treatments： conventional fertilization （CK）， straw return + conventional fertilization （RS）， and straw return combined with lime + conventional fertilization （RS+L）. Illumina MiSeq high-throughput sequencing technology was used to analyze the effects of different treatments on bacterial community diversity， community structure， and carbon cycle functional genes in acidic paddy soil. The results showed that compared with those in CK， the RS+L treatment significantly increased the activities of soil β-1，4-glucosidase （βG）， β-cellobiosidase （CBH）， and β-N-acetylglucosaminidase （NAG） by 14.59%-29.38%， 41.19%-98.86%， and 28.82%-63.36%， respectively （P<0.05）. Compared with that in RS， the RS+L treatment significantly reduced the activity of soil acid phosphatase （ACP） by 16.94%-20.47% （P<0.05）. Both the RS and RS+L treatments significantly increased the Chao 1 index and PD index compared with those in CK （P<0.05）. Compared with those in CK， the RS and RS+L treatments increased the relative abundances of Proteobacteria and Actinobacteria， while decreasing the relative abundances of Acidobacteria and Nitrospirae. PICRUSt2 functional prediction analysis showed that the RS+L treatment significantly increased the abundances of functional genes related to starch， hemicellulose， and pectin degradation compared with those in CK （P<0.05）. Specifically， genes involved in starch degradation （amyA， glucoamylase， pulA， malQ， malZ）， pectin degradation （yfiH）， hemicellulose degradation （xylA， rfbB， xylB）， cellulose degradation （bglB， endoglucanase）， chitin degradation （chi， nagA）， and aromatic compound degradation （leuA， prpB， AceA， AceB） were significantly enriched （P<0.05）. Compared with those in CK， the RS+L treatment increased the abundances of carbon fixation functional genes involved in the Calvin cycle and reductive tricarboxylic acid （TCA） cycle pathways （P<0.05）， including genes in the Calvin cycle （cbbS）， reductive TCA cycle （por/nifJ， pps， korD， korC， porA， porB）， and reductive acetyl-CoA pathway （cooS， acsB， metF） （P<0.05）. The Mantel test and redundancy analysis （RDA） indicated that the key environmental factors affecting carbon degradation functional genes were MBC， NAG， CBH， SOC， AP， and POC； those affecting carbon fixation functional genes were MBC， POC， NAG， pH， βG， AP， and CBH； and those affecting methane metabolism functional genes were UREA and NAG. Structural equation modeling showed that straw combined with lime application indirectly drove the expression of carbon cycle genes by increasing soil pH， organic carbon， and nutrient contents； altering bacterial communities； and activating enzyme activities. In conclusion， straw return combined with lime application can enhance enzyme activities， optimize bacterial community structure， and strengthen the expression of carbon cycle functional genes in acidic paddy soil， achieving a synergistic effect of improving soil quality and enhancing carbon sequestration potential. |
|
|
|
