长期有机培肥对南方红壤区稻田土壤碳循环功能基因的影响

[目的]研究长期有机培肥对南方红壤区稻田土壤碳循环功能基因的影响,为南方稻田土壤碳库高效利用和施肥策略提供理论参考.[方法]依托江西省红壤研究所长期定位试验平台,设4个处理:不施肥处理(CK)、单施化肥处理(NPK)、早稻施绿肥紫云英处理(M1)、早稻施绿肥紫云英+晚稻秸秆还田处理(M2).晚稻收获后采集土壤样品,测定土壤基本理化性质,利用实时荧光定量PCR测定土壤碳循环功能基因的绝对定量,分析不同活性碳含量及碳循环相关基因与环境因子的关系.[结果]长期有机培肥处理提高了土壤有机碳组分中活性有机碳含量,其中M2处理易氧化有机碳、热水提取态有机碳、可溶性有机碳含量均显著高于CK(P<0.05,下同);M1处理土壤微生物量碳含量最高(193.98 mg/kg).各处理中,M1和M2处理参与碳水解、碳固定和甲烷代谢过程的相关功能基因表达量均处于较低水平.相关分析结果表明,碳水解过程相关功能基因(除amyX、IsoP、lig和naglu)、碳固定过程相关功能基因(除mcrA)和甲烷代谢(除emGDH)与全钾、微生物量碳和胡富比均呈显著负相关.碳固定过程功能基因和甲烷代谢过程功能基因(除emGDH)与pH和速效钾呈正相关.随机森林分析结果显示,长期有机培肥稻田土壤对碳水解功能基因和环境因子的解释率为89.22%,对碳固定功能基因和环境因子的解释率为90.12%,对甲烷代谢功能基因和环境因子解释率为87.14%;结构方程建模结果表明,长期有机培肥稻田土壤中mnp和apu基因、mct和rbcL基因、emGDH和pmoA基因分别直接影响碳水解、碳固定和甲烷代谢过程,土壤有机碳、胡敏素和胡富比间接影响碳水解和碳固定基因表达量,胡敏酸、有机碳和胡敏素间接影响甲烷代谢过程功能基因表达量.[结论]长期有机培肥有利于增加南方稻田土壤活性有机碳组分含量,降低碳循环功能基因表达量,提高土壤的稳定性,有助于环境变化中保持农田生产力的稳定.