紫云英还田通过抑制亚热带稻田土壤中的完全氨氧化硝化螺菌抑制硝化作用

推荐：本研究针对亚热带稻田氮素利用效率低和环境损失严重的问题，通过8年田间试验探究紫云英还田(CVI)、秸秆还田(SR)和减氮(NR)对土壤氮矿化、硝化及氨氧化微生物的影响。研究发现CVI显著提高净氮矿化率(0.33 vs -0.06 mg kg-1 d-1)和酸解氮含量，同时通过降低土壤pH和增加NH4+-N抑制完全氨氧化菌(COMX)Clade A的amoA基因拷贝数(5.49×107 vs 7.67×107 copies g-1)，为优化稻田氮管理提供了新思路。

　　

在亚热带水稻种植系统中，氮素管理始终面临着提高作物产量与减少环境风险的矛盾。传统过量施用氮肥虽能保证粮食生产，却导致温室气体排放、硝酸盐淋失和土壤酸化等一系列环境问题。更棘手的是，土壤中的氮素转化过程犹如"双刃剑"：氮矿化虽然能释放作物所需的铵态氮(NH₄⁺-N)，却也为硝化作用提供了底物，而硝化过程正是氮素流失和氧化亚氮(N₂O)排放的关键环节。近年来，完全氨氧化菌(COMX Nitrospira)的发现彻底改变了人们对硝化过程的认识，这类微生物能独立完成从氨到硝酸盐的全程转化，但其在农业管理措施下的响应机制仍不清楚。

福建师范大学福建省亚热带资源与环境重点实验室的研究团队通过8年田间定位试验，系统研究了紫云英还田(CVI)、秸秆还田(SR)和减氮(NR)对亚热带稻田氮循环的影响。研究发现CVI能巧妙调节"矿化-硝化"平衡：一方面通过输入富氮有机物将净氮矿化率提升至0.33 mg kg^-1 d^-1，另一方面又通过抑制COMX Clade A的活性使潜在硝化速率降低20%。这种"开源节流"的调控机制为可持续氮管理提供了新策略，相关成果发表在土壤科学顶级期刊《Geoderma》上。

研究人员综合运用了DNA稳定同位素探针(DNA-SIP)鉴定活性氨氧化微生物，qPCR定量功能基因(amoA)丰度，高通量测序分析COMX群落结构，并结合化学分析法测定氮矿化速率和有机氮组分。通过随机区组设计的8种处理组合，系统比较了不同农艺措施对氮转化的影响。

土壤性质

CVI显著降低土壤pH(6.10 vs 6.41)并提高NH₄⁺-N含量(10.77 vs 4.96 mg kg^-1)，而SR主要增加土壤有机碳(TC)含量。这些变化为理解后续微生物响应提供了环境背景。

净氮矿化速率和有机氮组分

CVI使净氮矿化率由-0.06提升至0.33 mg kg^-1 d^-1，同时将酸解氮含量提高11%(2437.62 vs 2200.06 mg kg^-1)，证实了紫云英作为优质绿肥的供氮潜力。

潜在硝化速率和氨氧化菌活性

DNA-SIP证明COMX Clade A与AOA、AOB共同参与硝化，但CVI使其amoA基因拷贝数降低28%，转录本数量显著减少，这与其对酸性(pH<6.5)和高铵环境的敏感性有关。

COMX多样性、群落结构和组装

CVI使COMX OTU丰富度降低，并通过改变NH₄⁺-N和pH驱动群落结构变化。确定性过程在CVI处理中的贡献增强(MST<0.5)，表明环境选择压力加大。

这项研究首次揭示了紫云英还田通过"抑制COMX"途径调控稻田硝化作用的新机制。与传统认知不同，在酸性稻田中COMX Clade A与AOA、AOB共同承担硝化功能，但其对管理措施的响应更为敏感。CVI创造的高铵-低pH环境形成"双抑制"效应：既限制COMX生长，又通过确定性选择重塑群落结构。这种"促矿化-抑硝化"的协同效应使紫云英成为理想的生物调控剂，为减少氮损失提供了"自然解决方案"。研究结果对发展"碳氮协同"的绿色农业模式具有重要指导价值，特别为亚热带双季稻区优化轮作制度提供了理论依据。