高原农田土壤中长期有机与化学施肥对氮循环基因的差异性调控机制

本研究通过宏基因组学和qPCR技术，揭示了高原农田土壤中不同施肥方式（有机肥/化肥/配施）对微生物介导的碳氮（C/N）循环功能的差异化调控。有机肥显著提升固氮（nifH）、同化硝酸盐还原（ANRA）和异化硝酸盐还原（DNRA）基因丰度，促进土壤全氮（TN）积累（47.2%）；化肥及配施通过上调pmoA/B（2.0–2.7倍）增强甲烷氧化潜力，但分别通过不完全反硝化（nirK/norB）和硝化（amoA/nxrB）途径增加N2O排放风险，为高原农业可持续施肥提供理论依据。

　　

Highlight

有机与化学施肥对碳氮循环微生物的差异化调控

有机肥显著改变了参与土壤碳氮循环的微生物群落组成。研究表明，鞘氨醇单胞菌（Sphingomonas）能够代谢多种芳香化合物，同时具备固氮和反硝化功能，对维持土壤氮碳平衡至关重要。而厌氧粘细菌（Anaeromyxobacter）则参与包括硝酸盐异化还原为铵（DNRA）在内的多种氮转化过程。

KEGG通路分析

质控后共获得103,040,866条高质量读长和981,187条重叠群（表S5）。KEGG数据库分析显示存在11,687个KEGG直系同源标识符（KOs），38个二级KEGG通路和6个功能类别（一级KEGG通路）。其中"代谢"（60.93–62.09%）在一级通路中占主导地位（图S1）。有机肥组的"环境信息处理"和"细胞过程"显著高于化肥组（p<0.05）。

结论

本研究通过qPCR和宏基因组学揭示了长期施肥对高原农田土壤氮碳循环功能基因的调控机制。有机肥显著提高了固氮、ANRA和DNRA相关基因丰度，驱动土壤全氮（TN）增加47.2%。配施增强了土壤甲烷氧化和硝化潜力。化学肥料则通过促进硝化、反硝化和碳降解基因的表达，改变了土壤微生物功能格局。这些发现为理解农业施肥对土壤微生物功能的影响提供了新视角。