土壤熏蒸如何影响作物氮代谢？中国农科院最新研究揭示微生物关键作用
土壤熏蒸如何影响作物氮代谢？中国农科院最新研究揭示微生物关键作用
土壤熏蒸是一种常见的土传病害管理方法，它通过改变土壤微生物群落来影响作物生长。中国农业科学院植物保护研究所王秋霞团队最新研究揭示了土壤熏蒸如何通过影响土壤氮循环和微生物群落，进而改变作物地上部氮代谢。这一发现为优化作物养分管理提供了新的视角。
研究背景
土壤微生物与作物间的相互作用是生态系统中一个复杂而动态的过程，涉及物质循环、能量流动和信息传递。这种错综复杂的相互作用对维持生态平衡和作物生产力至关重要。尽管科学研究取得了重大进展，但仍有许多未解之谜，特别是关于土壤微生物如何调节土壤养分周转并影响作物体内养分的分布尚不清。解析这些相互作用对揭示生态系统功能的基本机制和提高农业生产力至关重要，将助力农业可持续发展。
研究方法
研究团队在北京和云南两地采集土壤样本，分别代表碱性潮土和酸性红壤。通过在土壤中添加棉隆（DZ）进行熏蒸处理，剂量为150 mg/Kg。熏蒸后，将烟草幼苗移植到熏蒸土和非熏蒸土中，分别在第30天和第50天进行采样分析。研究内容包括土壤氮相关参数测定、植物氮和酶活性测定、转录组测序和分析、宏基因组测序和分析等。
主要发现
氮素时空变化
研究发现，DZ熏蒸导致烟草氮素空间分布发生显著改变。在北京土壤中，熏蒸第30天时，根、茎和叶中的总氮（TN）含量没有发生变化；到第50天，与未熏蒸组相比，根、茎和叶的总氮含量明显减少。相比之下，在云南土壤中，熏蒸的影响更为直接，早期达到峰值，随后氮含量下降。
在两种土壤中，根、茎和叶中的铵态氮（AN）含量在DZ熏蒸后明显升高，而硝态氮（NN）含量则显著减少。这种变化在云南土壤中更为明显，特别是在第30天时，根部的硝态氮含量减少了70.85%-88.64%。
微生物响应
DZ熏蒸对土壤氮素产生显著影响，增加AN而减少NN，影响时间超过50天。在第50天，熏蒸土壤中的AN含量增加了193%-771%，而NN含量减少了29.20%~41.40%。这种变化导致根际氮供应速率发生显著变化，AN供应率显著增加，而NN供应率则显著下降。
熏蒸后，微生物群落多样性和基于KEGG的功能多样性均显著增加。PCA结果显示物种分类和功能基因组成存在明显差异，表明熏蒸选择性地富集了特定物种和功能通路。在DZ熏蒸的云南土壤中，重点关注了硝化、反硝化、硝酸盐还原、氨氧化、固氮及有机氮代谢等氮转换过程。结果发现，熏蒸促进了反硝化微生物的富集，如鞘氨单胞菌科、拟杆菌科显著增加。
基因表达特征
研究发现，熏蒸导致根部1497个基因和叶片614个基因显著上调，而茎部只有6个基因显著上调。这些结果表明，根部是作物的功能热点，熏蒸对根部基因表达的影响最大，其次是叶片和茎。研究还发现，熏蒸诱导的基因表达和氮分布变化在根部最为显著，根部的许多氮转运体和代谢基因被上调，导致氮含量发生明显变化。
结论与意义
研究揭示了土壤熏蒸通过改变微生物群落结构，进而影响土壤氮循环和作物氮代谢的机制。这一发现为优化作物养分管理提供了新的视角，有助于开发更有效的土壤管理和作物养分利用策略，促进农业可持续发展。
参考文献
Wensheng Fang, Wenfeng Tian, Dongdong Yan, Yuan Li, Aocheng Cao, Qiuxia Wang. 2025. "Linkages between soil nutrient turnover and above-ground crop nutrient metabolism: The role of soil microbes.iMetaOmicse55. https://doi.org/10.1002/imo2.55