原 名：Effects of Deep Application of Fertilizer on Soil Carbon and Nitrogen Functions in Rice Paddies
译 名：侧深施肥对稻田土壤碳氮功能的影响
期 刊：Agronomy
第一作者：谢琦欢 2022级本科生
通讯作者：祁剑英 副教授
在线时间：2025.4.11
第一单位：华南农业大学农学院
导读
稻田土壤具有巨大的固碳潜力，稻田生态系统具有碳源和碳汇双重功能, 调控稻田土壤固碳减排, 对于保障我国粮食安全以及实现“碳中和”目标具有重要意义。其中，土壤微生物过程会驱动一系列相互关联的碳和氮转化，它们既参与土壤有机碳（SOC）的分解也是土壤有机碳转化和固定的驱动者，是影响土壤碳循环和有机碳稳定性的关键因素。同时，不同的肥料管理会影响着土壤微生物的生理活性。传统施肥方法一般为肥料撒施（CK），该肥料管理模式存在明显的弊端，包括肥料利用率低、养分流失严重以及环境污染等问题。氮素的挥发和径流不仅增加了农业生产成本，还可能污染地下水和地表水，威胁水生生态系统和人类健康。通过合理的肥料管理（如侧深施肥）不仅能增加水稻氮素利用，减少氮素淋失，同时还能改变土壤碳氮关系，进而提高稻田土壤固碳。
现有许多研究表明侧深施肥（SF）不仅能提高肥料利用率，也能在提高作物产量方面表现出显著优势，但其对土壤微生物生态的具体影响及其潜在的长远环境效应仍需深入研究。土壤微生物在碳氮循环中起着关键作用，它们通过一系列复杂的生物地球化学过程调控土壤中的碳氮平衡。不同的施肥方式会通过影响土壤中参与碳氮循环的功能基因丰度来调节土壤养分含量。因此，了解侧深施肥对土壤微生物群落结构和功能基因丰度的影响至关重要。
我们的研究结果表明侧深施肥通过提高深层土壤（10-20 cm）总氮含量及上调固氮代谢关键基因（如K02591、K02588），显著增强氮循环效率，并富集适应低氧高营养环境的绿弯菌门（Chloroflexi）和浮霉菌门（Planctomycetes），优化深层土壤养分供给。相比之下，传统撒施更利于浅层土壤（0-10 cm）有机碳积累，促进碳代谢基因（如K01179）表达，支撑表层有机质动态。这些发现强调需按土层定制施肥策略以提升氮效、维持土壤健康并保障水稻可持续高产。虽然我们的研究为开发更精确、更环保的施肥方法提供了有价值的见解，但需进一步评估长期生态效应及整合多农艺因子优化管理。
（1）在10–20cm土层中，侧深施肥处理（SF）的全氮（TN）含量略高于常规撒施（CK），但差异未达到显著水平（图1）。
图1 不同施肥方式对土壤全氮（TN）和有机碳（SOC）的影响
（2）SF处理显著影响土壤微生物群落组成。其中在0–10 cm土层，SF处理提高了硝化螺旋菌和芽单胞菌的相对丰度，降低了酸杆菌门和放线菌门的丰度。在10–20 cm土层，SF处理降低了变形菌门的丰度，增加了绿弯菌门的丰度。（图2）。
图2 不同施肥方式下门水平土壤微生物群落组成的差异
（3）由Simpson和Shannon指数可得出SF显著提升了10–20 cm土层的微生物群落多样性。同时PCA和PCoA分析证实了施肥方式和土层深度对微生物群落结构的显著调控作用（图3）。
图3 不同施肥方式对土壤微生物α多样性和β多样性的影响
（4）相比于CK，SF在0–10 cm土层中提高了硝化螺菌门（Nitrospirae）和芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）的丰度；在10–20 cm土层中SF处理显著提高了绿弯菌门（Chloroflexi）的丰度，同时酸杆菌门（Acidobacteria）和浮霉菌门（Planctomycetes）的丰度也有所增加。（图4）。
图4 不同施肥方式对稻田土壤微生物群落组成的影响
（5）相比于CK，SF在0–10 cm和10–20cm土层中均显著提高了与氮固定相关的功能基因丰度。
图5 不同施肥方式对稻田土壤氮循环功能基因的影响
（6）相比于SF，在0–10 cm土层的CK处理显著促进表层土壤有机质氧化的相关途径。而在10–20 cm土层，SF处理深层土壤的碳转化能力强于CK（图6）。
图6 不同施肥方式对稻田土壤碳循环功能基因的影响
本研究探讨了侧深施肥（SF）对稻田土壤碳氮循环功能的影响，旨在为绿色农业施肥管理提供理论依据。研究结果强调应根据土层特性制定差异化施肥策略，以提升氮素利用效率、优化碳氮耦合过程，推动水稻生产的可持续发展。
原文链接：
https:///10.3390/agronomy15040938
供 稿：祁剑英
编 辑：罗 晴
责任编辑：刘文胜 韩守威
Conservation Agriculture Group
