耕作和覆膜對馬鈴薯根際土壤氮循環(huán)功能微生物的影響

摘 要 針對甘肅隴東地區(qū)不同耕作方式和地膜覆蓋引起的耕地質(zhì)量和馬鈴薯產(chǎn)量差異等問題，利用甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院靈臺馬鈴薯大田試驗基地，探索耕作方式（立式深旋耕作、傳統(tǒng)耕作）和覆蓋（地膜覆蓋、不覆蓋）對馬鈴薯農(nóng)田根際土壤氮循環(huán)功能微生物的影響。結(jié)果表明：與傳統(tǒng)耕作相比，立式深旋耕作提高amoA-AOA、nifH_a基因豐度16.8%和46.7%，提高土壤NH+4-N、土壤含水量、土壤≥2 mm團聚體占比5.9%、36.4%和60.6%。與不覆膜相比，覆膜提高amoA-AOA、amoA-AOB、nirK、nosZ和nifH_a基因豐度" 64.5%、47.6%、41.6%、30.9%和170.5%，提高土壤NO-3-N含量、土壤含水量和土壤溫度12.6%、30.3%和18.9%；降低速效磷（AK）含量、速效鉀含量31.4%和11.4%。立式深旋耕作覆膜較其他處理提高NH+4-N含量、土壤含水量和土壤溫度3.9%～7.9%、29.5%～78.1%和1.7%～20.9%，降低AK、速效鉀和總團聚體含量27.8%～38.7%、0.6%～17.9%和0.7%～33.4%。冗余分析表明，所有功能基因與土壤溫度、土" 壤≥2 mm團聚體、土壤AK和土壤含水量顯著正相關(guān)，與土壤pH、土壤有機碳顯著負(fù)相關(guān)。amoA-AOA、amoA-AOB和nifH_a與AK正相關(guān)，nirK基因與AK負(fù)相關(guān)。除此之外，土壤溫度和土壤速效磷是影響氮循環(huán)功能基因的關(guān)鍵因子。

關(guān)鍵詞 耕作；地膜覆蓋；氮循環(huán)；功能基因；土壤理化性質(zhì)

氮循環(huán)是作物吸收氮氣的重要途經(jīng)，通常由固氮、銨同化、氨化、硝化作用、硝酸鹽還原以及反硝化等6種化合物轉(zhuǎn)化反應(yīng)而成^[1]。有些作用如生物固氮、硝化作用和反硝化作用等由特定的微生物功能基因所調(diào)控。硝化作用的過程一般分為兩步，且均在有氧條件下完成，首先是將銨態(tài)氮氧化為亞硝態(tài)氮，然后將亞硝態(tài)氮氧化為硝態(tài)氮，這兩步也被稱為氨氧化和亞硝酸鹽氧化^[2-4]。氨氧化過程主要是由氨氧化細(xì)菌（amoA-AOB）和氨氧化古菌（amoA-AOA）完成，其含有調(diào)控氨單加氧酶合成的amoA基因^[5]。反硝化過程是微生物將硝酸鹽還原為氣態(tài)氮化物和氮氣的過程，其中參與反硝化的功能基因主要有nirK、nosZ等功能基因調(diào)控的一系列微生物參與。固氮作用的本質(zhì)是氮氣轉(zhuǎn)化成氨的作用，其中參與此過程的游離微生物主要有固氮酶菌（nirK）等功能基因調(diào)控完成。由此可見，氮循環(huán)過程是由微生物催化的生化反應(yīng)過程，其中功能基因起著重要作用，是土壤環(huán)境的驅(qū)動者。

土壤功能微生物受耕作方式、氣候、施肥和覆蓋方式等多種因素影響^[6]，耕作作為一項傳統(tǒng)的改變土壤結(jié)構(gòu)的物理措施，主要影響土壤結(jié)構(gòu)從而改變土壤的水、熱、氣等理化性質(zhì)，土壤理化性質(zhì)方面的改變會直接影響土壤功能微生物多樣性和豐度^[7-10]。劉洪等^[11]研究表明，深旋、深耕可通過深度擾動土壤結(jié)構(gòu)，使更多有效土壤礦物養(yǎng)分得以釋放，進(jìn)而改變土壤功能微生物豐度。土壤微生物是探測土壤環(huán)境的重要指標(biāo)，其多樣性可以定義為土壤生命的豐富度，也反映生態(tài)脅迫對微生物的影響程度，尤其土壤功能微生物作為土壤功能的執(zhí)行者是近年研究的熱門話題^[12-13]。地膜覆蓋作為農(nóng)田系統(tǒng)中主要的覆蓋方式，具有保墑保溫等優(yōu)點而被廣泛使用，地膜覆蓋通常會改變土壤水、熱、氣等土壤性質(zhì)，能夠豐富土壤功能微生物多樣性，進(jìn)而影響土壤氮循環(huán)過程^[14]。中國目前研究土壤功能基因集中在氮轉(zhuǎn)化、氮排放為主的硝化、反硝化和固氮途徑方面，大多數(shù)主要集中在功能基因豐度層面，對于物種差異研究較少。基于地膜覆蓋的研究主要集中于水熱增產(chǎn)效應(yīng)等方面，對于地膜覆蓋的土壤氮循環(huán)所涉及的功能微生物的分析較缺乏文獻(xiàn)支撐^[15]。因此，本試驗通過設(shè)置4種不同處理來探究耕作方式和地膜覆蓋與氮循環(huán)功能微生物之間的相關(guān)性，以豐富現(xiàn)有研究下農(nóng)藝措施對土壤氮循環(huán)關(guān)鍵功能基因的作用機理。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

田間試驗始于2023年3月，地點位于中國甘肅省平?jīng)鍪徐`臺縣什字鎮(zhèn)（107°62′ E，35°06′ N），該地區(qū)氣候類型為溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫10.7 ℃左右，年平均降雨量650.7 mm左右，土壤類型為黃綿土。

1.2 樣品采集

在8月底馬鈴薯收獲期取根際土壤送到生物公司測定功能基因。土樣收集采用5點取樣法，3次重復(fù)；取1～30 cm深度土壤混勻后液氮速凍" （2 h）后放入-80 ℃冰箱冷藏，冷藏時間不超過" 3 d，干冰運輸。試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)置4個處理（表1），3次重復(fù)。供試材料為早熟馬鈴薯，品種為‘荷蘭15號’，試驗小區(qū)面積14 m×" 4.8 m=67.2 m²，種植密度4 000株/667m²，覆膜和露地均采用壟上微溝種植方式；每組處理施肥量保持一致，均為N 150 kg/hm²，P2O5 60kg/hm²，K2O 75 kg/hm²。

1.3 土壤理化指標(biāo)測定

土壤含水量用環(huán)刀法測定；土壤pH用電位法（土水比1∶2.5）測定；土壤有機碳使用TOC-VCPH/CPN分析儀測定；土壤全氮采用元素分析儀（Elementar Various EL Cube，德國）測定；土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鹽氧化法測定；土壤銨態(tài)氮（NH+4-N）、硝態(tài)氮（NO-3-N）采用流動注射分析儀（Skalar San++，荷蘭）測定；土壤總團聚體采用水懸掛濕篩檢法測定（稱取土量為50 g）；土壤溫度采用地溫計測定。

1.4 功能基因測定

功能基因多樣性測定過程：稱取鮮土0.5 g，采用OMEGA Soil DNA Kit（D5625-01）（Omega Bio-Tek， Norcross， GA， USA）試劑盒提取核酸。利用紫外分光光度計對DNA進(jìn)行定量。利用Illumina公司的TruSeq Nano DNA LT Library Prep Kit進(jìn)行建庫。利用BECKMAN AMPure XP beads純化PCR體系。用Agilent High Sensitivity DNA Kit對文庫做2100質(zhì)檢，利用 Quant-iT PicoGreen dsDNA Assay Kit 在 Promega QuantiFluor 對文庫進(jìn)行定量， 采用Illumina NovaSeq PE250進(jìn)行雙端測序，使用Genescloud軟件完成分析。引物信息見表2。

1.5 絕對定量PCR

采用Omega，cat M5635-02提取核酸，選擇任一樣品和目的基因引物進(jìn)行PCR，擴增結(jié)束后進(jìn)行瓊脂糖凝膠電泳，選擇目的片段并切下放置2 mL離心管中，1.5%瓊脂糖凝膠電泳進(jìn)行純化。測序PCR反應(yīng)選用的試劑為ABI公司的BDT3.1測序試劑盒（BigDyeTerminator v3.1）， AOA-amoA、AOB-amoA、nirK、nosZ 和nifH_a基因的反應(yīng)體系：1 μL" DNA模板，0.8 μL上游引物0.8 μL下游引物。

1.6 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析采用SPSS 2021單因素（ANOVA）檢驗，采用（LSD）法和鄧肯氏法進(jìn)行多重比較，繪圖采用Origin作圖。基于歐式距離矩陣，采用主成分分析（PCA）和置比較不同處理之間整體氮循環(huán)功能基因重復(fù)性的差異。利用Ｒ軟件中的Canoco" 5軟件進(jìn)行冗余分析（RDA），以揭示土壤理化性質(zhì)與氮循環(huán)相關(guān)功能基因的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作和覆膜對土壤理化性質(zhì)的影響

由表3可知，與傳統(tǒng)耕作相比，立式深旋耕作提高NH+4-N、SA和WCS含量5.9%、60.6%和36.4%；降低NO-3-N、AP和AK含量2.8%、" 8.8%和9.5%。與不覆膜相比，覆膜增加土壤NO-3-N含量、WCS和ST" 12.6%、30.3%和" 18.9%，降低速效磷含量、速效鉀含量23.9%和10.2%。VTP較VTB、TTP、TTB處理顯著增加WCS和SA含量29.5%、25.6%、115.5%和11.6%、63.1%、76.1%；VTP較VTB、TTP和TTB處理顯著降低土壤速效磷含量38.7%、" 27.8%和33.4%。

2.2 氮循環(huán)功能基因的PCA分析

由氮循環(huán)功能基因主成分PCA分析（圖1）可知，不同處理間氮循環(huán)功能基因分別處于4個明顯維度，說明組內(nèi)樣品重復(fù)性好，組間具有差異分析的統(tǒng)計學(xué)意義，4個處理之間功能基因豐度整體發(fā)生顯著變化 ，橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)為PCA1軸與 PCA2軸，其值分別為87.9% 和9.4%，分別表示氮循環(huán)功能基因在不同處理間的物種整體分布和組內(nèi)樣品相似度。兩點在坐標(biāo)軸上的投影距離越近，表明這兩個樣本間的物種豐度組成在相應(yīng)維度中越相似。圖1的橫、縱坐標(biāo)分別表示功能基因在不同處理中的差異貢獻(xiàn)程度；橫縱坐標(biāo)軸括號內(nèi)的百分?jǐn)?shù)分別為所有樣本在該維度上的物種豐度組成差異占總差異的比值。圖 1 所示，4組處理中，VTP處理與TTP處理在PCA1水平處于同一層面；VTP處理在PCA2水平和VTB處理處于同一層面；TTP處理在PCA1水平上與VTP處理在同一層面，TTP處理在PCA2水平上和TTB處理在同一層面。

2.3 耕作和覆膜對氮循環(huán)功能基因豐度的影響

2.3.1 氮循環(huán)功能基因OTU分析 圖2為氮循環(huán)功能基因OTU韋恩圖，OTU是微生物分類的重要指標(biāo)，一般按照物種序列相似度97%對菌進(jìn)行歸類，其值大小表示物種多樣性和豐度。由圖2可知，amoA-AOA基因在4個處理中共有的OTU為36個，在VTP處理中獨有OTU個數(shù)為54個。amoA-AOB基因在4個處理中共有OTU個數(shù)為47個，在4個處理中獨有OTU個數(shù)沒有顯著差異。nirK基因在4個處理中共有OTU為71個，在VTP處理和VTB處理中獨有OTU沒有顯著差異，但與其他兩組相比有顯著性差異（P＜0.05）。nosZ基因在4個處理中共有OTU為87個，在TTP和TTB處理中獨有OTU為79個，在VTB處理獨有OTU數(shù)量最高為88個，VTB處理與其他3組相比差異顯著（P＜0.05）。nifH_a基因在4個處理中共有OTU為228個，在VTP處理中獨有OTU最高為35個，VTP與其他3組處理存在顯著差異" （P＜0.05）。由此可知，耕作和覆膜能夠顯著影響氮循環(huán)功能基因OTU數(shù)量。

2.3.2 氮循環(huán)功能基因指數(shù)分析 由圖3可知，在Chao 1指數(shù)水平上，nifH_a基因指數(shù)最小，nirK基因指數(shù)最大。amoA-AOA基因在Chao 1指數(shù)水平上，VTP處理最大為492.67，相較于TTB處理增長86.1%，相對于VTB和TTP處理分別增長24.1%和48.4%且均達(dá)到差異顯著水平（P＜0.05）。amoA-AOB基因在Chao 1指數(shù)水平上，VTP處理相較于TTB處理增長" 86.5%，相較于TTP處理增加21.8%且達(dá)到差異顯著水平（P＜0.05）。在Chao 1指數(shù)水平上，nirK基因在VTP處理中指數(shù)最高為2 658.84，在TTB處理中指數(shù)最低為" 2 173.85，相較于傳統(tǒng)耕作，立式深旋耕耕作處理指數(shù)更高且與傳統(tǒng)耕作差異顯著。nosZ基因Chao 1指數(shù)在VTP處理中最高為2 292.78，在VTB處理中最低為" 1 251.8，與VTB和TTB處理相比，VTP處理Chao 1指數(shù)分別增長83.2%和60.8%，差異顯著。在Shannon指數(shù)水平上，amoA-AOA基因在VTP處理中最大為5.19，與VTB和TTB處理相比差異顯著（P＜0.05），且VTP處理相較于VTB處理增長63.6%，相較于TTB處理增長66.9%，而相較于TTP處理無顯著差異。amoA-AOB基因Shannon指數(shù)在VTP處理中最大為5.4 在TTP處理中最小為4.57，TTP處理相較于其他3個處理差異顯著（P＜" 0.05）。nifH_a基因Shannon指數(shù)在TTP處理中最大為4.8 在TTB處理中最小為2.5 VTP、TTP處理與VTB和TTB處理之間存在顯著差異（P＜" 0.05）。此外，與傳統(tǒng)耕作處理相比，立式深旋耕作處理在nirK基因上Shannon指數(shù)有顯著差異（P＜0.05）。

2.3.3 氮循環(huán)功能基因豐度分析 圖4顯示，VTP處理所有功能基因豐度均高于其他處理，但在amoA-AOA、amoA-AOB、nirK、nosZ功能基因上面相對于TTP處理無顯著性差異，而相較于VTB和TTB處理均達(dá)到差異顯著水平（P＜" 0.05），而在nifH_a基因上VTP處理相較于其他處理均達(dá)到顯著性差異（P＜0.05）。此外，所有處理中硝化功能基因 AOA-amoA、AOB-amoA基因豐度整體更高，其豐度在VTP處理中最高分別達(dá)7.62×107" μL^-1和9.26×107" μL^- nifH_a基因豐度在不同處理中相較于其他4個功能基因豐度最低為0.01×10⁷～0.061×107μL^-1。在固氮酶nifH_a功能基因方面，VTP處理nifH_a基因豐度最高且和其他處理相比都存在顯著差異（P＜0.05）。

2.4 氮循環(huán)功能基因物種豐度分析

圖5為amoA-AOA、amoA-AOB、nirK、nosZ和nifH_a基因在屬水平上的物種相對豐度，縱坐標(biāo)為每個基因注釋到的豐度前10的微生物物種。其中amoA-AOA基因在屬水平總共注釋到5種物種，主要以亞硝化球菌屬（Nitrososphaera）古菌屬（Nitrosocosmicus）和細(xì)小亞硝化菌屬（Nitrosotenuis）為主，其中亞硝化球菌屬（Nitrososphaera）在所有處理中所占比重最大為37%～62%。amoA-AOB在屬水平上總共注釋到5種物種，主要以亞硝化弧菌屬（Nitrosovibrio）、硝化螺菌屬（Nitrosospira）和亞硝化單孢菌屬（Nitrosomonas）等為主，其中亞硝化螺菌屬（Nitrosospira）在所有處理中占比最大為" 21%～36%。nirK基因注釋到屬水平前10物種主要以紅假單胞菌屬（Rhodopseudomonas）、根瘤菌屬（Pseudorhizobium）、中華根瘤菌（Sinorhizobium）、氨基桿菌（Aminobacter）、慢生根瘤菌屬（Bradyrhizobium）等物種為主，其中紅假單胞菌屬（Rhodopseudomonas）在所有處理中占比最大為14%～26%。nosZ基因注釋到屬水平的豐度前10物種主要以芽單胞菌屬（Gemmatimonas）、紅假單胞菌屬（Rhodopseudomonas）、土壤桿菌屬（Agrobacterium）、根瘤菌屬（Rhizobium）、固氮螺菌屬（Azospirillum）、慢生根瘤菌屬（Bradyrhizobium）等為主，其中芽單胞菌屬（Gemmatimonas）在所有處理中占比最大為15%～21%。nifH_a固氮酶基因注釋到屬水平前10的物種主要有地桿菌屬（Citrifermentans）、氮氫單胞菌屬（Azohydromonas）、固氮菌屬（Azotobacter）、慢生根瘤菌屬（Bradyrhizobium）、除硫單胞菌屬（Desulfuromonas）、類芽孢桿菌屬 （Paenibacillus） 等，其中除硫單胞菌屬（Desulfuromonas）在VTP和VTB處理中最大占比均為24%，地桿菌屬（Citrifermentans）在TTP和TTB處理中占比最大為33%和22%。

2.5 氮循環(huán)功能基因物種差異分析

圖6分別為氮循環(huán)功能基因在屬水平上的物種差異，amoA-AOA基因在屬水平總共注釋到5種物種，在未被分類的其他菌屬上4組無顯著差異外，在其他菌屬上VTP處理與其他處理相比存在極顯著差異（P＜0.001）。amoA-AOB基因在物種亞硝化螺菌屬（Nitrosospira）、亞硝化弧菌屬（Nitrosovibrio）上VTP處理與其他處理存在極顯著差異（P＜0.001），在亞硝化球菌屬（Nitrosococcus）上VTP和TTP處理與其他兩組處理存在極顯著差異（P＜0.001），在未被分類菌屬上VTP和VTB與TTP處理存在顯著性差異" （P＜0.05），與TTB處理相比存在極顯著差異（P＜0.001）。在其他菌屬上VTP處理與TTP處理存在顯著性差異（P＜0.01）；VTP與TTB處理存在極顯著差異（P＜0.001）。nirK基因在屬水平上總共注釋到76種菌，其中豐度前5物種中氨基桿菌屬（Aminobacter）、包西氏菌屬（Bosea）、慢生根瘤菌屬（Bradyrhizobium）、中慢生根瘤菌屬（Mesorhizobium）以及枝面菌屬（Mycoplana）上面VTP處理與其他3組相比存在極顯著差異" （P＜0.001），在包西氏菌屬（Bosea）上VTP、VTB處理和TTP、TTB處理存在極顯著差異（P＜" 0.001）。nosZ基因在屬水平上總共注釋到40種菌，其中豐度前5的菌屬慢生根瘤菌屬（Bradyrhizobium）上VTP、VTB與TTP、TTB相比存在極顯著差異，在紅假單胞菌屬（Rhodopseudomonas）上VTP與其他處理相比存在極顯著差異，在古菌屬（Tardiphaga）上VTP與VTB之間無顯著差異外，其他菌屬上VTP處理與其他處理相比均存在顯著性差異。nifH_a基因在屬水平上總共注釋到61種菌，在慢生根瘤菌屬（Bradyrhizobium）上VTP和TTP、TTB相比存在顯著性差異，在除硫單胞菌屬（Desulfuromonas）上VTP、VTB與TTP、TTB處理之間相比存在顯著性差異，在艾德昂菌屬（Ideonella）上其他組與VTB相比均存在顯著性差異，在溶桿菌屬（Citrifermentans）上VTP和TTP與其他兩組相比存在極顯著差異（P＜0.001），在短桿菌（Brevibacterium）和斯克爾曼氏菌屬（Skermanella）上VTP與其他處理相比均存在極顯著差異（P＜0.001）。由此可知，耕作和覆膜可顯著影響氮循環(huán)功能基因物種多樣性，相較于其他處理，立式深旋耕作覆膜氮循環(huán)功能基因物種多樣性更高。

2.6 氮循環(huán)功能基因與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性分析

圖7為氮循環(huán)功能基因與土壤理化因子的相關(guān)性分析，由圖可知，所有功能基因與ST、SA、AP和WCS顯著正相關(guān)，與土壤pH、SOC顯著負(fù)相關(guān)。amoA-AOA、amoA-AOB和nifH_a與AK正相關(guān)，nirK基因與AK負(fù)相關(guān)。除此以外，土壤團聚體、土壤速效磷、土壤溫度對氮循環(huán)功能基因的影響更加明顯。

3 討" 論

土壤功能微生物易受耕作、覆蓋以及施肥等農(nóng)業(yè)措施影響，已有多篇文獻(xiàn)報道不同耕作方式、覆蓋、施肥等農(nóng)業(yè)措施對土壤氮循環(huán)功能基因的影響，其結(jié)果不盡相同。王鎣燕等^[20]認(rèn)為化肥量配有機肥減施可顯著降低nirS和nirK功能基因豐度，同時顯著提高nosZ和phoD功能基因豐度，與此同時，功能基因物種多樣性沒有顯著變化。王倩等^[21]通過免耕和深耕（40 cm）+秸稈還田發(fā)現(xiàn)，深耕+秸稈還田顯著影響土壤功能基因amoA-AOA、amo-AOB和nosZ功能基因物種多樣性和豐度，即耕作方式和化肥施用均可顯著影響土壤氮循環(huán)功能基因物種多樣性和豐度。本次研究結(jié)果表明，與TTB處理相比，VTP處理顯著增加amoA-AOA、amo-AOB、nosZ、nifH_a功能基因豐度，這與王倩等^[21]的研究結(jié)果相符。郭俊杰等^[22]通過不同施肥方式發(fā)現(xiàn)單施化肥能夠顯著增加amoA-AOB、nosZ和nifH_a功能基因豐度，化肥結(jié)合秸稈覆蓋顯著增加土壤中amoA-AOB、nirK、narG、nosZ和nifH_a功能基因豐度，化肥+畜禽有機肥能夠顯著增加土壤所有氮循環(huán)功能基因豐度，由此可見，不同施肥方式能夠顯著影響氮循環(huán)功能基因豐度。高燕等^[23]通過不同耕作方式發(fā)現(xiàn)免耕顯著增加土壤氮循環(huán)nosZ、nifH_a和ureC功能基因豐度，并且耕作方式通過直接影響土壤理化性狀進(jìn)而影響土壤氮循環(huán)功能基因豐度。李彤等^[24]通過不同耕作方式發(fā)現(xiàn)，深松、深旋均能改變土壤水分和土壤團粒結(jié)構(gòu)，土壤水分顯著影響土壤amoA-AOA豐度，土壤團粒顯著影響土壤nosZ基因豐度，本次試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與TTB處理相比，VTB處理顯著增加土壤含水量，顯著降低土壤團聚體。由相關(guān)性熱圖可知，amoA-AOA基因與土壤含水量呈顯著正相關(guān)，nosZ基因與土壤團聚體呈顯著負(fù)相關(guān)。

深松、深旋結(jié)合地膜覆蓋在提高土壤功能微生物多樣性和豐度上均有顯著影響，深松+地膜覆蓋和深旋+地膜覆蓋處理下的土壤硝化功能amoA-AOA、amoA-AOB基因豐度均顯著高于傳統(tǒng)耕作處理^[25]，這與本次試驗結(jié)果相反，即與TTP處理相比，VTP處理在amoA-AOA、amoA-AOB、nirK、nosZ功能基因豐度上沒有顯著差異，相較于TTP處理，VTP處理顯著增加nosZ功能基因豐度，出現(xiàn)這種結(jié)果可能與耕作深度以及地區(qū)環(huán)境有關(guān)^[26]。覆蓋通常會影響土壤水分、土壤溫度和土壤透氣性，不同的覆蓋方式對土壤水分、土壤溫度和土壤透氣性影響程度不同，通常地膜覆蓋因其良好的保墑保溫以及成本低廉而被大量使用^[27-28]。侯慧芝等^[29]通過立式深旋結(jié)合地膜覆蓋試驗發(fā)現(xiàn)，立式深旋結(jié)合地膜覆蓋可以增加作物耗水量，減少土壤含水量，促進(jìn)作物速效鉀和速效磷吸收和地上部分生長，本次試驗結(jié)果顯示，VTP處理的土壤含水量顯著高于VTB處理，TTP處理的含水量顯著高于TTB處理，這可能與地膜保墑保水作用有關(guān)。深耕0～40 cm和深旋0～60 cm均可顯著降低土壤pH且提高土壤NO-3-N含量，pH與土壤氮循環(huán)功能基因顯著負(fù)相關(guān)，NO-3-N與氮循環(huán)功能基因顯著正相關(guān)^[30-31]，這與本次試驗結(jié)果有部分相同，既VTP處理NO-3-N含量顯著高于TTB處理，但在土壤pH方面沒有顯著差異，這可能與地區(qū)土壤性質(zhì)有關(guān)。深旋、深松結(jié)合地膜覆蓋可顯著提高土壤0～30 cm的土壤SOC和NO-3-N、NH+4-N含量和土壤有效積溫，降低團聚體和有機質(zhì)^[32-34]，肖力婷等^[35]通過覆蓋試驗發(fā)現(xiàn)土壤氮循環(huán)功能基因豐度主要受土壤全氮、土壤有機質(zhì)、土壤速效磷和土壤速效磷的影響，本次研究結(jié)果表明，氮循環(huán)功能基因與土壤全氮、土壤有機質(zhì)、土壤速效磷和土壤速效磷含量呈顯著正相關(guān)，與肖力婷等^[35]的研究結(jié)果相符。

耕作方式和地膜覆蓋均可顯著影響氮循環(huán)功能基因豐度和物種多樣性，其作用過程主要是因為耕作方式和地膜覆蓋改變了土壤水分、養(yǎng)分、氧氣、pH、溫度等土壤理化性質(zhì)，進(jìn)而對氮循環(huán)功能基因產(chǎn)生影響^[36-38]。而土壤溫度、土壤速效磷、土壤有機質(zhì)和土壤團聚體是影響土壤氮循環(huán)功能基因豐度^[39]的主要因素。

4 結(jié)" 論

立式深旋耕作顯著提高amoA-AOA、nifH_a基因豐度，顯著提高土壤≥2 mm團聚體占比和土壤含水量。地膜覆蓋顯著提高amoA-AOA、amoA-AOB、nirK、nosZ和nifH_a基因豐度，顯著提高土壤硝態(tài)氮含量、土壤含水量和土壤溫度；顯著降低土壤速效磷、速效鉀含量。立式深旋耕作覆膜較其他處理提高NH+4-N含量、土壤含水量和土壤溫度3.9%～7.9%、29.5%～78.1%和" 1.7%～20.9%，降低速效磷、速效鉀和總團聚體含量27.8%～38.7%、0.6%～17.9%和0.7%～33.4%。土壤含水量與amoA-AOB、nirK、nosZ和nifH_a基因正相關(guān)，土壤硝態(tài)氮、速效磷、土壤溫度和土壤≥2 mm團聚體與所有氮循環(huán)功能基因正相關(guān)；土壤pH、土壤有機碳與所有氮循環(huán)功能基因負(fù)相關(guān)。除此之外，土壤溫度和土壤速效磷是影響氮循環(huán)功能基因物種差異的主要" 因素。

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Effects of Tillage and Mulching on Nitrogen Cycling Functional Microbes in the Rhizosphere Soil of Potatoes

WEI Yanxiong ²，ZHANG Xucheng ^2，3，4，MA Mingsheng^2，3，4，YIN Jiade^2，3，4，

HOU Huizhi^2，3，4，ZHAO Qizhi¹ and XIE Junhong¹

（1.College of Agronomy， Gansu Agricultural University， Lanzhou 730070， China; 2.Key Laboratory of Green and

Low-carbon Agriculture for Northwest Arid Regions， Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Lanzhou 730070，

China; 3.Institute of Dryland Agriculture， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou 730070， China;

4.Key Laboratory of Efficient Water Utilization in Dryland Farming Areas of Gansu Province，Lanzhou 730070， China）

Abstract To address the differences in cultivated land quality and potato yield caused by different tillage methods and plastic mulching in the Longdong region of Gansu， we conducted an experiment at the Lingtai Potato Field Experimental Base of the Gansu Academy of Agricultural Sciences.The study investigated the effects of tillage methods （vertical deep rotary tillage， traditional tillage） and mulching （plastic mulching， no mulching） on nitrogen cycling functional microbes in the rhizosphere soil of potato fields.The results showed that compared to traditional tillage， vertical deep rotary tillage increased the abundance of amoA-AOA and nifH_a" genes by 16.8% and 46.7%， respectively， and enhanced soil NH+4-N， soil moisture content， and the proportion of soil aggregates ≥2 mm by 5.9%， 36.4%， and 60.6%， respectively.Compared to no mulching， plastic mulching increased the abundance of amoA-AOA， amoA-AOB， nirK， nosZ， and nifH_a" genes by 64.5%， 47.6%， 41.6%，30.9%， and 170.5%， respectively.It increased soil NO-3-N content， soil moisture content， and soil temperature by 12.6%， 30.3%， and 18.9%， respectively， while reducing available phosphorus and potassium（AK） contents by 31.4% and 11.4%， respectively.Vertical deep rotary tillage with mulching increased NH+4-N content， soil moisture content， and soil temperature by 3.9%-7.9%，29.5%-78.1%， and 1.7%-20.9%， respectively.It also reduced（AK）， available potassium content， and total aggregate content by 27.8%-38.7%， 0.6%-17.9%， and 0.7%-33.4%， respectively.Redundancy analysis indicated that all functional genes had significantly positive correlation with soil temperature， soil aggregates ≥2 mm， AK， and soil moisture content， while showing significant negative correlations with soil pH and organic carbon.The amoA-AOA， amoA-AOB， and nifH_a" genes were positively correlated with" AK， whereasnbsp; the nirK gene was negatively correlated with AK.In addition， soil temperature and available phosphorus were identified as key factors influencing nitrogen cycling functional genes.

Key words Tillage; Plastic mulching; Nitrogen cycle; Functional genes; Soil physicochemical properties

Received" 2024-03-15 Returned 2024-04-15

Foundation item The National Key Research and Development Program （No.2021YFD1900700）;Science and Technology Plan of Gansu Province （No.23JRRA1340， No.22JR5RA763）; Support Project of Gansu Provincial Department of Agriculture and Rural Affairs （No.KJZC-2023-5）;Research Project of Gansu Academy of Agricultural Sciences（No.2023GAAS05， No.2023GAAS20）.

First author WEI Yanxiong male， masterstudent.Research area：farming system and crop cultivation.E-mail：1454031601@qq.com

Correspondingauthor ZHANG Xucheng，male， research fellow.Research area：physiological ecology and cultivation of dryland crops.E-mail：gszhangxuch@163.com

XIE Junhong male， research fellow.Research area：dryland agriculture.E-mail：xiejh@gsau.edu.cn

（責(zé)任編輯：史亞歌 Responsible editor：SHI Yage）