施用氮肥是生产上提高茶叶产量与改善品质的重要措施，但过量施氮不仅造成肥料浪费，还会加剧土壤酸化。硝化和反硝化作用是驱动土壤氮循环的核心生物化学过程，未被茶树吸收利用的氮素在硝化-反硝化作用下以硝酸盐、N2O、N2形态经径流、淋溶、气体排放等多种途径进入水体或大气环境，容易引发富营养化、气候变暖等生态问题（图1）。长期以来，经典土壤学理论多基于偏中性的温带土壤研究，而对在我国亚热带地区广泛分布的酸性茶园土壤中的硝化-反硝化过程的理解并不清晰。

为了明确茶园土壤氮素循环如何响应长期施肥的机制，茶树营养与养分管理创新团队在野外长期定位试验基础上，通过化学抑制，结合荧光定量PCR和土壤宏基因组等技术，研究了茶园土壤硝化-反硝化作用及其关联微生物群落对长期不同施氮水平的响应特征，并从微观角度对其影响机制进行解析。研究结果证实强酸性的茶园土壤可以保持较强的硝化强度，增加氮肥用量能显著增强土壤硝化潜势（图2）。此外，通过测定控制土壤硝化作用快慢的“氨氧化”步骤的两个关键微生物，氨氧化古菌（AOA）和氨氧化细菌（AOB）的相对贡献，发现随着氮肥用量增加，氨氧化步骤逐渐从AOA驱动转变到AOB驱动，即外源氮素（氮肥）会刺激AOB驱动的氨氧化过程（图2）。长期施氮显著增强了反硝化活性，茶园土壤反硝化作用潜势与氮肥用量显著正相关（图3A）。参与土壤反硝化过程的相关功能基因（narG、nirK、norB和nosZ）的丰度（图3B），及关联微生物群落的种群丰度（图4）也随着氮肥用量增加得到显著升高。

上述研究揭示出长期施氮条件下硝化反硝化作用底物供应的增强，诱导并正向调控关联微生物群落及相关功能基因表达，是让茶园土壤在酸化条件下继续保持氮素快速周转能力的重要机制。因此，对茶园土壤中的活性氮损失过程，如硝态氮淋溶、氧化亚氮（N2O）排放仍然需要保持高度关注。

研究结果先后发表在Environmental Research 和Science of the Total Environment上，我所杨向德博士为第一作者，马立锋和阮建云研究员为通讯作者。该研究得到了中国农业科学院创新工程、国家茶产业技术体系等项目的资助。

图1  土壤氮循环主要过程

图2  总硝化、自养硝化、OA和AOB驱动硝化速率对氮肥用量的响应特征及相对贡献

图3  施氮水平对土壤反硝化潜势（A）及相应功能基因（B）丰度的影响

图4  施氮水平对土壤反硝化关联微生物群落组成及丰度的影响

• 上一篇：我所开展“廉洁文化建设宣传月”系列活动
• 下一篇：我所召开党员干部大会传达学习党的二十大精神