Journal of Plant Ecology ›› 2024, Vol. 17 ›› Issue (6): 1-16.DOI: 10.1093/jpe/rtae092
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Yi-Heng Tao1,†, Yi Fan2,3,†, Shuang Pang2,3, Shu-Han Zhang2,3, Jing-Kuan Wang1, Hong-Tao Zou1, Jiu-Bo Pei1 and Xi-Mei Zhang2,3,*
摘要: 豆科作物能通过刺激固氮微生物提高土壤养分含量和作物生产力。然而,目前对豆科植物影响固氮微生物的研究多集中在表土,而对深层土壤的整体影响及对相关微生物的作用机制仍缺乏深入分析。本研究通过宏基因组测序技术,探究了种植豆科和非豆科作物对0–20,20–50和50–100 cm土层中土壤固氮微生物群落结构的影响。研究发现,种植豆科作物处理的固氮基因(nifH,nifD和nifK)相对丰度仅在表层土(0–20 cm)中显著高于种植非豆科作物处理。在种植豆科作物处理下,表层土固氮基因的相对丰度显著高于深层土,而种植非豆科作物处理下固氮基因的相对丰度表现出与之相反的深度依赖性模式。结合土壤理化性质,我们发现固氮基因的相对丰度与土壤水分、总碳(TC)和可溶性有机碳(DOC)含量显著相关。随机森林模型分析的结果也表明,土壤TC和DOC是影响固氮基因的关键因素。进一步分析发现,两种作物种植下不同土层的碳分解基因的相对丰度也呈现出与固氮基因类似的土层深度依赖性模式。在豆科作物种植下,土壤中碳分解基因的相对丰度与固氮基因的相对丰度呈负相关,这与非豆科作物的结果不同。这些研究结果强调了豆科植物对固氮微生物群落影响的土层深度依赖性,以及土壤碳分解与固氮过程之间的相互作用,为未来农业通过碳管理来增强豆科作物的固氮作用提供了重要启示。