集约化柑橘种植抑制土壤磷循环微生物活性

微生物是调节土壤磷循环的关键驱动力.阐明土壤解磷菌的微生物矿化过程对于提高植物养分吸收率和作物产量具有重要意义.通过测定柑橘园与毗邻的自然林地土壤编码碱性磷酸酶基因(phoD)丰度、解磷细菌群落多样性和土壤无机磷组分,探究柑橘种植对土壤微生物获取磷策略的影响机制.结果表明,柑橘种植导致土壤pH下降,土壤有效磷累积,ω(有效磷)平均值高达112 mg·kg^(−1),显著高于毗邻的自然林地(3.7 mg·kg^(−1)).柑橘种植也会影响土壤磷素组成,柑橘土壤含有较高的可溶态磷(CaCl_(2)-P)、柠檬酸提取态磷(Citrate-P)和矿物结合态磷(HCl-P).自然林地土壤各磷组分均显著低于柑橘土壤,而phoD基因丰度和碱性磷酸酶活性显著高于柑橘土壤.高通量测序结果表明,柑橘土壤解磷细菌Shannon指数(4.61)显著低于自然林地(5.35),群落结构也有别于自然林地.柑橘种植改变了土壤解磷菌的群落组成,自然林地变形菌门的相对丰度显著低于柑橘土壤.土壤有效磷含量与碱性磷酸酶活性呈显著负相关,表明土壤高磷累积抑制土壤解磷细菌的活性.柑橘种植改变了土壤微生物对磷的获取策略,在柑橘园中,土壤微生物主要依赖外源磷,而自然林地土壤微生物主要以微生物分泌碱性磷酸酶矿化有机磷来获取磷的方式满足其生长需求.

不同柑橘种植年限土壤胞外酶生态化学计量特征及其驱动因子解析

土壤胞外酶生态化学计量特征可用于评估微生物对资源和养分的获取情况,是评价土壤肥力和微生物活性的重要指标。然而,高强度集约化柑橘种植对土壤胞外酶计量特征的影响机制尚不清楚。为探讨集约化农业种植对土壤酶化学计量特征及其对种植年限的响应,本研究以三峡库区河岸带不同种植年限柑橘为研究对象,采集根际土壤,测定与碳氮磷循环相关的胞外酶活性和功能微生物基因丰度,通过胞外酶生态化学计量特征去评估土壤微生物对氮磷养分及资源的需求状况。结果表明,柑橘种植年限的增加会提高土壤有效氮和有效磷的含量,其中磷素累积更为明显。种植30 a的柑橘土壤有效磷含量约为5 a柑橘土壤的3.5倍,远高于柑橘生长需求阈值。柑橘种植年限增加会显著降低土壤碳磷循环相关酶活性,增加氮获取酶活性。从功能基因角度来看,编码碱性磷酸酶的phoD基因丰度显著下降,从4.84×10^(7)copies·g^(-1)下降至9.24×10^(6)copies·g^(-1)。土壤功能微生物基因丰度的下降是导致碱性磷酸酶活性降低的直接因素。土壤酶化学计量特征也随着柑橘种植年限的增加而改变。土壤酶矢量角度由58.21°降低至18.70°,表明土壤微生物对养分的需求由磷限制转换为氮限制,低柑橘种植年限土壤微生物以磷限制为主,高柑橘年限土壤微生物以氮限制为主。高强度柑橘种植过程中,需减少磷肥施用,增加有机肥等碳源投入,提高微生物活性。研究结果可为高强度集约化柑橘种植土壤质量提升和果园的可持续管理提供理论依据。