二氧化碳（CO₂）作为引起气候变化的主要因素之一，其浓度增加已深刻影响了陆地生态系统的生物地球化学循环。土壤氮循环是由微生物驱动的生物地球化学循环的重要组成部分，与土壤生产力的维持、环境保护以及土壤生态系统的可持续发展密切相关。大气CO₂浓度升高会通过改变植物-土壤-硝化和反硝化微生物的相互作用来影响土壤硝化和反硝化过程。因此，评估硝化和反硝化微生物对CO₂（eCO₂）浓度升高的响应对于制定特定的氮控制管理计划、维持农业生态系统的稳定性和可持续性、管理温室气体排放具有重要意义。

东北黑土区拥有丰富的大豆种质资源，大豆对大气CO₂浓度升高的响应比其他非豆科C3作物和C4作物更敏感。然而，有关大豆根际硝化细菌AOB/nirS-型反硝化细菌群落结构和功能对大气CO₂浓度升高的响应却鲜有报道。基于此，东北地理所农田分子生态学科组研究人员利用开顶式气候箱（Open Top Chamber,OTC）模拟大气CO₂浓度升高条件，选择东北黑土区不同种植年代的大豆品种根际土壤作为研究对象，分析大豆鼓粒初期土壤根际AOB和nirS-型反硝化细菌功能基因的丰度和群落结构，测定硝化潜势和反硝化潜势，旨在拓展对大气CO₂浓度升高条件下土壤氮循环关键过程的认知，为制定适应未来气候变化的豆科作物农田氮肥管理策略提供数据支撑和理论依据。

研究结果显示，不同大豆品种根际土壤的硝化潜势和反硝化潜势对CO₂升高的响应存在差异（图1）。高CO₂没有显著影响amoA和nirS群落结构（图2），但是部分微生物类群的相对丰度呈现下降趋势，这可能有助于减缓黑土区的NO₂排放。然而，这些微生物在不同大豆品种根际表现出相反的变化趋势，可能加速NO₂排放。因此，不同品种根际微生物的硝化和反硝化潜势在高CO₂升高条件下的变化可能会影响大豆根际氮循环过程和温室气体NO₂的排放，应在大豆品种选用中予以考虑。

该研究成果近期发表在国际期刊Applied Soil Ecology上，硕士研究生高志颖为论文的第一作者，于镇华副研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金（42177435和32172123）和黑龙江省重点基金（ZD2021D001）共同资助。

图1 . 不同大豆品种在大气CO₂浓度升高和不升高条件下根际土壤硝化和反硝化潜势变化（XHJ、MF5、SN14和DS1分别代表大豆品种小黄金、牡丰5、绥农14和东生1号）

图2. 大气CO₂浓度升高对AOB（A）和nirS-型反硝化细菌（B）群落结构的影响

论文信息：

Zhiying Gao,Lili Guo,Yansheng Li,Jian Jin,Ying Xu,Xiaobing Liu,Zhenhua Yu*.Impacts of short-term increased CO₂ levels on the composition of amoA-type nitrifying and nirS-type denitrifying bacterial communities in soybean rhizosphere in Mollisols. Applied Soil Ecology. 2024, 199: 195408.

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0929139324001392