不同水稻品种土壤养分和微生物群落对臭氧浓度升高的响应OA

近地层臭氧(O_(3))浓度升高对水稻生产的威胁日益加剧,但其对土壤养分循环及微生物等地下生态系统的影响机制及剂量效应尚不明晰。本研究以长江三角洲地区3种主栽水稻品种(淮稻5号、南粳5055号、武运粳27号)为对象,通过开顶气箱(Open Top Chamber)模拟不同O_(3)浓度梯度[NF(环境大气)、NF20(环境大气+20 nmol·mol^(–1) O_(3))、NF40(环境大气+40 nmol·mol^(–1) O_(3))、NF60(环境大气+60 nmol·mol^(–1) O_(3))]的84 d熏蒸试验,系统解析O_(3)浓度升高对稻田土壤养分含量及微生物群落的剂量效应。结果表明,O_(3)浓度升高显著改变水稻灌浆期表层土壤硝态氮(NO_(3)^(-)-N)和有效磷(AP)含量、甲烷氧化菌(pmoA)和古菌丰度,而可溶性有机碳(DOC)、全碳(TC)、速效钾(AK)含量、细菌和产甲烷菌丰度无显著响应。不同水稻品种存在特异性响应规律,O_(3)和水稻品种的交互效应显著影响土壤铵态氮(NH_(4)^(+)-N)、NO_(3)^(-)-N和AP含量,其中O_(3)熏蒸显著降低淮稻5号土壤NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N含量、武运粳27号NO_(3)^(-)-N含量,其抑制作用随O_(3)浓度升高而减弱;而高浓度NF60处理下南粳5055号NO_(3)^(-)-N、武运粳27号NH_(4)^(+)-N含量显著增加。淮稻5号土壤AP含量与O_(3)浓度呈显著负相关,而其他两个品种无显著剂量效应。O_(3)熏蒸显著增加南粳5055和武运粳27品种土壤pmoA丰度,其促进效应与O_(3)浓度呈显著正相关。同时O_(3)浓度升高显著改变土壤细菌群落结构,其中南粳5055品种绿弯菌门(Chloroflexi)、武运粳27品种拟杆菌门(Bacteroidota)的相对丰度与O_(3)浓度呈显著正相关,南粳5055品种Bacteroidota、淮稻5品种脱硫菌门(Desulfobacterota)则呈显著负相关,而南粳5055、武运粳27品种碳氮代谢通路丰度随O_(3)浓度升高呈非线性剂量关系。研究结果表明不同水稻品种的土壤养分含量和微生物群落对O_(3)胁迫存在特异性响应,且其对O_(3)的敏感度可能存在阈值浓度,因此关于O_(3)胁迫对地下生态系统元素循环的影响机制及其关键生态阈值的精确量化,仍需长期定位观测来深入解析。研究可为量化O_(3)污染的稻田生态风险及抗性品种选育提供理论依据。