红黄壤是我国重要的土地资源,其耕地资源约占全国耕地面积的30%。该地区资源丰富,农业产值的贡献约为50%,其具有巨大的农业发展潜力与区域发展优势,在农业发展方面一直走在我国前列。然而由于长期对耕地资源的不合理利用和农业生产中大量化肥的投入加剧了土壤养分流失和耕地质量退化,从而导致养分利用率降低,农作物产量有待提升,这些问题制约了当地农业持续性发展。生物质炭和沼液作为调节养分循环、促进养分增效和土壤肥力提升的改良剂,在调控氮循环以及提升氮素有效性方面具有显著效果。为明确氮循环功能基因对作物氮素利用率的影响,研究生物质和炭沼液配施条件下氮循环功能基因动态特征及其对作物氮素利用的影响十分必要。基于上述探讨,本研究以浙江红黄壤为研究对象,探索不同添加量生物质炭和不同剂量沼液替代化肥对土壤肥力因子、土壤氮循环功能基因相对丰度以及作物产量和氮素吸收利用的影响。设置生物质炭(350℃猪粪炭)和沼液两个因素,其中生物质炭分四个水平(C0:0 t·hm~(-2),C1:22.5 t·hm~(-2),C2:45 t·hm~(-2),C3:90 t·hm~(-2)),沼液分为三个水平替代化肥(B0:不施沼液,B1:50%替代氮肥,B2:100%替代氮肥)。研究生物质炭-沼液配施条件下土壤肥力、氮循环功能基因丰度的响应动态特征以探索生物质炭和沼液配施对提升作物产量和氮素利用率的效果,本研究为进一步明确功能基因调控氮素增效奠定基础。通过试验研究得到以下研究结果:(1)施加生物质ruminal microbiota炭有效缓解了土壤酸化的问题。单施生物质炭显著提高了土壤p H(p<0.05)。生物质炭沼液配施对于土壤p H的有显著提升作用,C3B2处理比C0B2处理显著提高了13.63%(p<0.05)。随着生物质炭剂量的增加土壤容重呈显著降低趋势,其中C3B0处理与CK处理相比降低了12.98%(p<0.05)。在作物收获期,C3B0处理与CK相比土壤容重显著下降了33.71%(p<0.05)。C3B2处理比C0B2处理土壤容重显著降低了21.09%(p<0.05)。生物质炭沼液配施提高了土壤养分含量,且随着生物质炭和沼液施用量的增加土壤养分含量逐渐提高。C0B2处理提升土壤养分的效果优于单施化肥C0B0处理。C0B2处理铵态氮和硝态氮含量分别比C0B0处理增加了62.5%、55.65%。单施生物质炭提升了土壤有机碳组分,其中对土壤总有机碳含量的影响最为显著(p<0.05),C3B0处理比C2B0处理总有机碳含量显著提高了53.22%。双因素方差分析表明,生物质炭沼液联合施用显著降低了土壤酸度和土壤容重,提升了土壤全氮、铵态氮、硝态氮、全磷和有效磷含量(p<0.05)。(2)单施化肥、单施沼液和单施生物质炭(2%施用量)处理均显著增加了amo A功能基因相对丰度,C0B2处理增幅最大为95.65%(p<0.05)。C3B2处理显著降低了amo A功能基因相对丰度(p<0.05),C0B0处理则提高了amo B功能基因相对丰度。C3B0和C3B2处理分别增加了nir S、nir K功能基因相对丰度。C0B2处理与CK处FG-4592理相比显著降低了nar G功能基因相对丰度,降幅为44.68%(p<0.05)。C3B0处理炭显著提升了ure C功能基因相对丰度(p<0.05),C0B2处理与C3B0处理相比显著提升了土壤nif H功能基因相对丰度,增幅为23.53%(p<0.05)。C3B0处理hzs B功能基因相对丰度比CK处理相比显著降低了60.92%(p<0.05)。冗余分析结果显示,硝态氮(p=0.037)、铵态氮(p=0.026)与nir S和nar G功能基因丰度呈现较强正相关关系,土壤全氮(p=0.002)分别与ure C和nap A功能基因丰度呈显著正相关,土壤容重(p=0.032)与hzs B功能基因呈正相关关系。土壤铵态氮(p=0.044)与氨化作用(gdh)功能基因丰度相关性较强。结构方程模型(SEM)显示,硝化作用功能基因丰度和固氮作用功能基因丰度对物氮素农学利用率影响为(路径系数0.64、0.68),厌氧氨氧化作用对氮素利用率的影响为(路径系数-0.26)。(3)2021selleckchem ABT-199年包菜、红薯氮素累积量、产量与氮素利用率在整体水平上略高于2022年。包菜氮素累积量在2021年C3B1处理最高为55.48 kg·hm~(-2),C3B0处理比C2B0处理显著提升了20.08%(p<0.05)。红薯不同部位氮素累积量表现为块茎>叶>茎,2021年C3B2处理红薯块茎氮素累积量最高,为82.74 kg·hm~(-2),C3B2处理对于红薯块茎氮素累积量效果优于C1B2处理。本试验研究结果表明:生物质炭配施沼液可以显著降低土壤酸度,提升土壤铵态氮、硝态氮以及有效磷含量,通过降低土壤容重缓解了土壤因大量施肥而带来的土壤板结的问题。同时提高了土壤有机碳组分含量,为土壤微生物的生命活动输入了丰富碳源。生物质炭与沼液配施有效降低了土壤硝化作用氨单加氧酶功能基因相对丰度,进而缓解了硝酸盐流失问题。单施生物质炭提升了土壤亚硝酸盐氧化还原酶功能基因相对丰度,缓解土壤亚硝酸盐的积累并促进了氮素转化。生物质炭与沼液配施增加了作物氮素累积量、提高了作物产量。促进了作物氮素农学利用率的提升,为实现农业高效和高质量发展奠定了基础。