论文链接：https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2025.120995

近日，吉林农业大学林学与草学学院赵曦阳教授团队在国际知名期刊《Industrial Crops & Products》（中国科学院一区，TOP期刊，IF：5.6）发表了题为“Contrasting mechanisms of poplar and rhizosphere soil influenced by urea and compound fertilizer”的研究论文。该研究通过元素含量、高通量测序、转录组学和代谢组学等方法进行分析，表明了杨树和根际土壤微生物组及代谢功能对尿素和复合肥的响应。

1.土壤养分含量和酶活性分析

尿素显著提升非根际与根际土壤中NH₄⁺、SOC及速效磷含量，复合肥增加NO₃^-含量；两种肥料均增强碳、氮、磷代谢相关酶活性，其中尿素对碳氮代谢的促进作用更显著。

图1 不同施肥处理下的养分和酶活性

2. 宏基因组学分析

肥料处理提高根际微生物的多样性及均匀度，并改变群落组成；尿素增加变形菌门和拟杆菌门丰度，复合肥促进放线菌门的繁殖。

图2 宏基因组学分析

3.肥料对氮转化微生物及其代谢的影响

尿素和复合肥处理下，链霉菌、硝化螺旋菌发生显著变化，且尿素的影响更为突出；尿素处理显著提高了硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶等8种氮代谢酶相关基因的丰度；微生物群落的变化与土壤性质显著相关（RDA=76.46%）。

图3 肥料对氮转化微生物及其代谢的影响

4.代谢组学分析

不同施肥处理的代谢谱明显分离，其中尿素的影响更为显著；尿素和复合肥分别显著上调142和134种代谢物，下调106和37种代谢物；代谢物变化与土壤养分（NH₄⁺、NO₃^-、SOC等）显著相关。

图4 根际土壤代谢组特征

5.宏基因组学和代谢组学分析

宏基因组和代谢组结合分析得出，尿素处理改变了碳代谢，其中棉子糖、蔗糖、甘露糖、D-山梨醇可能参与相关基因表达的调节。

图5 差异富集KEGG通路

6.根内微生物群落分析

肥料改变根内微生物群落组成，真菌群落受到的影响更大。根内细菌的核心菌门的相对丰度改变；尿素增加真菌群落的核心菌门子囊菌门的相对丰度，复合肥促进被孢霉门的相对丰度。

图6 不同施肥处理下根系细菌群落α多样性(A)、
主成分分析(B)和门组成(C)的变化、
根系真菌群落特征包括α多样性(D)、
主成分分析(E)和门组成(F)

7.根系代谢功能

尿素促进根部半胱氨酸代谢增强，抑制半乳糖代谢；复合肥提高生长素关键成分IAA，抑制IAA分解，促进其在根部累积。

图7 尿素处理下根系半胱氨酸代谢和半乳糖
代谢途径的变化

图8 复合肥料改变了根系生长素代谢途径的
基因和代谢物

8.总结

本尿素和复合肥处理均加速碳、氮和磷代谢，其中尿素处理对碳和氮代谢影响更大，复合肥处理对磷代谢影响更大。尿素应在早期生长期使用，以提高氮的可用性（通过增加NH4⁺），刺激碳/氮代谢酶（如脲酶、亮氨酸氨基肽酶）的活性，并通过丰富变形菌和氮循环酶基因（如硝酸还原酶）加速氮转化。复合肥更适合在生长期中后使用，以维持NO3^-和磷的可用性，增加放线菌的数量，并通过上调3-吲哚乙酸促进生长素积累，促进根系发育。

该论文通讯作者为吉林农业大学林学与草学学院赵曦阳教授，论文第一作者为由义敏副教授。