油茶籽油因富含不饱和脂肪酸被誉为“东方橄榄油”,大力种植油茶是缓解我国用油紧张、保障食用油安全的重要国策之一。然而,油茶生长周期长,长期种植易产生林地土壤肥力下降、产量降低等一系列问题。相关研究发现,上述问题可能与油茶根际养分循环过程有关,尤其是土壤供氮能力不足将直接影响油茶产量。土壤氮循环过程需要微生物驱动,微生物多样性及分布受到土壤团聚体大小、稳定性及养分储存能力差异的影响。那么,长期种植的油茶林地土壤团聚体养分含量如何演变?不同林龄油茶林土壤团聚体氮素有效性和细菌群落结构是否存在差异?影响土壤氮素转化速率的原因及其调控途径是什么?针对上述问题,拟对不同林龄油茶林地土壤团聚体氮转化过程及细菌群落特征进行差异性研究。本研究以中国油茶主产区之一湖南攸县的幼龄期、盛果期、衰退期林地土壤为研究对象,将土壤团聚体划分为>2 mm、2-0.25 mm、<0.25 mm三个粒级,探究油茶长期种植土壤团聚体理化性质、酶活性的变化以及氮转化能力的差异;结合高通量测序研究油茶长期种植对林地土壤团聚体细菌群落结构和潜在功能的影响;采用回归分析、冗余分析、结构方程模型等方法剖析不同生长阶段油茶林土壤团聚体氮素有效性差异的微生物学机制。主要研究结论如下:(1)随着林龄增加土壤团聚体稳定性呈现先增加后下降的趋势,土壤有机质(SOM)含量逐渐增加;土壤总磷(TP)、速效磷(AP)、总钾(TK)、速效钾(AK)含量则呈逐渐下降的趋势。相较于幼点击此处龄林土壤,衰退期土壤中AP含量下降73.7%,AK含量下降66.5%,均达显著水平(p<0.05)。盛果期油茶林土壤团聚体稳定,SOM含量在此生长阶段增幅最大,增幅为47.5%,团聚体稳定性变化可能与土壤SOM含量波动有关。土壤AP、AK含量在生长至衰退期大幅下降说明油茶长期种植对土壤中速效养分消耗大。相关性分析表明,土壤AP、AK养分显著降低可能是导致油茶林土壤蔗糖酶(Inv)、酸性磷酸酶(ACP)活性下降,养分周转效率降低的重要原因。(2)随着林龄的增加,土壤全氮(TN)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)含量均呈现先降低后缓慢回升的趋势,林龄变化对土壤氮含量的影响达到极显著水平(p<0.01);进一步分析表明粒径大小影响土壤全氮、NO3--N在团聚体中的分布(p<0.05)。微团聚体由于具有更大的比表面积而吸附更多的NH4+-N,NO3--N则主要分布在大团聚体中Biogenic Fe-Mn oxides。随林龄增加,土壤大团聚体中NH4+-N含量变化幅度最大,盛果期NH4+-N含量减少22.57 mg·kg-1,后生长至衰退期增加21.56 mg·kg-1。而NO3–N含量随林龄变化产生的差异则主要体现在微团聚体中,盛果期NO3–N含量减少29.11BLZ945浓度mg·kg-1,后生长至衰退期增加16.46mg·kg-1。相关性分析结果发现氮含量与土壤pH、几何平均直径(GMD)显著相关,说明衰退期土壤有效氮素含量增加可能与长期种植导致的土壤酸化、团聚体破碎有关。(3)长期种植显著影响了氮素周转速率,土壤净矿化、净硝化速率、反硝化速率下降,净氨化速率则呈增加的变化趋势,说明经长期种植后的油茶林地土壤对有机氮利用效率提高,土壤氮素转化以氨化作用为主。不同林龄土壤<2 mm的小团聚体和微团聚体中净氨化、净矿化速率更高,反硝化速率的峰值则更易出现在>0.25 mm的大团聚体中。环境因子与土壤氮转化过程酶活性相关性分析发现,长期种植SOM、AK含量波动引起参与氨化过程的脲酶(Ure)活性升高,而参与硝化、反硝化过程的氨单加氧酶(AMO)、硝酸还原酶(NR)、亚硝酸还原酶、一氧化氮还原酶活性降低进而导致了不同林龄土壤中有效氮含量发生变化。(4)长期种植后土壤细菌群落的丰富度和多样性显著升高,且各粒级土壤团聚体中,幼龄期土壤细菌群落结构显著区别于其他林龄,表明长期种植显著改变了土壤细菌群落结构。功能预测结果表明,幼龄期土壤中富含糖酵解、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的降解途径等碳氮代谢途径过程,而在衰退期土壤中发现氯烷烃和氯烯烃的降解、甲苯降解、硫代谢等基因的表达,说明衰退期土壤中可能含有不利于微生物生长的外源性物质。线性判别分析表明,参与土壤硝化过程的硝化螺旋菌门、变形菌门等在幼龄期土壤中富集;而在衰退期土壤中发现参与硝化过程的酸杆菌门、疣微菌门、芽单胞菌门富集,长期种植后固氮能力更强,对土壤有机氮的利用效率更高,硝化速率下降,土壤有效氮以NH4+-N为主。(5)我们发现林龄变化通过两条途径对土壤氮转化过程产生影响。途径一:长期种植引起土壤环境因子pH、SOM、AK、AP、TK、TP发生变化,影响了土壤酶Ure、ACP、AMO、NR、Inv活性,进而引起细菌群落丰度和多样性发生变化,最终导致土壤氮转化速率产生差异;途径二:长期种植扰动土壤结构引起土壤不同形态氮在团聚体中的含量及分布发生改变,从而调节氮转化各个阶段的反应物与产物的量直接对土壤的氮代谢效率产生影响。长期油茶种植引起团聚体稳定性下降,土壤中养分有效性下降,进而影响土壤中具有碳氮功能的细菌群落丰度变化,碳代谢速率降低,氮硝化能力减弱,固氮能力增强。