农业生产被认为是温室气体（GHG）排放的主要来源之一，占全球人为排放量的10–12% [1,2]。二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）排放分别占农业温室气体总排放量的50%以上和32% [3]。蔬菜生产系统作为农业系统的关键组成部分，在全球粮食生产中发挥着重要作用。中国是蔬菜生产面积最大的国家（占全球蔬菜生产面积的80%以上）[4]。与旱地种植系统相比，蔬菜生产系统具有较高的种植密度、集约化灌溉、较高的温度以及频繁的土壤扰动，这些因素共同导致了更高的CO2和CH4排放[5]。因此，减少蔬菜生产系统的温室气体排放已成为应对气候变化的一项全球性优先任务。
施肥是提高作物产量的关键农业措施[6,7]，也被视为调节CO2和CH4排放的基于自然的解决方案[8]。适当的施肥可以通过影响土壤微生物活动和多样性来增强土壤养分含量和改善土壤结构[9]。然而，不当的氮肥施用会增加N2O排放量达45% [10]。施肥也是土壤中CO2和CH4排放的主要人为驱动因素之一[11]。因此，了解不同施肥策略如何影响土壤温室气体排放及其背后的微生物过程对于发展可持续农业管理实践至关重要。
土壤微生物在土壤生态系统中起着关键作用，尤其是在农业系统中[12]。土壤细菌是地球上最丰富和多样的微生物群落[13]，在有机物质分解和养分循环中发挥着重要作用[12]。土壤真菌通过促进难降解有机物质的分解和控制土壤中深层碳的分布来参与碳循环[14]。此外，土壤真菌还能加速氮和磷的循环[15]。许多研究探讨了有机肥料（如动物粪便）对土壤微生物群落（如多样性、共现网络）的影响，以及其对CO2和CH4排放的影响[6,12]。然而，先前的研究表明，有机肥料的施用会增加有机碳库，从而增强微生物活性，最终增加CO2排放[16]。此外，有机肥料为产甲烷细菌提供了代谢底物和能量来源，这可能会加剧CH4排放[17]。鉴于有机肥料对土壤CO2和CH4排放的负面影响，需要开发新的施肥策略，以减少温室气体排放并提高碳封存能力。
生物有机肥料含有≥50亿个/g−1的功能性微生物（如固氮菌、溶磷菌和溶钾菌），通过增强细菌的优势地位同时抑制真菌繁殖来调节土壤微生物群落结构，从而改变CO2和CH4的排放动态[18,19]。先前的研究表明，生物有机肥料通过有机-矿物相互作用提高了稳定碳组分（如腐殖质）的含量，从而减少了土壤碳排放[20]。此外，来自生物有机肥料的有机胶体可以促进土壤团聚体的形成，将有机碳包裹在微团聚体内，减少其与氧气和微生物的接触，从而抑制分解并降低土壤CO2排放[21]。以往的研究主要集中在非生物因素和单个细菌[22]或真菌类群[23,24]对CO2和CH4排放的影响上，而细菌-真菌关联的综合研究仍然较少，特别是在蔬菜生产系统中。
碳循环基因编码参与微生物生理和生化过程的特定功能蛋白，从而可以预测土壤微生物的生物地球化学循环潜力[25]。此外，碳循环功能基因调节微生物碳固定途径（如Calvin循环、还原型三羧酸循环、还原型乙酰辅酶A途径、3-羟基丙酸/4-羟基丁酸循环和二羧酸/4-羟基丁酸循环），将这些CO2转化为有机化合物[26]。这种生物碳封存过程增强了生态系统的碳固定能力，为降低大气中CO2浓度提供了有效方法[27]。然而，现有研究主要集中在生物有机肥料对N2O排放的影响上，而对CO2和CH4产生的影响及相关功能基因的研究尚不明确。
无机肥料的持续和过量使用会导致养分利用效率低下、土壤和水质恶化以及温室气体排放增加[28,29]。因此，这项为期五年的研究探讨了以下问题：生物有机肥料替代能否在提高土壤养分循环的同时减少土壤CO2和CH4排放？我们假设：（i）用生物有机肥料替代无机肥料可以增加土壤养分循环指数；（ii）这种替代通过促进细菌和真菌群落的多样性以及增加碳固定基因的丰度来减少土壤CO2和CH4排放。
