歡迎來到安徽省農業科學院網站!
當前位置:首頁 > 科學研究 > 科學研究

蒙城馬店長期定位試驗關于長期施肥對作物根際微生物固氮作用的研究取得重要進展

發布時間:2019-11-06 17:30   來源:安徽省農業科學院-土肥所    閱讀: 次   字體:[大] [中] [小]   保護視力色:       

生物固氮是地球上最重要的生態過程之一,在農田生態系統中,作物總生物量中大約24%的氮來源于微生物的非共生固氮過程。根際是農田土壤中微生物最為活躍的區域,根際中固氮微生物群落與作物的生長息息相關。然而,長期以來,大量化肥及有機物料的投入大大降低了農田土壤微生物的固氮作用。近年來,土壤固氮功能微生物的研究主要集中在固氮菌群落及其影響因素,然而,對長期施肥抑制根際微生物固氮的作用機制鮮有研究。最近,安徽省農業科學院土壤肥料研究所土壤改良與養分管理團隊王道中、郭熙盛研究員聯合南京土壤研究所褚海燕研究員以安徽蒙城砂姜黑土35年長期定位施肥實驗平臺(設置不施肥、單施NPK肥、NPK+秸稈、NPK+豬糞、NPK+牛糞等五種不同處理),利用高通量測序與ARA固氮活性測定技術,研究了長期不同施肥管理對小麥根際固氮活性及其相關功能微生物的影響機制。

研究發現,長期的不同施肥管理均大幅度降低了根際與非根際土壤的固氮活性(50%)。通過共存關系網絡與隨機森林模型分析,識別了與固氮活性最密切相關的關鍵微生物集群,其主要由寡營養型的地桿菌(Geobacter spp)占優勢。系統發育信號分析發現這些關鍵固氮微生物菌群在長期不施肥的環境下是系統發育聚集的,而施肥導致其系統發育呈現隨機性狀態,表明長期施肥管理下的土壤環境已不能主動選擇與固氮活性密切相關的關鍵固氮菌群,由此造成土壤固氮功能的不可逆丟失。進一步通過結構方程模型解析長期不同施肥影響固氮活性的機制:施肥既能直接影響土壤固氮活性,也能通過影響土壤理化性質與固氮菌群落間接影響土壤固氮活性;其中,根際效應的負反饋作用造成了根際固氮活性的進一步降低。該研究耦合根際土壤固氮過程與關鍵固氮菌集群,從系統發育機制上解析了長期施肥抑制根際特定固氮菌集群的生長與功能,為集約化農業背景下土壤生物多樣性保護及生態系統功能發揮提供科學依據。研究成果發表在國際知名期刊Microbiome上,其2018年影響因子為10.465。南京土壤所博士生范坤坤為論文第一作者,褚海燕研究員為論文通訊作者,安徽省農業科學院土壤肥料研究所王道中,郭熙盛研究員為共同作者。

文章信息:Fan et al., 2019. Suppressed N fixation and diazotrophs after four decades of fertilization. Microbiome, 7:143.

圖1:A)長期不同施肥管理下土壤固氮活性;B)固氮菌群落生態模塊;C)生態模塊中優勢菌群的系統發育

圖2:結構方程模型解析長期不同施肥對根際固氮活性及其相關固氮微生物類群的影響機制

快乐十分怎么玩