東北地理所在黑土農(nóng)田土壤微生物群落特征與玉米產(chǎn)量關(guān)系研究方面取得進(jìn)展
施肥對提高糧食產(chǎn)量具有極其重要的作用，但長期施用化肥可導(dǎo)致土壤酸化、微生物活性下降和土壤退化等問題，施用有機(jī)肥可不同程度抵消化肥帶來的負(fù)面影響。土壤微生物在肥料養(yǎng)分轉(zhuǎn)化與促進(jìn)作物生長過程中發(fā)揮了重要作用，以往關(guān)于施肥與糧食產(chǎn)量關(guān)系的研究多集中在微生物群落組成及功能特征等，但微生物不能孤立存在，只有與其他微生物形成大量而復(fù)雜的相互作用才能完成碳氮循環(huán)等重要生態(tài)功能，從而保證糧食生產(chǎn)。
為此，東北地理所土壤物質(zhì)循環(huán)科學(xué)組研究人員基于海倫站26年長期定位施肥試驗(yàn)，研究了長期不同施肥措施下土壤微生物間潛在相互作用及其與玉米產(chǎn)量的關(guān)系。研究表明，與不施肥處理相比，26年施用化肥和化肥配施有機(jī)肥顯著提高了31.51%和68.01%的玉米產(chǎn)量（圖1）。基于網(wǎng)絡(luò)分析表明，施肥處理增加了土壤微生物網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度，且化肥配施有機(jī)肥處理網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度高于施用化肥處理。隨機(jī)森林結(jié)果顯示，土壤細(xì)菌和真菌群落復(fù)雜程度對玉米產(chǎn)量有最穩(wěn)定的貢獻(xiàn)（圖2）。同時(shí)，細(xì)菌和真菌群落功能冗余程度隨群落復(fù)雜程度增加而增加。本研究在關(guān)注土壤屬性、微生物群落組成的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了通過農(nóng)業(yè)管理措施定向構(gòu)建復(fù)雜的土壤微生物群落對維持糧食穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的重要作用。
圖1 不同施肥處理對玉米產(chǎn)量(a)、土壤屬性(b)、細(xì)菌群落組成(c)和真菌群落組成(d)的影響
圖2 細(xì)菌和真菌共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)(a)、網(wǎng)絡(luò)特征(b, c)及群落穩(wěn)健性分析(d, e)，基于隨機(jī)森林量化土壤屬性和微生物群落特征對玉米產(chǎn)量的相對影響(f)
研究成果發(fā)表在農(nóng)林科學(xué)領(lǐng)域期刊《Applied Soil Ecology》上。土壤物質(zhì)循環(huán)學(xué)科組張志明高級工程師為第一作者，李祿軍研究員為通訊作者。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、中國科學(xué)院基礎(chǔ)前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金和黑龍江省杰出青年基金項(xiàng)目聯(lián)合資助。
論文信息：Zhiming Zhang, Peng He, Xiangxiang Hao, Lu-Jun Li*. Long-term mineral combined with organic fertilizer supports crop production by increasing microbial community complexity. Applied Soil Ecology, 2023, 188, 104930.
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2023.104930.
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