東北地理所在作物根際效應(yīng)促進(jìn)秸稈氮礦化的微生物學(xué)機(jī)制研究中取得進(jìn)展
秸稈還田是維持土壤肥力的重要農(nóng)藝措施，作物秸稈含有大量氮素，秸稈氮礦化影響土壤氮循環(huán)。作物根際是根系和土壤之間交互作用的界面，是微生物活動(dòng)的熱點(diǎn)區(qū)域。根際效應(yīng)受植物種類和根際氮有效性的影響，可能對(duì)秸稈氮的礦化過程產(chǎn)生促進(jìn)或抑制作用。根際秸稈氮的礦化速率受微生物群落結(jié)構(gòu)影響，目前，關(guān)于根際微生物如何驅(qū)動(dòng)不同化學(xué)性質(zhì)秸稈礦化的研究較少。研究根際到非根際的空間范圍的細(xì)菌群落組成及秸稈氮礦化速率的變化將拓展對(duì)根系介導(dǎo)的秸稈氮轉(zhuǎn)化的認(rèn)知。
為探究根際效應(yīng)對(duì)秸稈氮礦化影響的微生物作用機(jī)制，東北地理所農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組研究人員采用根箱系統(tǒng)，利用15N標(biāo)記的大豆和玉米秸稈量化秸稈氮在黑土中的礦化速率，并對(duì)土壤DNA進(jìn)行高通量測(cè)序。研究結(jié)果表明，大豆根際秸稈氮的礦化率顯著高于非根際土壤，其中，大豆秸稈氮礦化速率高于玉米秸稈（圖1）。大豆秸稈處理單位秸稈礦化量所募集的氮礦化相關(guān)微生物豐度高于玉米秸稈還田處理，促進(jìn)大豆根際大豆秸稈氮的礦化（圖2）。大豆根際可溶性有機(jī)碳的增加以及無機(jī)氮消耗利于秸稈氮礦化相關(guān)微生物組的富集，可能有利于秸稈氮礦化（圖3）。該論文的研究結(jié)果有助于拓展對(duì)作物根際調(diào)控秸稈氮礦化的微生學(xué)機(jī)制的認(rèn)知，為優(yōu)化黑土區(qū)作物秸稈管理提供理論依據(jù)。
圖1. 根箱各隔層土壤中玉米和大豆秸稈氮的礦化比例
圖2. 秸稈氮礦化相關(guān)微生物豐度總和（a），玉米和大豆秸稈添加下N礦化微生物相對(duì)豐度與秸稈氮礦化的相關(guān)關(guān)系（b）及斜率（c）
圖3 氮礦化微生物群落NMDS圖（a），土壤化學(xué)性質(zhì)與氮礦化微生物群落RDA分析圖（b）以及氮礦化微生物群落的PERMANOVA分析（c）
相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在農(nóng)林科學(xué)領(lǐng)域國(guó)際知名期刊Plant and Soil上。農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組謝志煌博士為第一作者，金劍研究員為通訊作者。該項(xiàng)工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2021YFD1500803)、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(XDA28020201, XDA28010205)和國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（41771326）資助。
論文信息：
Zhihuang Xie, Zhenhua Yu, Yansheng Li, Guanghua Wang, Caixian Tang, Ulrike Mathesius, Xiaobing Liu, Junjie Liu, Judong Liu, Yuan Chen, Shaoqing Zhang, Stephen J. Herbert, Junjiang Wu & Jian Jin. Rhizosphere-induced shift in the composition of bacterial community favors mineralization of crop residue nitrogen. Plant and Soil, 2023.
論文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s11104-023-06035-1
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