東北地理所在長期施肥驅(qū)動黑土微生物介導(dǎo)土壤磷循環(huán)功能方面取得重要進展
在集約化耕作的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，施肥是快速補充土壤養(yǎng)分的重要途徑。不同培肥管理形成各自土壤特定功能的微生物種群。在推行農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)方式，繼續(xù)推進化肥減量化、化肥利用率進一步提升，推廣有機肥替代化肥，構(gòu)建有機肥施用長效機制的大背景下，土壤功能微生物對長期有機肥和化肥添加的響應(yīng)差異與特征關(guān)乎農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的提高和肥料養(yǎng)分的高效利用。
為此，東北地理所農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組研究人員在前期研究的基礎(chǔ)上（Agr. Ecosyst. Environ., 2017; Pedosphere, 2018, 2020; Geoderma, 2022），繼續(xù)依托公主嶺、哈爾濱和黑河3個野外定位施肥試驗站，采用宏基因組測序技術(shù)，對長期有機肥和化肥添加影響農(nóng)田黑土微生物驅(qū)動的磷代謝途徑特征進行了解析。
研究表明，有機肥添加顯著改變土壤微生物磷相關(guān)功能基因組成，并與土壤全磷和速效磷養(yǎng)分含量呈正相關(guān)關(guān)系；有機肥可直接增加土壤有效磷含量，間接地通過增強土壤微生物調(diào)控?zé)o機磷溶解、有機磷礦化潛能以及抑制微生物磷吸收和轉(zhuǎn)運潛能來促進土壤有效磷累積（圖1）。相反，化肥激發(fā)土壤微生物吸收和轉(zhuǎn)運及微生物磷饑餓代謝潛能，可能導(dǎo)致微生物與作物競爭土壤有限磷養(yǎng)分。
在3個施肥地點中，有機肥施用一致性地降低了調(diào)控微生物磷吸收和轉(zhuǎn)運的phnC基因豐度，但富集了介導(dǎo)土壤有機磷礦化的基因（phnP、opd和phoN）；此外，有機肥還增加了調(diào)控土壤無機磷溶解的ppa、gcd和pqqC等的基因豐度。特別是黑土中的phnC基因豐度與土壤有效磷含量呈顯著負相關(guān)；且binning獲得的23個高質(zhì)量基因組全部攜帶該基因，其中Sphingomicrobium被發(fā)現(xiàn)為調(diào)控土壤速效磷含量的潛在指示物種（圖2）。該研究揭示出長期有機肥添加促進黑土微生物介導(dǎo)的磷養(yǎng)分的有效轉(zhuǎn)化，為做好農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展下的土壤肥料供給提供微生物學(xué)理論借鑒。
研究成果近期發(fā)表在國際環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)期刊《Agriculture, Ecosystems and Environment》（6.576），農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組副研究員胡曉婧為第一作者，王光華研究員為通訊作者。該研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（XDA28020201）和黑龍江省自然科學(xué)基金重點項目（ZD2022D001）共同資助。
圖1 不同施肥制度調(diào)控黑土有效磷累積
圖2 黑土磷循環(huán)相關(guān)微生物基因組及功能基因
論文信息：Hu X, Gu H, Liu J, Wei D, Zhu P, Cui X, Zhou B, Chen X, Jin J, Liu X, Wang G. Metagenomic strategies uncover the soil bioavailable phosphorus improved by organic fertilization in Mollisols. Agriculture, Ecosystems and Environment. 2023, 349, 108462.
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.agee.2023.108462.
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