東北地理所在氣候變化下水稻根際微生物介導(dǎo)根際秸稈氮礦化方面取得進(jìn)展
大氣CO2濃度和溫度升高是氣候變化最主要的特征。氣候變化條件下，定量研究土壤中秸稈氮轉(zhuǎn)化的特征，以及其與根際土壤微生物群落多樣性的關(guān)系，對(duì)于揭示秸稈氮轉(zhuǎn)化的微生物機(jī)制和改善未來(lái)氣候條件下作物秸稈的田間管理具有重要意義。
東北地理所農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組研究人員利用Open-Top Chamber (OTC)模擬大氣CO2升高（700 ppm）和升溫（比環(huán)境氣溫高2℃）條件，采用15N穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)和擴(kuò)增子測(cè)序技術(shù)，設(shè)置添加15N秸稈以及無(wú)秸稈對(duì)照，探究大氣CO2和溫度升高對(duì)秸稈添加后秸稈氮礦化和水稻根際氮礦化微生物群落特征的影響。研究發(fā)現(xiàn)，大氣CO2和溫度共同升高雖然對(duì)水稻秸稈氮的利用效率沒(méi)有顯著影響，但可以顯著增加根際秸稈氮礦化量和土壤氮礦化量，而且根際土壤氮礦化量顯著高于秸稈氮礦化量。氣候變化增加根際秸稈氮向微生物量氮、可溶性有機(jī)氮和礦質(zhì)氮庫(kù)中的轉(zhuǎn)化（圖1A）。在秸稈添加的條件下，CO2濃度和溫度升高顯著增加了亮氨酸氨肽酶（pepA）基因的豐度，同時(shí)顯著改變了根際和非根際土壤中與脲酶（ureC）和亮氨酸氨肽酶（pepA）相關(guān)的微生物群落組成，并且與秸稈氮礦化以及土壤氮礦化均顯著相關(guān)（圖1B）。大氣CO2濃度和溫度升高通過(guò)改變水稻根際氮礦化酶合成相關(guān)微生物群落，加快了根際土壤氮和秸稈氮的礦化過(guò)程，并且添加秸稈不能有效緩解氣候變化對(duì)根際土壤氮素礦化的促進(jìn)作用。
研究成果近期發(fā)表在農(nóng)林科學(xué)國(guó)際期刊《Geoderma》上。農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組特別研究助理張錦源為第一作者，金劍研究員為通訊作者。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金(42177435)、中國(guó)科學(xué)院國(guó)際合作項(xiàng)目(131323KYSB20210004)和黑龍江省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(ZD2021D001)聯(lián)合資助。
圖1 大氣CO2和溫度升高對(duì)秸稈氮去向的影響（A）；水稻根際土壤氮礦化酶功能基因的微生物群落和環(huán)境因子的相關(guān)性（B）
論文信息：
Zhang JY, Yu ZH, Li YS, Sima XQ, Wang GH, Liu XB, Tang CX, Liu JJ, Liu JD, Hu XJ, Stephen J, Jin J*. Acceleration of straw-nitrogen mineralization under co-elevation of CO2 and temperature is associated with microbial attributes in the rhizosphere of rice. Geoderma, 2024, 443, 116834.
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