東北地理所在保護性耕作土壤微生物驅(qū)動養(yǎng)分循環(huán)特征研究取得進展
傳統(tǒng)耕作（如梨耕，MP）會導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)退化、土壤養(yǎng)分流失和生物多樣性減少，阻礙農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展。保護性耕作（CAT）相對于傳統(tǒng)耕作（CVT）被認(rèn)為更有益于土壤健康和土壤生態(tài)功能。然而，不同耕作方式如何影響微生物群落和功能特征進而改變土壤養(yǎng)分循環(huán)的作用機制尚不明確。
東北地理所農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組研究人員在前期揭示不同耕作方式土壤微生物群落組成及轉(zhuǎn)配機制基礎(chǔ)上（Frontiers Microbiol,2020;Plan Soil,2021;Agr Ecosyst Environ,2021），采用宏基因組技術(shù)和基因組組裝技術(shù)，解析了免耕（NT）、少耕（RT）和傳統(tǒng)耕作(MP)，作物根際和非根際土壤中微生物介導(dǎo)碳（C）、氮（N）和磷（P）循環(huán)的功能特征。
研究表明，CAT的微生物功能群落與CVT存在顯著差異，這些差異在根際土壤中更為明顯。在根際或非根際土壤中，CAT促進了微生物多重代謝路徑，包括碳氮降解、發(fā)酵、CO氧化、氮固氮、硝酸鹽還原和無機有機磷轉(zhuǎn)化。這些代謝路徑的改變主要由Bradyrhizobium,Mesorhizobium,Nitrososphaera,Phenylobacterium,Rhizobium等物種驅(qū)動。本研究重構(gòu)了24個高質(zhì)量基因組（MAGs），其中三個新型MAGs（TL100、TL46和TL57）攜帶具有調(diào)控所有碳氮磷代謝的功能基因。與MP相比，NT富集的MAGs促進了發(fā)酵作用，導(dǎo)致非根際土壤中的土壤總碳（TC）相對于MP有所減少；RT上調(diào)了鏈霉菌（Streptomyces）攜帶的phoR基因，從而促進了微生物磷饑餓響應(yīng)，增加了土壤中總磷（TP）和有效磷（AP）的含量；CAT在根際土壤中促進了同化硝酸鹽還原與有機磷礦化，減少了氮素?fù)p失并活化了土壤有機磷。保護性耕作特別是少耕相比免耕可提升微生物多重養(yǎng)分代謝能力，進而利于維持或增加土壤養(yǎng)分含量。
研究成果發(fā)表在國際期刊《Agriculture,Ecosystem & Environment》（IF: 6.0）上，農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組胡曉婧副研究員為第一作者，劉俊杰和梁愛珍研究員為通訊作者。研究得到國家重點研發(fā)計劃（2022YFD1500200）、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會（2023237）、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。
論文信息：
Hu X,Liu J*,Liang A*,Gu H,Liu Z,Jin J,Wang G. Soil metagenomics reveals reduced tillage improves soil functional profiles of carbon,nitrogen,and phosphorus cycling in bulk and rhizosphere soils. Agriculture,Ecosystem & Environment. 2024,379,109371.
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https://doi.org/10.1016/j.agee.2024.109371
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