東北地理所發現氮肥施加是驅動農田黑土細菌和固氮菌落結構分異的主導因素
長期以來，化肥施用作為一種主要的農業措施在提高農作物產量上具有顯著成效，但諸多研究表明長期的化肥施加可導致土壤有機質下降、土壤氮流失加重、土壤大面積酸化以及農產品中重金屬超標等問題，同時也會改變土壤微生物群落結構。然而，對于不同種類化肥的施加對微生物群落結構的影響有何異同，尚缺乏系統性的研究。為此，東北地理所農田分子生態學科組與黑龍江省農業科學院土壤肥料與環境資源研究所合作，以長期不施肥（NoF）、單施氮肥（N）、單施磷肥（P）、單施鉀肥（K）、氮磷肥（NP）、氮鉀肥（NK）、磷鉀肥（PK）和氮磷鉀混合肥（NPK）為研究對象，利用新一代高通量測序技術和分子生態網絡分析，分別對上述不同化肥添加下農田黑土細菌和固氮菌群落結構進行解析。結果表明含有氮肥處理（N、NP、NK和NPK）和非氮肥處理（NoF、P、K、PK）的細菌群落和固氮菌群落均明顯分成兩大集團（圖1），其中放線菌門（Actinobacteria）、變形菌門（Proteobacteria）和酸桿菌門（Acidobacteria）是主要的優勢細菌門，慢生根瘤菌屬（Bradyrhizobium）和斯科曼氏球菌屬（Skermanella）是主要優勢固氮菌屬；含氮肥和非氮肥處理的細菌和固氮菌分子網絡結構也存在明顯差異（圖2）。網絡屬性分析發現，含氮肥的細菌網絡和非氮肥的固氮菌網絡雖然結構簡單但更穩定。土壤pH、全氮和速效鉀是調控細菌網絡的主要因子；土壤pH、全碳、全氮和硝態氮是影響固氮菌網絡的主要因子。上述結果綜合表明，在長期施加不同化肥組合處理中，含氮化肥的施加是驅動東北農田黑土細菌和固氮菌群落結構分異的主導因素。
相關研究成果于2019年發表在Archives of Agronomy and Soil Science和Research in Microbiology上。研究得到中科院戰略性先導專項和國家自然科學基金項目的資助。
圖1不同化肥處理對農田黑土細菌群落(a)和固氮菌群落(b)結構影響的PCoA分析
圖2不同化肥處理農田黑土細菌群落(a)和固氮菌群落(b)分子生態網絡圖,每個節點代表1個OTU，也就是相應的細菌/固氮菌物種；不同顏色的節點表示不同優勢細菌/固氮菌類群；藍色線代表物種間的正相關關系，紅色線代表物種間的負相關關系
論文信息：
Zhenhua Yu, Xiaojing Hu, Dan Wei, et al. Long-term inorganic fertilizer use
influences bacterial communities in Mollisols of Northeast China based on high-throughput sequencing and network analyses. Archives of Agronomy and Soil Science, 2019, 65: 1331–1340.
Xiaojing Hu, Liu Junjie, Dan Wei, et al. Long-term application of nitrogen, not phosphate or potassium, significantly alters the diazotrophic community compositions and structures in a Mollisol in northeast China. Research in Microbiology, 2019, 170: 147-155.
論文鏈接：
https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/03650340.2018.1563685
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S092325081930018X?via%3Dihub
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