東北地理所在黑土碳氮循環功能基因對長期施肥響應研究方面取得進展
肥料管理和施用方式不僅直接影響作物產量，也顯著驅動土壤微生物群落的變化。而微生物群落對長期施肥的響應關乎到肥料養分的高效利用和農業生產力的提高。為此，東北地理所的科研人員聯合黑龍江省農科院土肥所、黑河分院及吉林省農科院研究團隊，利用黑土區三個30余年的黑土野外定位施肥平臺，對比研究了化肥與有機肥4種施肥方式下的微生物群落變化。前期利用高通量擴增子測序技術的研究發現，地域差異是驅動黑土微生物群落分布的主導因素，但施肥在局部地區起顯著調控作用；有機肥施用促進黑土富營養型及作物潛在有益菌的生長，而長期添加化肥會降低微生物多樣性的同時富集了潛在作物病原菌。
在此基礎上，團隊進一步利用高通量宏基因組測序技術，針對黑土農田碳氮循環功能基因進行分析。結果顯示，單施有機肥或與化肥配施顯著改變黑土碳氮功能基因的群落結構，增加了纖維素和果膠降解的涉碳基因豐度；而長期單施化肥顯著積累了黑土氨氧化作用相關功能基因豐度，可能導致硝酸鹽富集淋失及N2O排放增加（圖1）；同時發現長期有機肥添加顯著富集同化和異化硝酸鹽還原作用相關功能基因，這有助于提升黑土銨態氮含量及氮肥利用率（圖2）；然而，有機肥化肥配施會進一步導致黑土反硝化作用相關功能基因豐度的顯著增加，表明過量氮素養分投入可造成土壤氮素通過氣態形式損失的風險（圖2）。該研究為推進黑土區化肥減量化，構建有機肥施用長效機制提供微生物學理論依據。
宏基因組學研究成果最近發表在國際期刊Geoderma上。農田分子生態學科組項目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院戰略性先導科技專項（XDA28020201）的資助。
圖1. 東北黑土區不同施肥制度對土壤碳循環功能基因的影響
圖2. 東北黑土區不同施肥制度對土壤氮循環功能基因的影響
論文信息如下：
Hu X, Gu H, Liu J, Wei D, Zhu P, Cui X, Zhou B, Chen X, Jin J, Liu X, Wang G. Metagenomics reveals divergent functional profiles of soil carbon and nitrogen cycling under long-term addition of chemical and organic fertilizers in the black soil region. Geoderma. 2022. 418: 115846. doi: 10.1016/j.geoderma.2022.115846.
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