東北地理所在作物根際效應促進秸稈氮礦化的微生物學機制研究中取得進展
秸稈還田是維持土壤肥力的重要農藝措施，作物秸稈含有大量氮素，秸稈氮礦化影響土壤氮循環。作物根際是根系和土壤之間交互作用的界面，是微生物活動的熱點區域。根際效應受植物種類和根際氮有效性的影響，可能對秸稈氮的礦化過程產生促進或抑制作用。根際秸稈氮的礦化速率受微生物群落結構影響，目前，關于根際微生物如何驅動不同化學性質秸稈礦化的研究較少。研究根際到非根際的空間范圍的細菌群落組成及秸稈氮礦化速率的變化將拓展對根系介導的秸稈氮轉化的認知。
為探究根際效應對秸稈氮礦化影響的微生物作用機制，東北地理所農田分子生態學科組研究人員采用根箱系統，利用15N標記的大豆和玉米秸稈量化秸稈氮在黑土中的礦化速率，并對土壤DNA進行高通量測序。研究結果表明，大豆根際秸稈氮的礦化率顯著高于非根際土壤，其中，大豆秸稈氮礦化速率高于玉米秸稈（圖1）。大豆秸稈處理單位秸稈礦化量所募集的氮礦化相關微生物豐度高于玉米秸稈還田處理，促進大豆根際大豆秸稈氮的礦化（圖2）。大豆根際可溶性有機碳的增加以及無機氮消耗利于秸稈氮礦化相關微生物組的富集，可能有利于秸稈氮礦化（圖3）。該論文的研究結果有助于拓展對作物根際調控秸稈氮礦化的微生學機制的認知，為優化黑土區作物秸稈管理提供理論依據。
圖1. 根箱各隔層土壤中玉米和大豆秸稈氮的礦化比例
圖2. 秸稈氮礦化相關微生物豐度總和（a），玉米和大豆秸稈添加下N礦化微生物相對豐度與秸稈氮礦化的相關關系（b）及斜率（c）
圖3 氮礦化微生物群落NMDS圖（a），土壤化學性質與氮礦化微生物群落RDA分析圖（b）以及氮礦化微生物群落的PERMANOVA分析（c）
相關研究結果發表在農林科學領域國際知名期刊Plant and Soil上。農田分子生態學科組謝志煌博士為第一作者，金劍研究員為通訊作者。該項工作得到國家重點研發計劃(2021YFD1500803)、中國科學院戰略性先導科技專項(XDA28020201, XDA28010205)和國家自然科學基金面上項目（41771326）資助。
論文信息：
Zhihuang Xie, Zhenhua Yu, Yansheng Li, Guanghua Wang, Caixian Tang, Ulrike Mathesius, Xiaobing Liu, Junjie Liu, Judong Liu, Yuan Chen, Shaoqing Zhang, Stephen J. Herbert, Junjiang Wu & Jian Jin. Rhizosphere-induced shift in the composition of bacterial community favors mineralization of crop residue nitrogen. Plant and Soil, 2023.
論文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s11104-023-06035-1
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