東北地理所在黑土農田土壤微生物群落特征與玉米產量關系研究方面取得進展
施肥對提高糧食產量具有極其重要的作用，但長期施用化肥可導致土壤酸化、微生物活性下降和土壤退化等問題，施用有機肥可不同程度抵消化肥帶來的負面影響。土壤微生物在肥料養分轉化與促進作物生長過程中發揮了重要作用，以往關于施肥與糧食產量關系的研究多集中在微生物群落組成及功能特征等，但微生物不能孤立存在，只有與其他微生物形成大量而復雜的相互作用才能完成碳氮循環等重要生態功能，從而保證糧食生產。
為此，東北地理所土壤物質循環科學組研究人員基于海倫站26年長期定位施肥試驗，研究了長期不同施肥措施下土壤微生物間潛在相互作用及其與玉米產量的關系。研究表明，與不施肥處理相比，26年施用化肥和化肥配施有機肥顯著提高了31.51%和68.01%的玉米產量（圖1）。基于網絡分析表明，施肥處理增加了土壤微生物網絡的復雜程度，且化肥配施有機肥處理網絡復雜程度高于施用化肥處理。隨機森林結果顯示，土壤細菌和真菌群落復雜程度對玉米產量有最穩定的貢獻（圖2）。同時，細菌和真菌群落功能冗余程度隨群落復雜程度增加而增加。本研究在關注土壤屬性、微生物群落組成的基礎上，進一步強調了通過農業管理措施定向構建復雜的土壤微生物群落對維持糧食穩產高產的重要作用。
圖1 不同施肥處理對玉米產量(a)、土壤屬性(b)、細菌群落組成(c)和真菌群落組成(d)的影響
圖2 細菌和真菌共現網絡(a)、網絡特征(b, c)及群落穩健性分析(d, e)，基于隨機森林量化土壤屬性和微生物群落特征對玉米產量的相對影響(f)
研究成果發表在農林科學領域期刊《Applied Soil Ecology》上。土壤物質循環學科組張志明高級工程師為第一作者，李祿軍研究員為通訊作者。研究工作得到國家重點研發計劃項目、中國科學院基礎前沿科學重點研究計劃項目、國家自然科學基金和黑龍江省杰出青年基金項目聯合資助。
論文信息：Zhiming Zhang, Peng He, Xiangxiang Hao, Lu-Jun Li*. Long-term mineral combined with organic fertilizer supports crop production by increasing microbial community complexity. Applied Soil Ecology, 2023, 188, 104930.
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2023.104930.
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