東北地理所在氣候變化下水稻根際微生物介導根際秸稈氮礦化方面取得進展
大氣CO2濃度和溫度升高是氣候變化最主要的特征。氣候變化條件下，定量研究土壤中秸稈氮轉化的特征，以及其與根際土壤微生物群落多樣性的關系，對于揭示秸稈氮轉化的微生物機制和改善未來氣候條件下作物秸稈的田間管理具有重要意義。
東北地理所農田分子生態學科組研究人員利用Open-Top Chamber (OTC)模擬大氣CO2升高（700 ppm）和升溫（比環境氣溫高2℃）條件，采用15N穩定同位素示蹤技術和擴增子測序技術，設置添加15N秸稈以及無秸稈對照，探究大氣CO2和溫度升高對秸稈添加后秸稈氮礦化和水稻根際氮礦化微生物群落特征的影響。研究發現，大氣CO2和溫度共同升高雖然對水稻秸稈氮的利用效率沒有顯著影響，但可以顯著增加根際秸稈氮礦化量和土壤氮礦化量，而且根際土壤氮礦化量顯著高于秸稈氮礦化量。氣候變化增加根際秸稈氮向微生物量氮、可溶性有機氮和礦質氮庫中的轉化（圖1A）。在秸稈添加的條件下，CO2濃度和溫度升高顯著增加了亮氨酸氨肽酶（pepA）基因的豐度，同時顯著改變了根際和非根際土壤中與脲酶（ureC）和亮氨酸氨肽酶（pepA）相關的微生物群落組成，并且與秸稈氮礦化以及土壤氮礦化均顯著相關（圖1B）。大氣CO2濃度和溫度升高通過改變水稻根際氮礦化酶合成相關微生物群落，加快了根際土壤氮和秸稈氮的礦化過程，并且添加秸稈不能有效緩解氣候變化對根際土壤氮素礦化的促進作用。
研究成果近期發表在農林科學國際期刊《Geoderma》上。農田分子生態學科組特別研究助理張錦源為第一作者，金劍研究員為通訊作者。研究得到國家自然科學基金(42177435)、中國科學院國際合作項目(131323KYSB20210004)和黑龍江省自然科學基金重點項目(ZD2021D001)聯合資助。
圖1 大氣CO2和溫度升高對秸稈氮去向的影響（A）；水稻根際土壤氮礦化酶功能基因的微生物群落和環境因子的相關性（B）
論文信息：
Zhang JY, Yu ZH, Li YS, Sima XQ, Wang GH, Liu XB, Tang CX, Liu JJ, Liu JD, Hu XJ, Stephen J, Jin J*. Acceleration of straw-nitrogen mineralization under co-elevation of CO2 and temperature is associated with microbial attributes in the rhizosphere of rice. Geoderma, 2024, 443, 116834.
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