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資環(huán)所在水稻有機(jī)替代施肥模式下的土壤培肥機(jī)制研究方面取得新進(jìn)展
近日，資環(huán)所在植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)科領(lǐng)域top期刊Plant and soil （JCR-Q1，中科院二區(qū)，IF=5.2）發(fā)表題為”Combining organic and inorganic fertilization increases rice yield and soil nitrogen and carbon: dissolved organic matter chemodiversity and soil microbial communities”的研究論文。揭示了有機(jī)替代施肥模式下調(diào)控土壤可溶性有機(jī)質(zhì)化學(xué)多樣性介導(dǎo)土壤氮礦化和碳累積的微生物學(xué)機(jī)制。資環(huán)所許楊貴博士為論文第一作者，黃繼川研究員為通訊作者。
有機(jī)肥培肥可以有效提高稻田土壤碳和氮的累積。在土壤碳庫(kù)中，可溶性有機(jī)質(zhì)（DOM）是土壤有機(jī)碳和氮庫(kù)的活性組分，在稻田生態(tài)系統(tǒng)碳氮循環(huán)中發(fā)揮著重要作用，影響土壤碳的封存和氮養(yǎng)分的供應(yīng)。在有機(jī)替代施肥模式下的稻田生態(tài)系統(tǒng)中，由于DOM化學(xué)分子組成的復(fù)雜性，使得了解其與微生物群落的關(guān)系及其對(duì)土壤氮礦化和碳累積的研究具有挑戰(zhàn)性。研究團(tuán)隊(duì)在我院佛山分院稻田進(jìn)行了為期6年的定位試驗(yàn)，共設(shè)置四個(gè)處理:不施肥(CK)，化學(xué)肥料(CF），50%化肥氮+50%腐熟牛糞氮(CMF50)，100%腐熟牛糞氮(MF)。試驗(yàn)結(jié)果表明，CMF50產(chǎn)量最高，比CF提高了10.89%。在MF和CMF50施肥處理?xiàng)l件下，稻田土壤總氮、堿解氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮逐年提高，且土壤氮的有效性和全量與土壤有機(jī)碳含量呈顯著正相關(guān)。
該研究進(jìn)一步結(jié)合超高分辨率傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜法（FT-ICR-MS)分析了DOM內(nèi)數(shù)千個(gè)完整分子組分。結(jié)果表明，與CK和CF比較，MF和CMF50均提高了土壤可溶性有機(jī)碳，并提高DOM中難分解的類木質(zhì)素組分的豐度，尤其是MF顯著提高DOM的化學(xué)分子多樣性；但MF和CMF50均降低DOM中類脂組分以及含氮DOM組分的相對(duì)豐度：類蛋白質(zhì)/氨基酸以及含氮的類不飽和烴。通過(guò)對(duì)土壤細(xì)菌16SrDNA分析，發(fā)現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)型細(xì)菌（r-strategists）成為MF和CMF50優(yōu)勢(shì)群落；但土壤DOM中的難分解組分類木質(zhì)素與土壤氮的凈礦化量、寡營(yíng)養(yǎng)型細(xì)菌（Chloroflexi,K-strategists）、厭氧屬Anaerolinea和Bellilinea呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而類蛋白質(zhì)/氨基酸和類脂組分與土壤氮的凈礦化量以及細(xì)菌Anaerolinea 和 Bellilinea呈正相關(guān)關(guān)系。這說(shuō)明MF和CMF50提高了稻田土壤DOM中難分解的類木質(zhì)素組分，且降低土壤氮凈礦化量。長(zhǎng)期采用CF施肥模式導(dǎo)致土壤容重提升和細(xì)菌Anaerolinea 和 Bellilinea等厭氧微生物數(shù)量增加，加速土壤氮的凈礦化量，且降低土壤可溶有機(jī)碳和總有機(jī)碳含量。相關(guān)研究結(jié)果為水稻化肥減量增效施肥模式提供理論基礎(chǔ)。
本研究在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)（2016YFD0200402）、國(guó)家自然科學(xué)基金-面上項(xiàng)目（42177337）、國(guó)家自然青年基金（42107050）、廣州市基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（2023A04J0788）和廣東省農(nóng)科院人才引進(jìn)項(xiàng)目（R2021YJ-YB2003）等項(xiàng)目的資助下完成。
論文鏈接：https://doi.org/10.1007/s11104-023-06203-3
牛糞有機(jī)肥替代化肥調(diào)控土壤可溶性有機(jī)質(zhì)化學(xué)多樣性介導(dǎo)土壤氮礦化和碳累積的微生物學(xué)機(jī)制
