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資環(huán)所在水稻有機替代施肥模式下的土壤培肥機制研究方面取得新進展
近日，資環(huán)所在植物營養(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。揭示了有機替代施肥模式下調(diào)控土壤可溶性有機質(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。
有機肥培肥可以有效提高稻田土壤碳和氮的累積。在土壤碳庫中，可溶性有機質(zhì)（DOM）是土壤有機碳和氮庫的活性組分，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)系及其對土壤氮礦化和碳累積的研究具有挑戰(zhàn)性。研究團隊在我院佛山分院稻田進行了為期6年的定位試驗，共設(shè)置四個處理: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施肥處理條件下，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碳含量呈顯著正相關(guān)。
該研究進一步結(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組分的相對豐度：類蛋白質(zhì)/氨基酸以及含氮的類不飽和烴。通過對土壤細菌16SrDNA分析，發(fā)現(xiàn)富營養(yǎng)型細菌（r-strategists）成為MF和CMF50優(yōu)勢群落；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、寡營養(yǎng)型細菌（Chloroflexi,K-strategists）、厭氧屬Anaerolinea和Bellilinea呈負相關(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菌Anaerolinea 和 Bellilinea呈正相關(guān)關(guān)系。這說明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。長期采用CF施肥模式導(dǎo)致土壤容重提升和細菌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碳和總有機碳含量。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)。
本研究在國家重點研發(fā)（2016YFD0200402）、國家自然科學(xué)基金-面上項目（42177337）、國家自然青年基金（42107050）、廣州市基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究項目（2023A04J0788）和廣東省農(nóng)科院人才引進項目（R2021YJ-YB2003）等項目的資助下完成。
論文鏈接：https://doi.org/10.1007/s11104-023-06203-3
牛糞有機肥替代化肥調(diào)控土壤可溶性有機質(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)機制
