封丘站研究揭示土壤微生物群落稳定性、多样性与作物产量的关系

作者:封丘站  更新时间:2020-10-15

       土壤微生物调控土壤养分循环过程与植物生产力,是土壤健康的重要指标。在农业生态系统中,土壤微生物群落(细菌、真菌、线虫等)以多营养级微食物网形态共存,尤其在根-土界面(根际微环境)中发挥着重要作用,直接或间接地影响作物健康和产量。深入研究土壤微生物群落稳定性、多样性影响作物产量的作用机制可为农业可持续性发展提供科学依据。

       近年来,南京土壤研究所研究员褚海燕团队分别在安徽蒙城长期定位施肥试验站(35年)和华北平原大尺度(~300,000 km2)典型农田生态系统中对多营养级微生物群落与产量的关系进行了系统研究。长期定位试验发现,单施化肥显著降低微生物群落稳定性,并增加植物潜在致病菌的丰度;化肥配施有机肥(例如牛粪)显著提高土壤微生物群落的稳定性,并减少植物潜在致病菌的丰度,提高了作物产量。同时,结合土壤微食物网理论与多营养级生态网络分析,发现并验证了多营养级关键微生物菌群多样性对维持土壤功能潜力和作物产量的重要性。其中,关键微生物菌群包含了较多的与作物生长息息相关的功能微生物如固氮菌、光合菌、解磷菌等,具有更多参与氧化还原反应和碳、氮、磷、硫元素循环的功能基因。这一发现在华北平原大尺度典型农田生态系统中得到进一步验证,并且在同时考虑空间尺度和环境因素的条件下,关键微生物集群与土壤功能潜力和植物生产力的密切相关性仍然是稳定的。

      该研究揭示了我国典型农田生态系统中微生物群落稳定性和多样性在维持土壤功能和作物产量方面的重要作用,对于深入认知土壤生物对土壤养分循环过程的调控机制具有重要的科学意义;同时也为靶向分离纯培养特定关键微生物菌群从而提高农田作物生产力提供了科学参考。

       系列研究成果相继发表在The ISME Journal、 Soil Biology and Biochemistry上。相关研究得到了中国科学院城市环境研究所、西班牙相关研究机构的合作,并得到了国家自然科学基金(31870480)和中国科学院先导研究项目(XDB15010101)的资助。

        文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071719303438

                       https://www.nature.com/articles/s41396-020-00796-8

                       https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071720303436





图 (A) 长期施肥下微生物群落稳定性与作物产量的相互关系;(B) 长期施肥下多营养关键微生物菌群与土壤功能潜力和作物产量之间的相互关系;(C) 大尺度下华北平原多营养微生物菌群与土壤功能潜力和作物产量之间的相互关系




          

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