东北地理所在保护性耕作土壤微生物驱动养分循环特征研究取得进展

学术 2024-11-15 13:19 江苏

传统耕作（如梨耕，MP）会导致土壤结构退化、土壤养分流失和生物多样性减少，阻碍农业生产可持续发展。保护性耕作（CAT）相对于传统耕作（CVT）被认为更有益于土壤健康和土壤生态功能。然而，不同耕作方式如何影响微生物群落和功能特征进而改变土壤养分循环的作用机制尚不明确。

东北地理所农田分子生态学科组研究人员在前期揭示不同耕作方式土壤微生物群落组成及转配机制基础上（Frontiers Microbiol,2020;Plan Soil,2021;Agr Ecosyst Environ,2021），采用宏基因组技术和基因组组装技术，解析了免耕（NT）、少耕（RT）和传统耕作(MP)，作物根际和非根际土壤中微生物介导碳（C）、氮（N）和磷（P）循环的功能特征。

研究表明，CAT的微生物功能群落与CVT存在显著差异，这些差异在根际土壤中更为明显。在根际或非根际土壤中，CAT促进了微生物多重代谢路径，包括碳氮降解、发酵、CO氧化、氮固氮、硝酸盐还原和无机有机磷转化。这些代谢路径的改变主要由Bradyrhizobium,Mesorhizobium,Nitrososphaera,Phenylobacterium,Rhizobium等物种驱动。本研究重构了24个高质量基因组（MAGs），其中三个新型MAGs（TL100、TL46和TL57）携带具有调控所有碳氮磷代谢的功能基因。与MP相比，NT富集的MAGs促进了发酵作用，导致非根际土壤中的土壤总碳（TC）相对于MP有所减少；RT上调了链霉菌（Streptomyces）携带的phoR基因，从而促进了微生物磷饥饿响应，增加了土壤中总磷（TP）和有效磷（AP）的含量；CAT在根际土壤中促进了同化硝酸盐还原与有机磷矿化，减少了氮素损失并活化了土壤有机磷。保护性耕作特别是少耕相比免耕可提升微生物多重养分代谢能力，进而利于维持或增加土壤养分含量。

研究成果发表在国际期刊《Agriculture,Ecosystem & Environment》（IF: 6.0）上，农田分子生态学科组胡晓婧副研究员为第一作者，刘俊杰和梁爱珍研究员为通讯作者。研究得到国家重点研发计划（2022YFD1500200）、中国科学院青年创新促进会（2023237）、中国科学院战略性先导科技专项（XDA28020201）和黑龙江省自然科学基金重点项目（ZD2022D001）共同资助。

论文信息：

Hu X,Liu J*,Liang A*,Gu H,Liu Z,Jin J,Wang G. Soil metagenomics reveals reduced tillage improves soil functional profiles of carbon,nitrogen,and phosphorus cycling in bulk and rhizosphere soils. Agriculture,Ecosystem & Environment. 2024,379,109371.

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.agee.2024.109371

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzkwNjE4NjYzMg==&mid=2247537366&idx=5&sn=2ad46e5ca182ea0e4c44657df1df3013

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