近日，中国水稻研究所稻田土壤改良与利用创新团队在Field Crops Research上在线发表了题为“Optimum organic fertilization enhances rice productivity and ecological multifunctionality via regulating soil microbial diversity in a double rice cropping system”的研究论文，揭示了不同有机培肥模式调控双季稻田土壤质量和生态功能多样性的微生物机制，为稻田健康土壤培育和水稻产能协同提升提供了技术途径。
南方双季稻轮作制度对于确保国家粮食安全及农田生态系统功能具有重要意义。然而，长期过度依赖单一化学肥料已造成土壤酸化、农业非点源污染以及农田生态功能衰退的问题。土壤中的微生物群落（如细菌和真菌）以多层次的食物网形式共存，并且它们的群体结构和多样性直接影响着稻田土壤的质量、水稻产量及农田生态系统的健康状况。本研究通过四年持续的田野实验，探讨了四种不同的有机物料（生物有机肥、腐熟秸秆加畜禽粪便、生物炭及土壤改良剂）与化肥结合使用的方式，如何影响土壤微生物群落的稳定性和多样性，进而影响水稻产量、土壤质量和农田生态功能多样性。
研究表明，在早稻种植过程中，将化肥与生物有机肥或腐熟秸秆加猪粪混合使用，而在晚稻种植过程中，则将化肥与生物有机肥或生物炭搭配使用，能够通过提升土壤微生物数量、可溶性有机碳含量及与碳氮循环相关的酶活性来增加水稻产量并改善土壤质量。这些优化的有机施肥策略分别提升了早稻期土壤中的细菌丰富度和晚稻期土壤中的真菌丰富度。早稻期和晚稻期土壤中的主要微生物类群包括变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteriota）、拟杆菌门（Bacteroidota）和螺旋体门（Nitrospirae）。此外，这些措施还增加了早稻期土壤中拟杆菌门（Bacteroidetes）和变形菌门（Proteobacteria）的数量，但减少了酸杆菌门（Acidobacteriota）和螺旋体门（Nitrospirae）的数量；而对于晚稻期土壤中的真菌群落则没有显著影响。进一步的研究显示，早稻期和晚稻期土壤中的细菌和真菌系统发育多样性与土壤质量指数及农田生态功能多样性指数之间存在显著的正相关。
热图分析指出，变形菌门（Proteobacteria）和螺旋体门（Nitrospirae）可以作为早稻农田生态功能对有机施肥反应的生物指示器，它们与细菌系统发育多样性及溶解性有机碳密切相关。利用随机森林算法和结构方程模型分析得出，土壤细菌系统发育多样性、溶解性有机碳及氮代谢酶活性可以作为评估农田生态功能多样性的关键驱动因素和预测指标。
综上所述，在早稻种植中使用生物有机肥或腐熟秸秆加猪粪，在晚稻种植中使用生物有机肥或生物炭，可视为适合该区域双季稻生产的良好有机施肥模式。土壤细菌多样性的变化与土壤物理化学性质一起，在调节南方双季稻生产力、土壤质量和农田生态功能多样性方面起着关键作用。
该研究得到了国家重点研发计划、中国农科院重大任务、浙江省重点研发计划等项目的资助。中国水稻研究所曹小闯研究员、贵州大学刘丽副教授为论文共同第一作者，张均华研究员和曹小闯研究员为通讯作者。
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