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南京土壤所揭示长期施肥抑制根际微生物固氮的作用机制

2019-11-06 21:39      点击:

  生物永利赌博检测网站固氮是地球上最重要的生态进程之一,在农田生态体系中,作物总生物量中大约24%的氮来源于微生物的非共生固氮进程。根际是农田土壤中微生物最为活泼的区域,根际中固氮微生物群落与作物的成长休戚相关。但是,长时间以来,很多化肥及有机物料的投入大大下降了农田土壤微生物的固氮效果。近年来,土壤固氮功用微生物的研讨首要会集在固氮菌群落及其影响要素,但是,对长时间上肥按捺根际微生物固氮的效果机制鲜有研讨。最近,中国科学院南京土壤研讨所研讨员褚海燕课题组根据安徽蒙城35年长时间定位上肥试验渠道(设置不上肥、单施NPK肥、NPK+秸秆、NPK+猪粪、NPK+牛粪等五种不同处理),使用高通量测序与ARA固氮活性测定技能,研讨了长时间不同上肥办理对小麦根际固氮活性及其相关功用微生物的影响机制。

  研讨发现,长时间的不同上肥办理均大幅度下降了根际与非根际土壤的固氮活性(50%)。经过共存联系网络与随机森林模型剖析,识别了与固氮活性最密切相关的要害微生物集群,其首要由寡养分型的地杆菌(Geobacter spp)占优势。体系发育信号剖析发现这些要害固氮微生物菌群在长时间不上肥的环境下是体系发育集合的,而上肥导致其体系发育出现随机性状况,标明长时间上肥办理下的土壤环境已不能自动挑选与固氮活性密切相关的要害固氮菌群,由此形成土壤固氮功用的不可逆丢掉。进一步经过结构方程模型解析长时间不同上肥影响固氮活性的机制:上肥既能直接影响土壤固氮活性,也能经过影响土壤理化性质与固氮菌群落直接影响土壤固氮活性;其间,根际效应的负反馈效果形成了根际固氮活性的进一步下降。该研讨耦合根际土壤固氮进程与要害固氮菌集群,从体系发育机制上解析了长时间上肥按捺根际特定固氮菌集群的成长与功用,为集约化农业布景下土壤生物多样性维护及生态体系功用发挥供给科学依据。研讨成果宣布在世界期刊Microbiome上,博士生范坤坤为论文榜首作者,研讨员褚海燕为论文通讯作者。

  该研讨得到西班牙阿利坎特大学、安徽省农科院土壤肥料研讨所、中科院城市环境研讨所的协作,以及国家自然科学基金、中科院B类先导专项“土壤—微生物体系功用及其调控”的赞助。一起,在中科院南京分院“科学探求活动”项目的支持下南京师范大学附属中学三位同学也参加了部分作业。

长时间不同上肥办理下土壤固氮活性;B)固氮菌群落生态模块;C)生态模块中优势菌群的体系发育