东北地理所在作物根际效应促进秸秆氮矿化的微生物学机制研究中取得进展
秸秆还田是维持土壤肥力的重要农艺措施,作物秸秆含有大量氮素,秸秆氮矿化影响土壤氮循环。作物根际是根系和土壤之间交互作用的界面,是微生物活动的热点区域。根际效应受植物种类和根际氮有效性的影响,可能对秸秆氮的矿化过程产生促进或抑制作用。根际秸秆氮的矿化速率受微生物群落结构影响,目前,关于根际微生物如何驱动不同化学性质秸秆矿化的研究较少。研究根际到非根际的空间范围的细菌群落组成及秸秆氮矿化速率的变化将拓展对根系介导的秸秆氮转化的认知。
为探究根际效应对秸秆氮矿化影响的微生物作用机制,东北地理所农田分子生态学科组研究人员采用根箱系统,利用15N标记的大豆和玉米秸秆量化秸秆氮在黑土中的矿化速率,并对土壤DNA进行高通量测序。研究结果表明,大豆根际秸秆氮的矿化率显著高于非根际土壤,其中,大豆秸秆氮矿化速率高于玉米秸秆(图1)。大豆秸秆处理单位秸秆矿化量所募集的氮矿化相关微生物丰度高于玉米秸秆还田处理,促进大豆根际大豆秸秆氮的矿化(图2)。大豆根际可溶性有机碳的增加以及无机氮消耗利于秸秆氮矿化相关微生物组的富集,可能有利于秸秆氮矿化(图3)。该论文的研究结果有助于拓展对作物根际调控秸秆氮矿化的微生学机制的认知,为优化黑土区作物秸秆管理提供理论依据。
图1. 根箱各隔层土壤中玉米和大豆秸秆氮的矿化比例
图2. 秸秆氮矿化相关微生物丰度总和(a),玉米和大豆秸秆添加下N矿化微生物相对丰度与秸秆氮矿化的相关关系(b)及斜率(c)
图3 氮矿化微生物群落NMDS图(a),土壤化学性质与氮矿化微生物群落RDA分析图(b)以及氮矿化微生物群落的PERMANOVA分析(c)
相关研究结果发表在农林科学领域国际知名期刊Plant and Soil上。农田分子生态学科组谢志煌博士为第一作者,金剑研究员为通讯作者。该项工作得到国家重点研发计划(2021YFD1500803)、中国科学院战略性先导科技专项(XDA28020201, XDA28010205)和国家自然科学基金面上项目(41771326)资助。
论文信息:
Zhihuang Xie, Zhenhua Yu, Yansheng Li, Guanghua Wang, Caixian Tang, Ulrike Mathesius, Xiaobing Liu, Junjie Liu, Judong Liu, Yuan Chen, Shaoqing Zhang, Stephen J. Herbert, Junjiang Wu & Jian Jin. Rhizosphere-induced shift in the composition of bacterial community favors mineralization of crop residue nitrogen. Plant and Soil, 2023.
论文链接:https://link.springer.com/article/10.1007/s11104-023-06035-1
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