Frontiers in Plant Science|内蒙古农牧业科学院路战远团队定量表征缓释氮肥调节根际微生物多样性提高玉米产量

期刊：Frontiers in Plant Science

题目：Slow-release nitrogen fertilizer application regulated rhizosphere microbial diversity to increase maize yield

缓释氮肥调节根际微生物多样性提高玉米产量

Doi：10.3389/fpls.2024.1481465

通讯作者：路战远 研究员 张向前 研究员（内蒙古农牧业科学院）

发表日期：2024-11-22

研究背景

北方农牧交错区是我国重要的粮食生产基地与生态安全屏障。但该区域长期肥料施用量较全国平均水平高出约30%，而其利用率仅为国际水平的40%—50%，造成了农田肥料面源污染严重，严重制约了其可持续发展。现在广泛使用的速效肥料随种肥一次施入导致作物后期脱肥早衰，而多次追肥造成生产成本较高，使用缓释肥料是解决该问题的有效路径之一。在微生物复杂背景下，如何调节微生物多样性提高玉米产量仍然是亟待解决的难题。因此，明确适量氮肥下根部不同生态位微生物多样性对产量形成的驱动机制，对农田微环境调控和玉米稳产增产具有重要意义。

研究方法

该研究旨在探究缓释氮肥施用量对以下方面的影响：（1）土壤特性及产量的变化特征；（2）根部不同生态位微生物多样性及群落组成的变化；（3）微生物共线网络及产量主要驱动因子。研究假设，缓释氮肥施用下，（1）根际效应可增加根际细菌及真菌微生物多样性；（2）细菌、真菌网络复杂性改变；（3）适宜施氮量可能通过调节根际微生物多样性影响玉米产量。为验证这些假设，该研究以2018年在内蒙古自治区农牧业科学院呼和浩特玉泉区试验田开始的缓释氮肥施用量长期定位试验为基础，设置6个施氮水平：0kg·ha-1(N0)、120kg·ha-1(N8)、180(N12)、240kg·ha-1(N16)、300kg·ha-1(N20)、360 kg·ha-1(N24)，定量分析缓释氮肥下土壤特性、不同生态位微生物群落组成及共线性网络，明确其影响微生物网络稳定性的关键核心物种及产量形成的关键驱动因子。

研究结果

施用缓释氮肥会显著增加玉米产量，2020-2022年玉米产量在11348.02~18526.47 kg ha-1之间变化，均显著高于不施氮处理（N0），增加幅度为27.89%~56.30%。

缓释氮肥施用显著增加根际细菌及真菌微生物多样性，同时增加细菌网络复杂性、降低真菌网络复杂性。Proteobacteria、Bacteroidota、Gemmatimonadota、Actinobacteria、Ascomycota、Basidiomycota等优势菌门丰度增加。

适量氮肥施用可以协调土壤理化特性，增加土壤酶活性以及土壤养分含量，改善土壤微环境，调节微生物群落组成，促进地上部产量形成。

图1 2020-2022年不同缓释氮肥施用量下玉米产量变化

图2 基于相关性分析的细菌和真菌群落ASVs共现网络

图3 Mantel检验分析了土壤特性和细菌（A）和真菌（B）多样性与产量之间的关系

图4 缓释氮肥对微生物及产量的影响