Agronomy|内蒙古农牧业科学院路战远团队定量表征缓释氮肥促进细菌多样性驱动土壤多功能性

期刊：Agronomy

题目：Slow-Release Nitrogen Fertilizer Promotes the Bacterial Diversity to Drive Soil Multifunctionality

缓释氮肥促进细菌多样性驱动土壤多功能性

Doi：10.3390/agronomy14112712

通讯作者：张向前 研究员 路战远 研究员 （内蒙古农牧业科学院）

发表日期：2024-11-17

研究背景

北方农牧交错区对保障我国农畜产品生产和区域生态安全具有重要意义，由于氮肥不合理施用造成肥效下降、氮素残留量高及活性氮损失增加等生产生态问题突出。合理施用缓释氮肥，不仅提高氮素利用效率，还可减少挥发损失。在微生物复杂背景下，如何定量分析多种指标对土壤过程的综合影响仍是亟待解决的难题。因此，本研究以农牧交错区主栽作物玉米为例，通过对不同生态位微生物与土壤多功能性的研究，阐明了环境因素—微生物—多功能性的互馈机制，为土壤多功能性维持和产能提升提供理论依据。

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）土壤单一功能特性分析；（2）土壤多功能性与微生物多样性的关系；（3）土壤多功能驱动因素的直接和间接影响。研究假设，缓释氮肥施用下，（1）与不施肥对照相比，适量缓释氮肥提高土壤养分含量，增强土壤多功能性，真菌群落对施肥引起的干扰恢复力低于细菌群落；（2）细菌微生物多样性与土壤多功能显著相关，为细菌多样性与土壤多功能性之间的负相关关系提供直接证据；（3）土壤中全氮、无机氮作为不同生态位的主要驱动因子，促进微生物之间的相互关联，增强土壤多功能性。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根系生态系统中土壤细菌、真菌多样性、群落组成与土壤单一功能及土壤多功能性间的影响机制，为缓释氮肥施用下微生物多样性变化对农田土壤多功能性的影响提供新见解。

研究结果

缓释氮肥施用引起的微生物生态位变化对促进土壤多功能性具有积极作用，N16（240kg·ha-1）处理下土壤多功能性强度相比于不施氮对照增加159.01%。

Sphingomonadaceae（Proteobacteria）Beijerinckiaceae（Proteobacteria）Micrococcaceae（Actinobacteriota）Pyrinomonadaceae （Acidobacteriota）等细菌类群在农业生态系统功能上扮演重要角色。

细菌群落多样性（尤其是非根际及根际处）和群落组成以及土壤氮形态是土壤多功能性的主要驱动因子。

 

图1 细菌（a）和真菌（c）之间的关系Shannon多样性与最大观察函数的阈值（以%为单位）或以上的函数数量

 

图2 缓释氮肥对不同生态位细菌及真菌多样性的影响

图3 不同施氮量下非根际、根际和根内细菌和真菌门水平相对丰度

图4 不同空间位置细菌（a）、真菌（c）与土壤单一功能之间的相关性及土壤多功能性与细菌、真菌（e）线性回归拟合

图5 重要的细菌ASV（科或属水平）作为随机森林回归和spearman相关分析确定的土壤多功能性的重要预测因子