東北地理所在保護性耕作土壤微生物驅(qū)動養(yǎng)分循環(huán)特征研究取得進展
傳統(tǒng)耕作（如梨耕，MP）會導致土壤結構退化、土壤養(yǎng)分流失和生物多樣性減少，阻礙農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展。保護性耕作（CAT）相對于傳統(tǒng)耕作（CVT）被認為更有益于土壤健康和土壤生態(tài)功能。然而，不同耕作方式如何影響微生物群落和功能特征進而改變土壤養(yǎng)分循環(huán)的作用機制尚不明確。
東北地理所農(nóng)田分子生態(tài)學科組研究人員在前期揭示不同耕作方式土壤微生物群落組成及轉配機制基礎上（Frontiers Microbiol,2020;Plan Soil,2021;Agr Ecosyst Environ,2021），采用宏基因組技術和基因組組裝技術，解析了免耕（NT）、少耕（RT）和傳統(tǒng)耕作(MP)，作物根際和非根際土壤中微生物介導碳（C）、氮（N）和磷（P）循環(huán)的功能特征。
研究表明，CAT的微生物功能群落與CVT存在顯著差異，這些差異在根際土壤中更為明顯。在根際或非根際土壤中，CAT促進了微生物多重代謝路徑，包括碳氮降解、發(fā)酵、CO氧化、氮固氮、硝酸鹽還原和無機有機磷轉化。這些代謝路徑的改變主要由Bradyrhizobium,Mesorhizobium,Nitrososphaera,Phenylobacterium,Rhizobium等物種驅(qū)動。本研究重構了24個高質(zhì)量基因組（MAGs），其中三個新型MAGs（TL100、TL46和TL57）攜帶具有調(diào)控所有碳氮磷代謝的功能基因。與MP相比，NT富集的MAGs促進了發(fā)酵作用，導致非根際土壤中的土壤總碳（TC）相對于MP有所減少；RT上調(diào)了鏈霉菌（Streptomyces）攜帶的phoR基因，從而促進了微生物磷饑餓響應，增加了土壤中總磷（TP）和有效磷（AP）的含量；CAT在根際土壤中促進了同化硝酸鹽還原與有機磷礦化，減少了氮素損失并活化了土壤有機磷。保護性耕作特別是少耕相比免耕可提升微生物多重養(yǎng)分代謝能力，進而利于維持或增加土壤養(yǎng)分含量。
研究成果發(fā)表在國際期刊《Agriculture,Ecosystem & Environment》（IF: 6.0）上，農(nóng)田分子生態(tài)學科組胡曉婧副研究員為第一作者，劉俊杰和梁愛珍研究員為通訊作者。研究得到國家重點研發(fā)計劃（2022YFD1500200）、中國科學院青年創(chuàng)新促進會（2023237）、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項（XDA28020201）和黑龍江省自然科學基金重點項目（ZD2022D001）共同資助。
論文信息：
Hu X,Liu J*,Liang A*,Gu H,Liu Z,Jin J,Wang G. Soil metagenomics reveals reduced tillage improves soil functional profiles of carbon,nitrogen,and phosphorus cycling in bulk and rhizosphere soils. Agriculture,Ecosystem & Environment. 2024,379,109371.
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https://doi.org/10.1016/j.agee.2024.109371
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