来源:Soil Ecology Letters 发布时间:2023/3/1 10:39:51
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SEL | 前沿研究:有机肥和化肥配施利于砂姜黑土氮循环微生物群落的稳定

论文标题:Combined application of organic manure and chemical fertilizers stabilizes soil N-cycling microflora(有机肥和化肥配施利于砂姜黑土氮循环微生物群落的稳定)

期刊:Soil Ecology Letters

作者:Ruibo Sun, Daozhong Wang, Zhibin Guo, Keke Hua, Xisheng Guo, Yan Chen, Binbin Liu, Haiyan Chu

发表时间:02 Nov 2022

DOI:10.1007/s42832-022-0165-z

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氮素是影响农田生产力最主要的元素之一,过量化肥的施用不仅导致了严重的环境问题,并且显著影响了土壤氮循环功能微生物群落。秸秆或有机肥与化肥的配施被认为有利于降低单施化肥引起的环境问题。关于不同有机物对土壤氮循环过程的影响已开展了广泛的研究,但是大部分研究都关注于其中某个或某些过程,关于秸秆和有机肥对土壤氮循环微生物群落的影响仍然缺乏全面的认识。此外,由于PCR技术在物种覆盖度和扩增准确性上的限制,基于PCR技术的研究结果可能存在一定的偏差。

本研究依托安徽省农业科学院蒙城马店试验站的长期定位实验,利用宏基因组学技术解析了单施化肥(NPK)、化肥配施秸秆(NPK+HS)、化肥配施猪粪(NPK+PM)和化肥配施牛粪(NPK+CM)对土壤氮循环功能微生物群落的影响。结果发现,与不施肥的对照处理(Control)相比,所有施肥处理都显著提高了氮循环微生物的整体丰度,但是NPK和NPK+HS处理对不同氮循环功能基因的影响更大。NPK处理显著改变了氮循环微生物群落组成,NPK+HS处理与NPK处理的影响相似,表明秸秆的添加并未有效降低化肥对氮循环微生物群落的影响;然而,NPK+PM和NPK+CM处理的微生物群落更接近于Control处理,表明化肥和有机肥的配施更有利于砂姜黑土氮循环功能微生物群落组成的稳定。进一步的分析发现,氮循环微生物群落变化主要与土壤pH相关,而NPK和NPK+HS处理显著降低了土壤pH,同时Beta-null模型的结果显示确定性过程在NPK和NPK+HS处理中对氮循环微生物群落构建中的贡献显著提高,说明土壤酸化引起的环境过滤过程导致了土壤氮循环功能微生物群落的变化;然而,碱性有机肥的施用则可以通过缓解土壤酸化而有利于土壤氮循环功能微生物群落的稳定,并由此保持氮素流动的平衡,减少氮素相关的环境问题。

以上结果推进了我们关于长期施肥下氮素相关环境问题的微生物学机制的认知,揭示了土壤酸化—氮素环境问题—氮循环功能微生物之间的密切联系和互作机制,同时强调了解决土壤酸化问题对土壤氮素管理的重要性。

图1 研究土壤中检测到的氮循环基因(A);不同条件下总的氮循环功能基因丰度(B);不同施肥处理各氮循环基因丰度(RPKM)(C);氮循环功能基因对不同施肥处理的响应(LRR, log response ratio)(D)。

图2 氮循环功能微生物的主坐标分析(PCoA)图(A);不同处理氮循环微生物群落的基于丰度的beta零模型偏差(Abundance-based β-null deviation)(B);氮循环微生物生态网路模块及其与环境因子的相关性(C)。

SEL虚拟专辑文章合集

土壤生物地球化学循环

1. 施氮和生物炭添加对土壤无机碳源CO2排放的影响

2. 生物炭和生物风化矿粉通过碱化土壤增强无机碳固存

3. 土壤微生物碳利用效率对气候变暖的响应

4. 长期增温对青藏高原土壤生态酶活性及初始微生物养分限制无影响

5. 氮添加对白羊草地群落中不同功能物种植物-土壤-微生物化学计量特征的影响

6. 土壤磷决定了退耕还林过程丰富和稀有细菌群落的独特构建策略

7. 不同施肥对稻田土壤氧氨氧化活性、丰度及群落组成的影响

8. 土壤总氮矿化的根际效应:整合分析

9. 水稻生育期二氧化碳升高和氮肥施用对收获后土壤团聚体中根际沉积碳去向的影响

土壤微生物生态学

1. 相比化肥或有机肥单施,有机-无机配施建立了更稳定的土壤和根际微生物网络

2. 重新认识菌根:菌根真的如普遍认为的那样重要吗?

3. 土壤pH驱动紫金山小海拔尺度下土壤细菌群落的分异

4. 一平方米的土壤中生活着多少种细菌和古菌?

5. 土壤颗粒和水分相关因子驱动了锡林河流域河床-河漫滩-阶地连续体细菌群落的分异

6. 长期秸秆还田影响土壤细菌群落与硅形态相互转化的关系及提高水稻产量

7. 间作系统中丛枝菌根真菌的作用与变化

8. 细菌和真核生物群落的相互作用可能对对虾养殖池塘土壤生态系统的贡献

9. 不同农艺措施对根际和根区土壤细菌群落的影响

10. 植物通过根系分泌物招募假单孢菌协助抵抗地上部病原菌侵染

土壤污染与修复

1. 微塑料对水稻根际碳氮磷水解酶活性及其空间分布的影响

2. 黄土高原土壤微生物介导的酶促进了采后复垦人工林的次生演替

3. 结合宏基因组学评估消毒剂使用对土壤微生态的潜在风险

4. 新型生物炭物理结构和化学组成变化对水溶液中铜的吸附影响和机理研究

5. 重金属污染增加土壤微生物碳限制:来自生态酶化学计量学的证据

6. 两种水稻根系Cd胁迫响应的表型和代谢组学分析

7. 改性粉煤灰对Cd和Pb污染土壤的修复

8. 有机磷系阻燃剂在土壤-植物体系中的环境行为和生态效应

9. 性激素在水-土或沉积物体系中的吸附-解吸

10. 重金属污染土壤热固化修复再利用生态风险和人体健康风险评价方法体系构建

土壤动物及其生态功能

1. 数据库和引物的选择对长白山不同植被土壤线虫群落组成的影响

2. 在微田间实验中施肥和杂草物种丰富度对土壤线虫群落影响

3. 植物资源输入对土壤线虫能量通量的影响受气候和植物资源类型的影响

4. 黑土农田区域和局域尺度蜘蛛、甲虫和蚂蚁的beta多样性分析

5. 纳米银在土壤动物食物链中积累和转移的潜在风险及对N元素传递的影响

6. 蚯蚓在长期免耕土壤中促进了根系来源碳向土壤大团聚体的累积

期刊简介

Soil Ecology Letters(SEL) 由高等教育出版社与中国科学院城市环境研究所共同主办,SpringerNature海外发行。报道领域包括:土壤生物多样性、土壤互营和食物网、土壤微生物组、土壤—植物相互作用、土壤生物地球化学循环、土壤生物修复和恢复、土壤多功能性、土壤生物对环境变化的响应和适应、土壤生态过程的突破性技术、新理论和模型。栏目包括但不限于:letter to editor, perspective, review, rapid report, research article, commentary, SEL digest。

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