黑土碳氮循环功能基因对长期施肥响应研究取得进展

肥料管理和施用方式直接影响作物产量，并显著驱动土壤微生物群落的变化。而微生物群落对长期施肥的响应关乎肥料养分的高效利用和农业生产力的提高。中国科学院东北地理与农业生态研究所联合黑龙江省农科院土肥所、黑河分院与吉林省农业科学院，利用黑土区三个30余年的黑土野外定位施肥平台，对比研究了化肥与有机肥4种施肥方式下的微生物群落变化。前期，研究利用高通量扩增子测序技术发现，地域差异是驱动黑土微生物群落分布的主导因素，但施肥在局部地区起显著调控作用；有机肥施用促进黑土富营养型及作物潜在有益菌的生长，而长期添加化肥会降低微生物多样性的同时富集了潜在作物病原菌。

在此基础上，科研团队进一步运用高通量宏基因组测序技术，针对黑土农田碳氮循环功能基因进行分析。结果显示，单施有机肥或与化肥配施显著改变黑土碳氮功能基因的群落结构，增加了纤维素和果胶降解的涉碳基因丰度；而长期单施化肥显著积累了黑土氨氧化作用相关功能基因丰度，或导致硝酸盐富集淋失及N₂O排放增加（图1）；长期有机肥添加显著富集同化和异化硝酸盐还原作用相关功能基因，有助于提升黑土铵态氮含量及氮肥利用率（图2）；而有机肥化肥配施会进一步导致黑土反硝化作用相关功能基因丰度的显著增加，表明过量氮素养分投入可造成土壤氮素通过气态形式损失的风险（图2）。该研究为推进黑土区化肥减量化、构建有机肥施用长效机制提供微生物学理论依据。

近日，相关研究成果发表在Geoderma上。研究工作得到中科院战略性先导科技专项的支持。

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图1.东北黑土区不同施肥制度对土壤碳循环功能基因的影响

图2.东北黑土区不同施肥制度对土壤氮循环功能基因的影响