東北地理所在長期作物連作下施肥管理對土壤微生物殘體和養(yǎng)分需求影響研究中取得進(jìn)展
土壤微生物及其分泌的胞外酶是土壤有機(jī)質(zhì)分解和養(yǎng)分循環(huán)的關(guān)鍵媒介，其活性與作物產(chǎn)量和土壤有機(jī)碳及氮、磷、鉀養(yǎng)分的有效性密切相關(guān)。氨基糖作為微生物細(xì)胞代謝產(chǎn)物經(jīng)過微生物周而復(fù)始的生長-代謝-死亡的循環(huán)過程，不斷地在土壤中積累，對土壤微生物的長期作用過程具有獨(dú)特的“記憶效應(yīng)”，可以評價微生物殘體對土壤有機(jī)質(zhì)循環(huán)的碳氮調(diào)控機(jī)制。然而，有關(guān)東北黑土區(qū)不同作物長期連作施肥下黑土有機(jī)質(zhì)和微生物養(yǎng)分需求變化知之甚少。因此，開展以上相關(guān)機(jī)制研究，可為認(rèn)識區(qū)域農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)下土壤微生物介導(dǎo)的養(yǎng)分循環(huán)及其資源需求狀況提供新視角。
東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所黑土保護(hù)與利用學(xué)科組，利用2004年布設(shè)于黑龍江海倫農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站的長期連作定位試驗(yàn)，解析大豆、小麥和玉米連作施肥對土壤叢枝菌根真菌、厭氧菌、好氧菌、微生物養(yǎng)分需求及其代謝殘體氨基糖的影響。研究結(jié)果顯示，與不施肥處理相比，連續(xù)12年施用化肥條件下，大豆和小麥連作使土壤氨基糖含量顯著降低，有效碳源的缺乏造成氨基糖的大量分解，作為部分碳源維持土壤微生物機(jī)體代謝；而玉米連作則表現(xiàn)相反，較高C/N的玉米殘體進(jìn)入土壤后為微生物提供相當(dāng)數(shù)量的碳源，同時化肥的施入滿足碳氮元素的平衡供給，加快微生物生長，增強(qiáng)土壤中無機(jī)氮素的微生物同化固定，減輕由于長期施用化肥引起的土壤酸化。與不施肥處理相比，長期施用化肥降低了土壤微生物量和酶活性，磷鉀肥的過量施用可能是造成土壤微生物C限制的主要因素，微生物的養(yǎng)分需求主要受C和P的制約，而玉米連作可在一定程度上緩解這種限制。與大豆和小麥連作施肥相比，玉米連作處理下AMF和好氧菌生物量較高，表明種植玉米可以促進(jìn)土壤微生物的營養(yǎng)循環(huán)，改善土壤環(huán)境。
圖1. 施肥和根茬輸入量對土壤細(xì)菌和真菌生物量及其殘體和土壤有機(jī)碳含量的影響
圖2. 施肥和根茬輸入碳氮比對土壤微生物量、酶化學(xué)計量比和養(yǎng)分循環(huán)的影響
相關(guān)研究成果發(fā)表在Journal of the Science of Food and Agriculture和European Journal of Soil Biology上。研究得到中國科學(xué)院野外臺站聯(lián)盟項(xiàng)目（KFJ-SW-YW035-4），國家自然科學(xué)基金（41771327，41807085），黑龍江省應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)計劃（GA19B101，GA19B105）和國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-04）聯(lián)合資助。
論文信息如下：
Chen Xu, Han Xiaozeng, Yan Jun, Lu Xinchun, Hao Xiangxiang, Wang Wei, Asim Biswas, Xia Zhu-Barker, Zou Wenxiu*. Land use and mineral fertilization influence soil microbial biomass and residues: A case study of a Chinese Mollisol. European Journal of Soil Biology, 2020, 100: 103216.
Chen Xu, Han Xiaozeng, Lu Xinchun, Yan Jun, Asim Biswas, Zou Wenxiu*. Long-term continuous cropping affects ecoenzymatic stoichiometry of microbial nutrient acquisition: a case study from a Chinese Mollisol. Journal of The Science of Food and Agriculture, 2021, 101: 6338–6346.
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