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土壤微生物与农田地力提升
发布者:时间:2016-04-27浏览次数:1107

林先贵 胡君利 陈瑞蕊 冯有智 褚海燕

 

(中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室,南京  210008)

 

    作者简介:林先贵,男,研究员,中国科学院大学教授,博士生导师,主要从事土壤微生物与丛枝菌根真菌研究。主持完成中国科学院知识创新工程重要方向项目“几种主要农田土壤的生物多样性及其生态服务功能”、科技部“863”重点项目“多环芳烃污染农田土壤的微生物修复技术与示范”与“973”项目课题“土-水界面的物质交换及对水体污染的影响机制”、国家农业科技成果转化资金项目“设施渔业新型、高效水质净化设备组装配套及循环水工厂化养鱼效果中期试验”以及多个国际科学基金会(IFS)和国家自然科学基金委(NSFC)资助项目,发表学术论文300余篇,其中SCI收录100余篇,国家授权发明专利10多项。

    关键词:有机肥;芽胞杆菌;土壤生物肥力;微生物多样性;优势微生物

 

 

   内容摘要:土壤微生物是使土壤具有生命力的主要成分,与土壤肥力和土壤健康有着密切关系,在土壤形成与发育、物质转化及能量传递等过程中发挥着重要作用,是评价土壤质量的重要指标。作为土壤生物肥力的核心,土壤微生物的生命活动可增加土壤中N、P、K等营养元素的供应,可将土壤中一些不能被作物直接利用的物质转换至可利用的状态,此外还可提供促进作物生长的刺激物质,进而强化土壤肥力和增加作物产量。研究指出,在生产实践中应加强对土著微生物的调控管理,维系并激发它们的活性与繁育,以期提升土壤肥力质量与健康质量,最终提高土壤生产力。施肥是保障粮食产量和农业可持续发展的必由途径,但长期施肥会对土壤物理、化学及生物学性质产生深远影响。

    中国科学院封丘农业生态实验站潮土农田生态系统养分平衡长期定位施肥试验始于1989年,实行冬小麦-夏玉米一年两熟种植制度,共设7个处理,包括:不施肥对照CK、施有机肥OM、平衡施化肥NPK、有机无机配施1/2OMN以及缺素施肥NP、NK和PK。研究结果发现,施有机肥、平衡施化肥或有机无机配施均能有效调节土壤pH,增加土壤有机碳与全氮含量,从而实现作物的高产与稳产。与此同时,长期平衡施肥特别是施有机肥显著提高土壤微生物生物量、关键酶活性、呼吸强度及微生物功能多样性(碳代谢活性),但土壤微生物代谢熵与代谢热显著降低,即在更“高效低排”地为生态系统服务,不仅更好地保障了土壤养分转化与作物养分吸收,而且土壤综合碳汇效应明显;相反,在缺素特别是缺施磷肥条件下,土壤微生物不仅代谢效率低下,而且代谢过程会散逸相对多的热量、排放相对多的CO2,土壤质量明显下降。基于针对细菌的PCR-DGGE指纹图谱研究发现,相较其它施肥处理土样,长期施有机肥潮土出现了特异优势芽胞杆菌(Bacillussp.)。比对有机肥的微生物群落检测结果,发现该优势芽胞杆菌并非源于所施有机肥,而是潮土土著菌。鉴此,我们针对芽胞杆菌展开了一系列研究。结果发现,长期施有机肥能显著增加芽胞杆菌的数量及其占细菌的比例,而且其在施有机肥处理中的优势度比施化肥处理更稳定。克隆文库分析结果则显示,长期施有机肥显著降低了芽胞杆菌多样性,但增加了优势芽胞杆菌的相对丰度。经过多项试验,我们最终确认并成功分离到PCR-DGGE指纹图谱中的特异芽胞杆菌菌株,进而利用不同施肥年限(0~20年)的历史土壤样品进一步分析了该芽胞杆菌种群丰度的变化。结果发现,该芽胞杆菌在施有机肥4~5年后逐渐演变为优势微生物。通过纯菌酶谱试验和土壤培养试验,初步判断该芽胞杆菌会促进土壤中脂类物质分解及有机物质向腐殖质转化。结果证实,芽胞杆菌是影响农田土壤地力的重要功能微生物,其群落结构演替与功能演化也与地力紧密相关。

    本研究深刻揭示了长期施有机肥潮土中芽胞杆菌群落的演变,不仅有助于阐明农业措施提升农田地力的微生物学机理,还有助于认知农田生态系统土壤微生物多样性、土壤生物化学过程及其生态服务功能。

 (本文摘自第十二届全国土壤微生物学术讨论会暨第五届全国微生物肥料生产技术研讨会论文集)

所属类别: 农用微生物技术

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