稻田土壤改良与利用创新团队揭示了有机培肥调控作用的微生物机制

近日，我所稻田土壤改良与利用创新团队在Field Crops Research上在线发表了题为“Optimum organic fertilization enhances rice productivity and ecological multifunctionality via regulating soil microbial diversity in a double rice cropping system”的研究论文，揭示了不同有机培肥模式调控双季稻田土壤质量和生态功能多样性的微生物机制，为稻田健康土壤培育和水稻产能协同提升提供了技术途径。

南方双季稻轮作对保障国家粮食安全和农田生态功能至关重要，然而长期过量单施化肥导致严重的土壤酸化、农业面源污染和农田生态功能退化。土壤微生物群落(细菌、真菌等)以多营养级微食物网形态共存，其群落结构和多样性直接或间接地影响稻田土壤质量、水稻生产能力和农田生态功能。本研究设置4种不同有机物料(生物有机肥，腐熟秸秆+粪肥，生物炭和土壤调理剂)与化肥配施模式，基于连续4年的田间试验，深入研究了不同有机培肥模式下土壤微生物群落稳定性、多样性影响水稻产量、土壤质量和农田生态功能多样性的作用机制。

研究发现，早稻中化肥配施生物有机肥或腐熟秸秆+猪粪、晚稻中化肥配施生物有机肥或生物炭处理，可通过提高土壤微生物丰度、可溶性有机碳和碳氮循环相关酶活性，提高水稻产量和土壤质量指数。各优化有机培肥处理分别提高了早稻季土壤细菌、晚稻季土壤真菌丰度，Proteobacteria、Acidobacteriota、Bacteroidota和Nitrospirota是早稻和晚稻季土壤优势微生物类群；同时，显著增加了早稻季土壤Bacteroidetes、Proteobacteria丰度但抑制了Acidobacteriota、Nitrospirota丰度；相反，各有机培肥处理对晚稻季土壤真菌群落无显著影响。进一步发现，早稻和晚稻季土壤细菌、真菌系统发育多样性与土壤质量指数和农田生态功能多样性指数呈显著正相关关系。热图分析表明，Proteobacteria和Nitrospirota可作为早稻农田生态功能响应有机培肥的生物指示因子，其与细菌系统发育多样性和溶解性有机碳显著相关。随机森林和结构方程模型表明，土壤细菌系统发育多样性、溶解性有机碳和氮代谢功能酶活性可作为评价农田生态功能多样性的主要驱动和预测因子。综上所述，早稻中生物有机肥或腐熟秸秆+猪粪、晚稻中生物有机肥或生物炭，可作为该地区双季稻生产和土壤健康的适宜有机培肥模式。土壤细菌多样性协同土壤理化性质在调控南方双季稻生产力、土壤质量和农田生态功能多样性方面发挥重要作用。

该研究得到了国家重点研发计划、中国农科院重大任务、浙江省重点研发计划等项目的资助。我所曹小闯研究员、贵州大学刘丽副教授为论文共同第一作者，张均华研究员和曹小闯研究员为通讯作者。

文章链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378429024003228?dgcid=author