成都生物所揭示有机肥和生物肥提升土壤氮有效性的调控机制
作者:罗林 时间:2024-03-06

 为满足日益增长的全球人口对粮食的需求,过量的化肥被施加到生态系统中,这引起了土壤酸化、水体污染和温室气体排放等环境问题。在此背景下,用环境友好型的生物肥料和有机肥代替化肥,不仅能提高土壤氮素养分的有效性,还能减少过量化肥使用带来的负面影响。解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens: BA)是生物肥料的典型代表,已有研究表明施加BA能增加土壤氮素养分有效性,但BA通过改变土壤中哪些氮转化过程进而增加土壤氮素养分有效性尚未可知。关于有机肥对土壤氮转化过程影响的研究有很多,但研究结果也存在争议。 

 基于此,中国科学院成都生物研究所地表过程与生态系统管理项目组博士生罗林在尹春英研究员的指导下,以酸性茶园土壤为研究对象,设置了4个处理:对照(不施肥)、BA单独施加、有机肥单独施加和BA与有机肥共同施加,采用15N同位素示踪技术并结合MCMC数值分析模型,探究了BA和有机肥对酸性茶园土壤氮转化过程的影响及调控机制。研究表明:1BA和有机肥单独施加均提高了土壤氮素养分有效性2有机肥单独施加增加了初级氮矿化和铵微生物固定速率,而BA单独施加及BA与有机肥共同施加降低这两个过程的速率,这与有机肥单独施加增加土壤亮氨酸氨基肽酶(LAPN-乙酰- -D-葡萄糖苷酶(NAG活性及脲酶基因丰度,而BA单独施加及BA与有机肥共同施加减少微生物生物量氮含量、酶活性(LAPNAG和脲酶)和脲酶基因丰度有关3)三种施肥处理均显著增加了土壤自养硝化速率,这与施肥后土壤pH和氨氧化古菌丰度增加有关,同时,BA与有机肥共同施加还促进了硝微生物固定速率;4)净硝产生速率可反应土壤氮素损失的风险,BA和有机肥单独施加增加了净硝产生速率,二者共同施加减小了该速率。综上所述,BA和有机肥单独施加通过增加土壤自养硝化速率进而增加了土壤氮素养分有效性,这也增加了氮素损失的风险,而二者共同施加通过促进硝微生物固定过程减小了土壤氮素损失风险。本研究揭示了BA和有机肥对酸性茶园土壤氮转化过程的影响及调控机制,特别强调了BA和有机肥共同施加对土壤氮素有效性和氮素损失风险的影响,这将对农业生产和生态环境产生重大的影响。 

 上述研究结果以“Organic fertilizer and Bacillus amyloliquefaciens promote soil N availability via changing different mineralization–immobilization turnover rates in acidic soils”为题发表在《Agriculture, Ecosystems and Environment》。罗林为论文第一作者,尹春英研究员为论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、四川省科技计划和中国科学院战略性先导科技专项的联合资助。 

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  图1.土壤初级氮矿化速率和铵微生物固定速率

 图2. 土壤初级氮转化速率的影响因子

  图3. 不同处理中土壤氮素转化示意图 

 
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