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科學家揭示長期施用氮肥對全球農田微生物生態的影響規律

來源科技日報2018-05-19 21:19

【海利化工網 每日熱點浙江大學環境與資源學院徐建明教授團隊揭示長期施用氮肥對全球農田微生物生態的影響規律,論文4月26日在線發表在國際權威期刊Global Change Biology。


微生物群落結構和多樣性在農田生態系統中起著重要作用。土壤微生物多樣性的破壞會導致土壤養分失衡、結構退化、生態功能下降,并嚴重影響土壤生產力和土壤健康。施用氮肥作為農田生態系統中最常見的農藝措施,在短期內可以提升作物產量,但長期施用會造成土壤酸化、土壤肥力下降、土壤污染加劇等嚴重問題。

徐建明教授團隊基于全球70個長期定位試驗結果,探討了單施氮肥、氮肥配施磷鉀肥等施肥方式對農田生態系統中土壤肥力、微生物多樣性和群落結構的影響規律。研究表明,單施氮肥顯著降低土壤微生物的多樣性并改變其群落結構,多樣性下降與氮肥導致的土壤酸化和有機質改變密切相關。氮肥配施磷鉀肥則顯著提高微生物的多樣性,主要與氮磷鉀配施引起的土壤有機質提升密切相關。

長期單施氮肥還會提高土壤變形菌門和放線菌門(Actinobacteria)的相對豐度,并降低酸桿菌門的相對豐度,揭示氮素輸入會促進土壤中富養型微生物的生長,而抑制貧養型微生物的生長。雖然單施氮肥會導致嚴重的土壤酸化,但對于pH強敏感的酸桿菌門來說,其豐度卻顯著降低,揭示“養分輸入因子”對此類菌群的決定作用大于“土壤酸化因子”。研究還發現土壤微生物生物量隨著其多樣性的降低而下降,初步揭示施用氮肥導致的微生物多樣性改變直接影響了土壤的生態功能,即可能不存在功能冗余。

該研究揭示了農田生態系統中養分輸入與微生物群落結構和生態功能之間的關聯,為全球農田土壤肥力管理策略提供理論依據。為緩解土壤微生物多樣性的下降,在實際農業生產過程中,建議在氮肥的基礎上配施磷鉀肥。

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