潮土地力提升中脱颖而出的一类微生物

【作者】 冯有智； 陈瑞蕊； 赵飞； 王俊华； 林先贵；

【机构】 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； 南京土壤研究所-香港浸会大学土壤与环境联合开放实验室；

【摘要】 本世纪全球最大的挑战之一是如何解决日益增长的人口和不断萎缩的耕地面积之间的矛盾,同时还要维系土壤地力和保护环境。有机肥是解决以上诸多问题的良药之一。但是,有别于化肥,有机肥料中的养分不能直接被作物所利用,需要微生物的帮助。中国科学院封丘农业生态实验站长期养分定位试验揭示施用有机肥的前几年作物产量较低,直到8年后才能赶上化肥的平衡处理。我们推测8年的有机肥持续施入可以优化土壤微生物群落结构,驯化某些土壤微生物功能,使得它们能够迅速分解有机肥料,释放养分,以满足作物生长的需要,这对于指导有机肥施用有着至关重要的意义。要解决以上科学问题,有5个"W"亟需回答,即哪些土壤微生物对施用的有机肥料最敏感(Who),它们从哪里来(Where),什么时候(When)和为什么(Why)它们会成为优势微生物,以及它们具体在做什么(What)。利用中国科学院封丘农业生态实验站的农田生态系统养分平衡长期定位试验,系统的研究了施用有机肥对我国华北平原潮土微生物的影响。首先利用高通量测序和克隆文库对当前土壤微生物群落结构的研究发现一种类Bacillus asahii细菌对长期施用有机肥的响应最为显著,而且它是潮土中的土著微生物;对历年的土壤样品进行指纹图谱和克隆文库分析,显示该类微生物大约需要2-4年成为潮土中优势微生物,此后其在杆菌纲中的占比波动于40%-72%之间;设计筛选方案,获得了该菌株,对其进行生理生化分析发现该物种有着不同于其它芽孢杆菌的生理特征,以及具有丰富的代谢多样性;回接实验显示该菌株能够加速和促进其它微生物对潮土有机质累积和磷素循环过程,在作物生长和土壤地力中起到领军性的作用。该结果首次明确了我国潮土中的关键性物种,加深了我们对施用有机肥如何通过影响微生物而影响农田生态系统的认识。更多还原