東北地理所在氣候變化影響黑土區(qū)農(nóng)田土壤磷轉(zhuǎn)化方面取得進(jìn)展
氣候變化深刻影響農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)。磷素（P）作為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中第二重要的植物營養(yǎng)元素，能夠調(diào)節(jié)作物對氣候變化的適應(yīng)性。因此，研究作物磷吸收和土壤磷動態(tài)對氣候變化下維持農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性至關(guān)重要。然而，大氣CO2濃度和溫度升高對作物生長和土壤磷組分的影響，以及相關(guān)微生物機(jī)制鮮有研究。
中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組研究人員，利用開頂式氣候室（OTC）模擬大氣CO2濃度和溫度升高，種植大豆和水稻在施磷肥和不施磷肥條件下作物磷吸收及根際土壤磷轉(zhuǎn)化相關(guān)微生物分子生態(tài)特征。研究發(fā)現(xiàn)，在施磷肥和不施磷肥條件下，大氣CO2濃度和溫度升高分別增加大豆磷吸收23%和29%，水稻磷吸收34%和13%。因此，施磷條件下大豆磷吸收對氣候變化的響應(yīng)更為明顯，而水稻則是在不施磷條件下更為顯著。而且，大氣CO2濃度和溫度同時(shí)升高降低大豆根際土壤有機(jī)磷含量，卻增加水稻根際土壤有機(jī)磷含量（圖1）。大豆根際有機(jī)磷含量與酸性磷酸酶活性呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，然而在水稻根際呈正相關(guān)關(guān)系。因此，氣候變化影響大豆根際土壤磷轉(zhuǎn)化以有機(jī)磷礦化為主，而水稻則以磷固定為主。此外，大氣CO2濃度和溫度同時(shí)升高增加了大豆施磷土壤磷轉(zhuǎn)化相關(guān)基因豐度，如phoD（堿性磷酸酶合成基因）、phoC（酸性磷酸酶合成基因）、pstS（磷酸鹽特異性轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白酶）和phnX（磷酸酯酶基因），提出大豆根際有機(jī)磷的礦化是磷轉(zhuǎn)化的主要生物學(xué)過程，而水稻根際土土壤磷轉(zhuǎn)化主要以磷固定為主，而且根際土壤有效磷主要來自于無機(jī)磷的活化（圖2）。此研究揭示了作物—土壤—微生物系統(tǒng)磷循環(huán)的相關(guān)機(jī)理，為氣候變化條件下不同作物磷肥管理策略提供了理論基礎(chǔ)。
圖1 CO2濃度和溫度升高對大豆和水稻根際土壤磷組分的影響
圖2 CO2濃度和溫度升高對大豆和水稻磷吸收和土壤磷轉(zhuǎn)化的影響
相關(guān)成果在國際環(huán)境領(lǐng)域重要期刊Science of the Total Environment上發(fā)表，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所博士生郭麗麗為論文第一作者，金劍研究員為論文通訊作者。研究成果得到黑龍江省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（ZD2021D001）和中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)項(xiàng)目（XDA28020201）的資助。
論文信息：Lili Guo, Zhenhua Yu, Yansheng Li, Zhihuang Xie, Guanghua Wang, Xiaobing Liu, Junjie Liu, Judong Liu, Jian Jin. Plant phosphorus acquisition links to phosphorus transformation in the rhizospheres of soybean and rice grown under CO2 and temperature co-elevated. Science of the Total Environment, 2022, 823, 153558.
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