東北地理所在長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)黑土磷庫(kù)影響的微生物機(jī)制研究取得新進(jìn)展
磷是作物生長(zhǎng)必需的營(yíng)養(yǎng)元素，通過(guò)施肥措施提高土壤磷有效性對(duì)保障糧食安全至關(guān)重要。然而，長(zhǎng)期單一施用化肥往往導(dǎo)致土壤生態(tài)功能退化。雖然有機(jī)肥配施化肥已被證實(shí)能改善土壤質(zhì)量，但關(guān)于長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)配施如何驅(qū)動(dòng)黑土（0-40 cm）磷組分轉(zhuǎn)化及其微生物學(xué)機(jī)制尚不清楚。研究人員選取了長(zhǎng)期定位試驗(yàn)不施肥（CK）、單施化（CF）以及化肥配施不同量牛糞有機(jī)肥（FM1, FM2）處理，系統(tǒng)分析了0-40 cm土層土壤磷組分（Hedley-P）及磷循環(huán)功能基因的變化特征。結(jié)果表明：相比單施化肥，增施牛糞顯著提高了0-20 cm土層中不同磷組分含量，包括活性磷（AEM-Pi, NaHCO3-Pi, H2O-Po, NaHCO3-Po）、中度活性磷（NaOH-Pi, NaOH-Po）以及穩(wěn)定性磷（HCl-Pi, HCl-Po, Residual-P）。研究表明，有機(jī)肥的投入不僅增加了當(dāng)季磷素有效性，還顯著提升了土壤磷庫(kù)的長(zhǎng)期儲(chǔ)備能力（圖1）。
不同施肥處理在不同土壤剖面下塑造了獨(dú)特的磷相關(guān)微生物群落結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)特征。施用有機(jī)肥增加了無(wú)機(jī)磷溶解基因的相對(duì)豐度，尤其在0–10 cm和30–40 cm土層，同時(shí)降低了所有土層中磷饑餓基因豐度。單施化肥和化肥配施有機(jī)肥處理均提高了10–20 cm和30–40 cm土層中有機(jī)磷礦化基因的豐度。gcd基因的豐度與表層土壤中的無(wú)機(jī)磷溶解呈正相關(guān)，而ppk1、ppa和ppx基因豐度則與下層土壤中的無(wú)機(jī)磷溶解呈正相關(guān)。宏基因組組裝（MAGs）構(gòu)建結(jié)果表明，深層土壤更有潛力蘊(yùn)藏參與磷循環(huán)的未知微生物譜系及功能基因，這不僅擴(kuò)展了針對(duì)磷循環(huán)微生物多樣性的認(rèn)知，還表明深層土壤是新型微生物譜系和功能基因的儲(chǔ)庫(kù)，為篩選研究磷循環(huán)基因的潛在模式微生物提供了有價(jià)值的見(jiàn)解（圖2）。研究結(jié)果提倡化肥配施有機(jī)肥以增強(qiáng)表層土壤中微生物對(duì)磷的活化，未來(lái)的研究應(yīng)優(yōu)先對(duì)深層土壤微生物類(lèi)群進(jìn)行功能驗(yàn)證，以完善可持續(xù)的磷管理策略。
相關(guān)研究成果發(fā)表于中國(guó)科學(xué)院一區(qū)TOP期刊Agriculture, Ecosystems & Environment，農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組于鎮(zhèn)華副研究員（第一作者）和李彥生副研究員（通訊作者）等共同完成。研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2021YFD1500400，2021YFD1500803），中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（XDA28100200）以及中國(guó)科學(xué)院國(guó)際合作項(xiàng)目（131323KYSB20210004）聯(lián)合資助。
圖1 黑土剖面（0-40 cm）不同磷組分含量。不施肥（CK），單施化肥（CF），CF配施15 Mg ha-1牛糞有機(jī)肥（FM1），以及CF配施30 Mg ha-1牛糞有機(jī)肥（FM2）
圖2 (A) 基于 GTDB-Tk 的重構(gòu)高質(zhì)量宏基因組組裝基因組（MAGs）與參考基因組的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)。(B) MAGs的相對(duì)豐度。(C) MAGs中鑒定的參與磷循環(huán)的基因拷貝數(shù)。
論文信息如下：
Zhenhua Yu, Changkai Liu, Xiaojing Hu, Mikhail Semenov, Junjie Liu, Jian Jin, Yuan Chen, Xingyi Zhang, Guanghua Wang, Xiaobing Liu, Yansheng Li*. Coupled shifts in phosphorus fractions and P-cycling genes driven by long-term cattle manure amendment across the 0–40 cm profile of a Mollisol. Agriculture, Ecosystems and Environment. 2026. 110279.
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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167880926000666
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