東北地理所在黑土區(qū)大豆連作障礙發(fā)生的微生物作用機制研究取得進展
黑龍江省是我國大豆的主產(chǎn)區(qū)，大豆種植面積占全國種植面積40%左右，隨著國家作物種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整和大豆產(chǎn)業(yè)振興計劃的實施，黑龍江省大豆種植面積逐步增加。長期的定位試驗和多點的田間調(diào)查證實，大豆連作1年、2年和3年產(chǎn)量分別下降10-15%、15-20%和20-30%。因此，東北區(qū)大豆連作障礙的發(fā)生是一個不可回避的現(xiàn)實問題。
大量研究結(jié)果表明，大豆連作障礙的發(fā)生因素十分復雜，如土壤性狀惡化、土壤酶活性降低、土壤病原微生物的富集和化感自毒作用等，這些因素即單獨起作用也可能多個因素交織在一起，互相交聯(lián)在一起共同起作用。而以往基于連作土壤滅菌實驗證實，生物因素是導致連作障礙發(fā)生的主要制約因素。因此，開展大豆連作下微生物群落組成、多樣性分布及群落演替規(guī)律及對策研究對闡明大豆連作障礙發(fā)生機制及推進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要理論意義和實際應用價值。
東北地理所農(nóng)田分子生態(tài)學科組基于大豆短期連作（3年和5年）、長期連作（13年）及大豆-玉米輪作等處理，采用高通量測序技術(shù)系統(tǒng)研究了東北區(qū)大豆連作障礙發(fā)生的微生物機制。研究發(fā)現(xiàn)，與短期連作相比，長期連作和輪作處理顯著增加了土壤養(yǎng)分含量、細菌和真菌多樣性指數(shù)而降低了土壤真菌與細菌數(shù)量的比值。發(fā)現(xiàn)土壤pH和C:N分別是驅(qū)動大豆連作下土壤細菌和真菌群落發(fā)生演替的主要影響因素。長期連作和輪作處理顯著增加了有益細菌Bradyrhizobiumsp和Gemmatimonassp的相對豐度，而顯著降低了病原真菌Fusariumsp的相對豐度（圖1）。此外，與短期連作相比，長期連作和輪作處理增強了細菌和真菌群落的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性。輪作處理中具有分解木質(zhì)素和纖維素等有益細菌Bryobacter、Gemmatimonas和Terracidiphilus與真菌群落中具有抑制病原微生物生長的Trichoderma、Mortierella和Exophiala作為主要的關(guān)鍵微生物類群（Module hubs和Connectors），可能對改善土壤環(huán)境具有積極的作用（圖2）。總體而言，大豆長期連作處理在微生物數(shù)量、多樣性指數(shù)及群落結(jié)構(gòu)組成與短期連作處理差異顯著，但與輪作處理相似，說明大豆長期連作導致了土壤產(chǎn)生“抑病土”的微生物基礎(chǔ)。
該研究成果先后發(fā)表在Applied Soil Ecology, Soil & Tillage Research 和Land Degradation and Development上。研究成果得到國家重點研發(fā)（2017YFD0200604）、國家自然科學基金和中國科學院青年創(chuàng)新促進會等項目的資助。
論文信息：
1.Liu JJ., Yu ZH., Yao Q., Hu XJ., Zhang W., Mi G., Chen XL and Wang GH*. Distinct soil bacterial communities in response to the cropping system in a Mollisol of northeast China. Applied Soil Ecology, 2017, 119, 407-416.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0929139317302214?via%3Dihub
2.Liu JJ., Yao Q., Li YS., Zhang W., Mi G., Chen XL., Yu ZH and Wang GH*. Continuous cropping of soybean alters the bulk and rhizospheric soil fungal communities in a Mollisol of Northeast PR China. Land Degradation and Development. 2019, 1-14.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ldr.3378
3.Liu ZX., Liu JJ*., Yu ZH., Yao Q., Li YS., Liang AZ., Zhang W., Mi G., Jin J., Liu XB and Wang GH. Long-term continuous cropping of soybean is comparable to crop rotation in mediating microbial abundance, diversity and community composition. Soil & Tillage Research. 2020, 197, 104503.
https://authors.elsevier.com/c/1a5Nkc13yHMxu
圖1不同處理下細菌與真菌群落組成及聚類分析圖譜
圖2不同處理下細菌與真菌群落的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)
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