東北地理所在長期有機改良劑施用提升土壤質(zhì)量及大豆產(chǎn)量方面取得進展
????長期單一施用化肥會導致環(huán)境退化和土壤健康等問題，而有機改良劑含有豐富養(yǎng)分，不僅能增加土壤有機質(zhì)含量，還能改善土壤結(jié)構(gòu)，從而提升土壤質(zhì)量，促進作物產(chǎn)量。有機改良劑與化肥配施能緩解化肥對土壤和環(huán)境的負面影響，并充分發(fā)揮兩者促進作物生長和提高土壤質(zhì)量的優(yōu)勢。根際土壤是植物根系周圍的復雜微環(huán)境，其物理、化學及生物性質(zhì)深遠影響植物的營養(yǎng)吸收和生長發(fā)育。深入理解大豆根際土壤特性及其與植物、微生物的互作機制，對土壤管理和可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義。
????盡管現(xiàn)有研究提供了根際土壤對大豆生長影響的基本認識，但關(guān)于長期土壤管理實踐對根際微環(huán)境調(diào)控的系統(tǒng)研究仍相對較少。因此，東北地理所黑土保護與利用學科組研究人員利用長期定位試驗，分析大豆根際土壤養(yǎng)分、胞外酶活性及微生物群落結(jié)構(gòu)等指標，研究不同種類及施用量的有機改良劑配施化肥對大豆根際及非根際土壤的影響，旨在深入了解有機改良劑施用提升土壤質(zhì)量及大豆產(chǎn)量的機制，為優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及提升土壤質(zhì)量提供科學依據(jù)。
????基于偏最小二乘法路徑分析的研究結(jié)果表明，大豆根際土壤性質(zhì)、微生物生物量及胞外酶活性對不同有機肥施用量的響應大于非根際土壤（圖1）。因此選用大豆根際土壤作為研究對象，進一步分析不同種類有機改良劑（秸稈或有機肥）配施化肥如何調(diào)控根際土壤質(zhì)量及大豆產(chǎn)量。隨機森林分析結(jié)果表明，堿解氮（AVN）的含量是影響微生物資源碳限制（向量長度）及磷限制（向量角度）的關(guān)鍵因素；而β-葡萄糖苷酶活性（BG）則是影響土壤質(zhì)量指數(shù)（SQI）及大豆產(chǎn)量的關(guān)鍵因素（圖2）。在有機肥配施化肥（NPKM）下，大豆產(chǎn)量及土壤質(zhì)量指數(shù)分別比秸稈配施化肥處理（NPKS）高5.99%及46.55%，且大豆產(chǎn)量、土壤質(zhì)量指數(shù)均與微生物資源碳（向量長度）和磷（向量角度）限制呈負相關(guān)關(guān)系（圖3）。因此，從保護黑土地質(zhì)量及確保東北“黑土糧倉”的國家糧食安全的角度來看，有機肥配施化肥是一種有效的長期土壤管理方式。
????研究成果近期發(fā)表在國際期刊Journal of Integrative Agriculture及Plant and Soil上，黑土保護與利用學科組碩士研究生武志民為論文第一作者，鄒文秀研究員為通訊作者。研究得到國家重點研發(fā)計劃（2022YFD1500100）、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項A類（XDA28070100）、財政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-04）和中國科學院區(qū)域發(fā)展青年學者項目（2022-027）共同資助。
圖1. 大豆根際和非根際土壤對不同有機肥施用量響應的偏最小二乘法路徑分析圖
圖2. 向量長度（A）、向量角度（B）、土壤質(zhì)量指數(shù)（C）和大豆產(chǎn)量的潛在驅(qū)動因素
圖3. 不同有機改良劑配施化肥對大豆產(chǎn)量(A)和土壤質(zhì)量指數(shù)(D)的影響；大豆產(chǎn)量與向量長度(B)和角度(C)的關(guān)系、土壤質(zhì)量指數(shù)與載體長度(E)和角度(F)的關(guān)系
圖4. 不同有機肥施用量下根際和非根際土壤胞外酶活性及微生物群落變化
論文信息：
[1] Wu Z,Han X,Chen X,Lu X,Yan J,Wang W,Zou W* & Yan L*. Application of organic manure as a potential strategy to alleviate the limitation of microbial resources in soybean rhizospheric and bulk soils. Journal of Integrative Agriculture,2023. https://doi.org/10.1016/j.jia.2023.10.021
[2] Wu Z,Chen X,Lu X,Zhu Y,Han X,Yan J,Yan L,Zou W*. Impact of combined organic amendments and chemical fertilizers on soil microbial limitations,soil quality,and soybean yield. Plant and Soil,2024: 1-18.https://doi.org/10.1007/s11104-024-06733-4
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095311923003635
https://link.springer.com/article/10.1007/s11104-024-06733-4
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