东北地理所在连作土壤古菌群落与作物产量关系研究中取得进展

土壤家 2022-07-27

来源：中国科学院东北地理与农业生态研究所网站（2022年6月23日）

黑龙江省是我国大豆的主产区，我省“扩种大豆”工作方案提出2022年黑龙江省新增大豆种植面积1000万亩，为此对大豆产量的实际需求导致东北地区大豆连作现象有所加重。已有研究证实，土壤生物特征是决定大豆连作障碍发生与否的主要因素。然而，目前关于大豆连作是否会影响土壤古菌群落组成，以及土壤古菌群落变化特征和作物产量间的互作关系如何仍然没有定论。

为此，东北地理所农田分子生态学科组科研人员基于大豆短期连作（3年和5年）、长期连作（13年）及大豆-玉米轮作处理，采用高通量测序技术系统研究了根际和非根际土壤古菌群落的丰度、多样性和组成特征，结合细菌和真菌群落对微生物网络结构和微生物抗性进行综合分析，以阐明连作下土壤微生物群落变化与作物产量间的互作关系。

研究发现相比短期连作，长期连作和轮作处理显著增加了古菌的丰度，但降低了古菌群落多样性（图1）。此外，与短期连作相比，长期连作显著降低了网络中潜在植物病原菌的相对丰度，增加了微生物抗性。微生物抗性指数与潜在病原菌的相对丰度显著负相关，而与大豆产量呈正相关关系。微生物网络和随机森林模型分析结果显示，尽管古菌类群不属于微生物网络的中心节点，但其对土壤微生物抗性的贡献要大于细菌和真菌群落。本项研究揭示了高抗性的微生物群落可以通过调节土壤养分和植物病原菌的相对丰度，从而间接地影响大豆产量（图2）。

图1大豆连作土壤古菌丰度、多样性及群落结构组成

图2土壤微生物抗性指数对土壤养分、潜在植物病原菌丰度和大豆产量的影响

研究成果近期发表在国际期刊Science of the Total Environment上。博士研究生刘株秀为论文的第一作者，刘俊杰研究员为通讯作者。研究得到了中国科学院前沿科学重点研究计划项目（ZDBS-LY DQC017），国家自然科学基金（42177105）和中国科学院战略性先导科技专项（XDA28070302）的资助。

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