在集約化耕作的農田生態系統中，施肥是快速補充土壤養分的重要途徑。不同培肥管理形成各自土壤特定功能的微生物種群。在推行農業綠色生產方式，繼續推進化肥減量化、化肥利用率進一步提升，推廣有機肥替代化肥，構建有機肥施用長效機制的大背景下，土壤功能微生物對長期有機肥和化肥添加的響應差異與特征，關乎農業生產力的提高和肥料養分的高效利用。
中國科學院東北地理與農業生態研究所農田分子生態學科組在前期研究的基礎上（Agr. Ecosyst. Environ., 2017；Pedosphere, 2018, 2020；Geoderma, 2022），繼續依托公主嶺、哈爾濱和黑河3個野外定位施肥試驗站，采用宏基因組測序技術，解析了長期有機肥和化肥添加影響農田黑土微生物驅動的磷代謝途徑特征。
研究表明，有機肥添加顯著改變土壤微生物磷相關功能基因組成，且與土壤全磷和速效磷養分含量呈正相關關系；有機肥可直接增加土壤有效磷含量，間接地通過增強土壤微生物調控無機磷溶解、有機磷礦化潛能以及抑制微生物磷吸收和轉運潛能，來促進土壤有效磷累積（圖1）。相反，化肥激發土壤微生物吸收和轉運以及微生物磷饑餓代謝潛能，可能導致微生物與作物競爭土壤有限磷養分。
在3個施肥地點中，有機肥施用一致性地降低了調控微生物磷吸收和轉運的phnC基因豐度，但富集了介導土壤有機磷礦化的phnP、opd和phoN基因；有機肥還增加了調控土壤無機磷溶解的ppa、gcd和pqqC等基因豐度。特別是，黑土中的phnC基因豐度與土壤有效磷含量呈顯著負相關；binning獲得的23個高質量基因組全部攜帶該基因，其中Sphingomicrobium被發現為調控土壤速效磷含量的潛在指示物種。研究揭示了長期有機肥添加促進黑土微生物介導的磷養分的有效轉化，為做好農業可持續發展下的土壤肥料供給提供了微生物學理論借鑒。
近期，相關研究成果發表在Agriculture, Ecosystems and Environment上。研究工作得到中科院戰略性先導科技專項、中科院青年創新促進會和黑龍江省自然科學基金重點項目的支持。
圖1.不同施肥制度調控黑土有效磷累積
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