東北黑土是我國(guó)重要的土壤資源，在保障國(guó)家糧食安全和生態(tài)安全上具有重要地位。然而由于長(zhǎng)期不合理的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)耕作模式，導(dǎo)致土壤侵蝕、土壤有機(jī)質(zhì)下降、土壤養(yǎng)分和水分庫(kù)容變小，土壤退化問(wèn)題嚴(yán)重。近年來(lái)，以減少耕作頻率及秸稈還田為核心的保護(hù)性耕作技術(shù)被廣泛應(yīng)用，保護(hù)性耕作通過(guò)增加外源有機(jī)物輸入、減少土壤擾動(dòng)，有效降低了土壤侵蝕強(qiáng)度，促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)的形成與穩(wěn)定，保障了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展。土壤微生物是土壤-植物系統(tǒng)能量流的主要驅(qū)動(dòng)者，其通過(guò)調(diào)節(jié)土壤生物地球化學(xué)循環(huán)和植物對(duì)養(yǎng)分的吸收過(guò)程，在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。因此，開(kāi)展土壤微生物對(duì)耕作方式的響應(yīng)機(jī)制研究，對(duì)優(yōu)化合理耕作措施，改善土壤生態(tài)環(huán)境意義重大。

　　中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組和黑土有機(jī)碳與保護(hù)性耕作學(xué)科組，對(duì)免耕（NT）、少耕（RT）和傳統(tǒng)耕作（MP）處理下土壤微生物群落組成、裝配過(guò)程和分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析，探討了保護(hù)性耕作下黑土農(nóng)田土壤微生物群落結(jié)構(gòu)演替及發(fā)生機(jī)制對(duì)土壤質(zhì)量和作物生產(chǎn)力的影響。研究結(jié)果表明，不同耕作方式顯著改變了根際和非根際土壤微生物群落，與傳統(tǒng)耕作MP相比，保護(hù)性耕作NT和RT顯著增加了硝化菌Nitrosospira sp.和固氮菌Mesorhizobium sp., Bradyrhizobium sp.和Burkholderia sp.相對(duì)豐度，但降低了具有有機(jī)質(zhì)物分解功能的Blastococcus sp., Streptomyces sp.和Sphingomonas sp.相對(duì)豐度。網(wǎng)絡(luò)分析和隨機(jī)森林分析發(fā)現(xiàn)，上述功能菌在NT和RT處理中被注釋為關(guān)鍵物種，這表明保護(hù)性耕作更有助于土壤碳固定，并促進(jìn)土壤的生物固氮和硝化作用。

　　耕作方式顯著改變了土壤微生物群落的裝配過(guò)程。MP處理下細(xì)菌群落裝配的隨機(jī)過(guò)程，特別是同質(zhì)性擴(kuò)散，顯著高于NT和RT，這可能是由于MP較強(qiáng)的土壤擾動(dòng)，導(dǎo)致微生物的擴(kuò)散速率增加。微生物分子生態(tài)網(wǎng)絡(luò)表明，RT較NT和MP形成更穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且RT有助于提高關(guān)鍵物種介導(dǎo)的土壤養(yǎng)分有效性，緩解植物病原菌的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，而MP網(wǎng)絡(luò)中的核心物種大多為潛在的植物病原菌。結(jié)構(gòu)方差模型（SEM）分析結(jié)果顯示，MP處理引起潛在病原微生物及相互間正向關(guān)聯(lián)性作用，而RT處理具有較穩(wěn)定的微生物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，無(wú)效的病原菌傳播路徑減少，導(dǎo)致RT產(chǎn)量高于MP。

　　相關(guān)研究成果分別發(fā)表在Agriculture, Ecosystems and Environment、Frontiers in Microbiology和Plant and Soils上。研究得到中科院“黑土糧倉(cāng)”科技會(huì)戰(zhàn)專項(xiàng)、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目聯(lián)合資助。

不同耕作方式土壤微生物共線性網(wǎng)絡(luò)分析圖譜