外源腐解菌对土壤分解功能稳定性的控制机制研究

Exogenous decomposing microbes are often used to increase the decomposition of crop residues incorporated into soil, but the effects vary case by case. Different microbes are involved in organic matter decomposition in soil. Therefore, the decomposition process and its resistance and resilience to perturbation may be altered due to the change of microbial communities induced by the exogenous decomposing microbes. Using controlled incubation experiments, the objectives of this study are 1) to determine the effects of species diversity of the exogenous decomposing microbes on soil microbial community structure; 2) to elucidate the exogenous decomposing microbes on the decomposition of added crop residue and the composition of decomposing microbial functional group ; 3) to determine the effect of exogenous decomposing microbes on the functional stability after the disturbance of drying-rewetting cycles or adding corn. Structure of soil microbial community is determined by phospholipid fatty acid characterization (PLFA). The composition of soil decomposing microbial functional group is identified by stable isotope probe technique (SIP). This study will improve our understanding of soil microbial diversity on soil functional stability as well as promote commercial use of microbial resources for crop residue management.

秸秆还田时常添加外源腐解菌促进其快速分解，但不同环境下腐解菌的促腐效果差异较大。土壤中秸秆分解是不同微生物接力作用结果，外源微生物可通过改变土壤微生物群落结构，控制其分解功能及其对环境胁迫的抵抗力和回复力（即功能稳定性）。通过室内控制试验，本项目的研究目标是：1）明确外源腐解菌物种多样性对土壤微生物群落结构的影响；2）阐明腐解菌对土壤分解功能和功能群组成的影响；3）揭示干湿交替和铜胁迫下，腐解菌对土壤分解功能稳定性的影响。土壤微生物群落结构通过测定磷脂脂肪酸表征，功能微生物鉴定采用稳定性同位素探针技术。研究结果不仅有助于深入理解土壤微生物多样性与功能稳定性的关系，而且对秸秆腐解菌剂商品化，提高还田秸秆腐解效率具有重要意义。

秸秆还田时常添加外源腐解菌促进其快速分解，但不同环境下腐解菌的促腐效果差异较大。土壤中秸秆分解是不同微生物接力作用结果，外源微生物可通过改变土壤微生物群落结构，控制其分解功能及其对环境胁迫的抵抗力和回复力。项目采用芽孢杆菌(Paenibacillus pabuli, P)、深红紫链霉菌(Streptomyces violaceorubidus, S)和黄绿木霉(Trichoderma aureoviride, T) 构建了7种不同物种数量的外源微生物菌剂, 并将之添加到红壤和黑土中，监测各菌剂在不同土壤内定殖后土壤微生物的生物量及群落结构组成的变化；并分析各菌剂定殖后其在不同的土壤内对秸秆分解速度的提升能力, 同时利用多次胁迫反应验证其分解能力的稳定性，进而为优化有机物分解菌剂种群配置提供参考。结果显示，在红壤中P、S、T处理以及PT和PS处理均使土壤微生物生物量显著增加(p<0.05)； 各处理的土壤微生物群落的细菌百分含量基本稳定, 真菌百分含量显著增加; 而放线菌百分含量除P和ST处理外, 其他处理均显著降低。但是在黑土中，尽管各处理微生物生物量均显著的高于红壤，但 PST 处理的微生物生物量与群落结构均与未接种的对照处理无显著差异，而其余各处理土壤微生物生物量低于未接种的对照处理，且ST处理显著增加群落中真菌的比例，T处理显著提高群落中放线菌的比例。在红壤中T 处理、PT处理、ST 处理和PST 处理均增加红壤累计呼吸量增加，ST 处理和PST 处理对秸秆分解速率提升25%以上，且ST 处理和PST 处理接种后的红壤分解功能抗胁迫的抵抗力也较强。黑土各处理的累积呼吸量均较CK显著增加，但增加幅度较红壤更小，为6%-9%；且黑土的ST 处理在执行分解功能时不仅具有抵抗胁迫的能力，而且还有较强的回复能力。