典型农业管理模式下黄土旱塬土壤磷素转化的微生物机制研究

Phosphorus is a limiting factor for agricultural production in Loess Plateau, microorganisms play an important role in improving availability of the insoluble phosphorus for crops by promote different forms of phosphorus transformation.The main objectives of this research are to improve the understanding of the process of soil phosphorus accumulation and transformation in the typical Arid Highland of Loess Plateau, which is the major grain producing areas in northwest of China. The research will be carried out in Changwu Agro-Ecological Experiment Station. The features of phosphorus fractions transformation, soil microbial biomass and microbial metabolic dynamic changes under different nitrogen and carbon input treatments will be measured by soil biochemistry technology and by soil microcosm incubation experiment. The dynamic characteristics of soil phosphorus microbial community structure and function will be analyzed by the traditional phosphate solubilizing bacteria isolation technique combined with the advanced molecular ecological method. By means of coupling analysis of phosphate solubilizing bacteria, the phosphatase gene diversity and the soil phosphorus transformation kinetics process, the research will reveal the effects of nitrogen and carbon input in the process of soil phosphorus transformation and the relative microbial properties, identifying the microbial regulation mechanism on soil phosphorous in different management patterns. Moreover, the results from this research will lay a solid theoretical foundation for improving the soil phosphorus utilization rate in the typical farmland of the northwest area.

磷素是我国西北黄土区农业生产的重要限制因子，微生物则能促进土壤中不同形态磷素转化，在提高土壤难溶解磷素的作物有效性方面发挥了重要作用。本研究拟针对西北粮食主产区的典型黄土旱塬土壤磷素转化过程，依托长武黄土高原农业生态试验站长期定位实验处理，结合室内微宇宙模拟，采用土壤生物化学技术手段，分析不同氮肥和碳源施用模式下土壤磷素赋存形态的转化特征、土壤微生物量和微生物代谢水平动态变化特征；利用传统的解磷菌培养分离技术，结合先进的分子生态学方法，研究土壤磷素相关微生物群落结构和功能等动态变化特征，耦合分析解磷细菌和磷酸酶基因多样性与土壤磷素转化动力学过程，揭示氮肥施用和碳源供给对土壤磷素转化和微生物属性的影响规律，阐明不同农田管理模式下黄土磷素转化的微生物调控机制，为提高西北地区典型农田土壤磷素利用率提供科学依据。

磷是黄土区农业生产的重要限制因子，微生物则能促进土壤中不同形态磷素转化，在提高土壤难溶解磷素的作物有效性方面发挥重要作用。本研究针对西北粮食主产区典型黄土旱塬土壤磷素转化过程，依托黄土高原农业生态试验站长期定位实验处理结合室内模拟，采用土壤生物化学技术手段，分析不同氮肥和碳源施用模式下土壤磷素赋存形态转化特征；利用传统的解磷菌培养分离技术，结合先进的分子生态学方法，研究土壤磷素相关微生物群落结构和功能等动态变化特征与土壤磷素转化动力学过程。研究结果表明：碳氮是解磷微生物生长的限制因子，可增强微生物活性，促进磷素转化，微生物量磷增加，驱动磷素赋存形态的有效态转化，极大提高磷素利用率。土壤磷素的赋存形态也影响着解磷菌的活性，黄土旱塬土壤低磷（P6）的情况下，有机磷微生物就会向外分泌磷酸酶等，水解有机磷转化为无机磷酸盐，解磷菌活性增强。黄土旱塬农田不同管理模式下土壤无机磷含量占全磷总量的53.7%-62.8%，无机磷含量随着施P量的增加呈增加趋势，Ca2-P、ca8-P增加明显，Al-P、Fe-P变化不大，Ca10-P减少，而在有机磷中以活性有机磷变化最大。碳源供给量与高稳性有机磷的含量呈极显著正相关。氮肥可显著增加土壤中可培养的有机解磷菌和无机解磷菌的菌落数，氮素对解磷菌功能具有激发作用。中磷（P12）处理的土壤中有机磷细菌的菌落数都要高于高磷（P24）处理的土壤，磷肥的施加量越少越有利于有机磷细菌的生长。Subgrop-6-norank、RB41-norank、芽草胞菌属为黄土旱塬农田土壤主要解磷菌属。同时磷对Subgrop-6-norank的比例有着促进作用，并且浓度水平越大作用越明显，RB41-norank除单添加较高浓度水平的磷肥（P24）时，其他各添加化肥都使其比例减小，解磷细菌芽孢杆菌属和磷酸酶基因phoD和phoX丰度耦合具有高度相似性。此研究揭示氮碳供给对土壤磷素转化微生物属性影响规律，为提高西北典型农田土壤磷素利用率提供科学依据。