减量施氮与间作大豆对甜玉米土壤丛枝菌根真菌与氮转化微生物互作关系影响的机理

The facilitative interactions between the indigenous arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and the key functional microorganisms involved in nitrogen transformation in the intercropping system is the scientific basis for the regulation of nitrogen cycling. By using the method of stable isotope nucleic acid probe, high-throughput sequencing, GeoChip and in situ observation, the project, combining the field soil pot experiment and the long-term experiment of reduced nitrogen fertilization in sweet corn and soybean intercropping system, aims to study the influence of two fertilizer levels and three cropping patterns on the indigenous arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) community structure of the rhizosphere soil and crop roost, and further to explore the dynamics of functional soil microbial communities and the transformation of N between intercropping and mono-cropping systems. The visualized microbial molecular network structure of the indigenous AMF community and key nitrogen transformation groups will be constructed and the effects on soil nitrogen fixation, mineralization and uptake, nitrification and denitrification, nitrogen leaching, ammonia volatilization and N2O emission will be measured. The mechanism of the interactions between the indigenous AMF community and the key functional microbial communities in the process of nitrogen transformation will reveal the potential relations of the biological and geophysical network in sweet maize -soybean intercropping system, hence, provide a scientific support for the development of an environment-friendly and efficient intercropping system.

间作系统中土著丛枝菌根真菌（AMF）和氮转化核心微生物之间的互惠关系是科学调控氮素循环过程的基础。本项目在减量施氮与甜玉米大豆间作田间长期定位试验的基础上，结合原位土壤室内盆栽实验，采用稳定同位素核酸探针标记、高通量测序与GeoChip功能基因芯片技术，探明减量施氮与间作大豆对根际土壤、作物根系土著AMF群落结构影响的规律以及氮素转化迁移核心微生物群落结构、功能及演替的规律；可视化分析AMF群落和氮转化核心微生物分子生态网络结构的变化及其对土壤固氮、矿化与吸收、硝化与反硝化、氨挥发和N2O排放等关键过程的影响规律；解析长期减量施氮与间作豆科作物对作物⁃AMF⁃土壤微生物-土壤体系的氮迁移转化流的影响规律，揭示氮素转化过程中土著AMF群落与氮素转化核心功能微生物群落的耦合机制，为充分挖掘甜玉米大豆间作系统地下部互惠网络的生物学潜力、发展环境友好型和资源高效利用型的间作模式提供科学依据。

间作系统中土著丛枝菌根真菌（AMF）和氮转化核心微生物之间的互惠关系是科学调控氮素循环过程的基础。本项目在前期9季试验（2013-2017年）的基础上，继续开展了8季（2018-2021年）大田试验，研究了4种种植模式和3种施氮水平对系统产量及其稳定性、土壤地力和肥料贡献率、固氮量和固氮率、系统氮损失、土壤氮转化以及温室气体排放的影响。然后分析了第10季大豆根围土、根际土和根系AMF群落多样性。最后通过盆栽试验探讨了施氮水平与隔根方式对甜玉米//大豆间作系统中生物量、N转移以及AMF群落结构的影响。主要研究结果有：. 1）甜玉米//大豆的间作优势明显，间作处理的系统总产量显著高于单作。. 2）间作处理的地力贡献率显著高于甜玉米单作，肥料贡献率显著低于甜玉米单作。. 3）随着施氮量的增加大豆的结瘤数量和根瘤干重降低，低氮促进大豆结瘤。氮淋溶、氨挥发量、矿化速率以及硝化速率随着施氮量的增加而增加，固定速率随着施氮量的增加而降低。间作处理的土壤氮素固定速率高于玉米单作但低于大豆单作，间作处理的硝化速率高于玉米单作。. 4）N2O的排放量随着施氮量的增加而增加。. 5）氮肥施用显著降低了根围土、根际土及根系中AMF群落物种多样性。甜玉米//大豆2:4间作处理根系中AMF的Shannon指数和Chao指数显著低于大豆单作。. 6）在同一根系交互方式下，不施氮处理的甜玉米生物量显著低于其他两种处理。. 7）施氮显著影响大豆固氮率及其固氮量，不同根系交互方式影响养分转移，进而影响大豆固氮量。. 8）随着施氮水平的增加，AMF群落物种丰富度和多样性逐渐降低，且参与氮循环的AMF群落物种丰富度逐渐降低。. 本项目组成员参加了1次国际会议和7次国内会议，共投稿会议论文3篇，其中国际会议摘要2篇；项目共发表期刊论文11篇，其中SCI收录8篇；项目共培养博士2名，硕士8名。