土壤与秸秆微生物调控玉米秸秆腐解的机制研究

Straw returning is a convenient and effective way to utilize straw resources and fertilize soil, and it is an important link to realize carbon cycle and nutrient turnover balance in farmland ecosystem. Microorganisms play an important role in the process of straw decomposition. At present, researches on the regulation of straw decomposition by soil microorganisms are relatively systematic. However, researches on the regulation effect and mechanism of straw microorganisms and their interaction with soil microorganisms on straw decomposition and nutrient release are insufficient. Therefore, in this study, the effects of soil and straw microbial interaction on straw decomposition rate, straw nutrient release characteristics, soil nutrient content and microbial community structure were studied by thermostatic incubation and pot experiment method to investigate the change of microbial community structure and its relationship with the decomposition rate and nutrient release characteristics, and then explain the interaction mechanism between soil microorganism and straw microorganism in the process of straw decomposition. The results will enrich the scientific principles of straw returning to the field and improving the farmland ecological environment, and provide a theoretical guide for technology establishment for the research and development of new biological decomposing agents.

秸秆直接还田有利于提高资源利用效率、持续培肥土壤，是促进农田生态系统碳氮循环及养分周转平衡的重要方式。微生物在秸秆腐解过程中发挥了重要作用，目前关于土壤微生物调控秸秆腐解的研究较为系统，但关于秸秆自身微生物及其与土壤微生物互作对秸秆腐解与养分释放的调控效应与机制研究不足。为此，本项目采用室内恒温培养和旱棚盆栽试验，以玉米秸秆为材料，设置秸秆和土壤在原状和灭菌状态下的处理组合，研究土壤与秸秆微生物对秸秆腐解速率、秸秆养分释放特性、土壤养分含量和微生物群落结构的影响，阐明秸秆腐解过程中秸秆微生物群落结构的变化及其与秸秆腐解速率及养分释放特性的关系及其机制。本研究可为农田土壤培肥和新型农用微生物秸秆促腐剂的研发与大田应用提供理论基础。

本项目以玉米秸秆为试材，设置秸秆和土壤在原状和灭菌状态下的处理组合，探究玉米秸秆微生物对秸秆分解特征、养分释放规律、土壤养分含量和微生物多样性的影响。主要进展如下：（1）在玉米收获期，秸秆和土壤间细菌和真菌OTU数目、种类明显不同。主成分分析表明，在门水平下，土壤细菌和真菌群落存在明显差异。（2）在培养期间，秸秆分解速率先快速增加后又下降然后趋于平缓，土壤pH逐渐下降，土壤电导率、有机碳、碱解氮、有效磷、速效钾含量整体呈增加趋势；培养结束时，秸秆养分累积释放率K>P>N，以钾释放速度最快。在所有处理中，以原状秸秆+原状土壤处理的秸秆分解率最高，土壤养分含量最高。说明秸秆和土壤微生物对还田秸秆的分解速率、养分释放、土壤养分含量均有重要的促进作用。（3）对土壤进行微生物多样性分析，秸秆原状还田条件下，培养初期土壤中的细菌和真菌多样性、丰富度和微生物数量降低，培养至40 d，土壤细菌和真菌群落逐渐朝着起始土壤微生物群落演替。相关性分析发现，拟杆菌门的丰度与土壤pH呈极显著正相关，变形菌门、芽单胞菌门与土壤AP、AN、AK含量呈显著或极显著负相关；被孢霉门与土壤AK、AN、AP、SOC含量呈显著或极显著负相关。（4）对秸秆进行微生物多样性分析，与培养前秸秆相比，秸秆细菌的丰富度和多样性无明显变化，秸秆真菌则变化幅度较大。在秸秆分解过程中原始秸秆出现的蓝藻菌门消失，厚壁菌门和变形菌门的相对丰度先减少后增加；在培养结束时，秸秆细菌变形菌门、放线菌门所占比例最大，达到总丰度的83%以上；培养结束时，秸秆真菌子囊菌门的相对丰度均增加，担子菌门降低，且子囊菌门的相对丰度均达到99%以上。相关性分析表明，蓝藻菌门、担子菌门的丰度与残留秸秆TK、TC、C/N、TP含量呈显著或极显著正相关。本研究结果可为还田秸秆的微生物分解机制研究提供理论基础，同时为生产实践中秸秆分解关键微生物类群挖掘及微生物菌剂研发提供理论依据。