关键微生物通过调节根系特性和磷吸收来提高间作系统中玉米作物的生产力

《Plant and Soil》：Keystone microbes mediate root traits and phosphorus uptake to enhance maize crop productivity in intercropping systems

间作通过优化玉米根-微生物协同效应显著提升其产量和磷吸收效率，促进根形态与生理可塑性，并形成复杂稳定的微生物网络，其中关键物种通过分泌羧酸盐和增强根吸收特性驱动产量增长。

　　

摘要

背景与目的

研究表明，间作能够提高作物产量和磷（P）的吸收能力，其中根系与微生物的相互作用起着关键作用。我们之前的研究结果表明，间作的这种有益效果在很大程度上取决于根系特征与根际过程之间的匹配程度。然而，关于土壤微生物群落在地下过程中的作用仍知之甚少。

方法

我们通过一项长期田间实验，设置了三种磷肥施用量，并采用了五种玉米种植模式，整合了作物产量、根系生理特征、根系形态特征以及微生物扩增子测序数据。

结果

研究发现，与单作相比，间作显著提高了玉米的产量和磷吸收能力，同时根系的形态和生理特征也表现出更强的可塑性。此外，与不同伴生作物进行间作显著改变了玉米的土壤微生物群落结构，而磷肥施用量对此影响甚微。网络分析显示，间作促进了更复杂且更稳定的微生物网络的形成，其合作关系比单作更为紧密。在间作系统中富集的关键微生物类群的相对丰度与作物产量和磷吸收量呈正相关，解释了玉米产量变异的41.11%。结构方程建模（SEM）进一步表明，这些关键微生物通过促进羧酸分泌和培育更具吸收能力的根系形态特征，从而提高了玉米的产量。

结论

本研究阐明了间作如何优化根系与微生物之间的协同作用，以提高磷的利用效率，强调了通过有针对性地调控关键微生物类群来增强磷吸收和作物表现，在可持续农业系统中的潜力。