14年的堆肥替代通过优化土壤养分供应和微生物群落结构，提升了玉米的产量

《Plant and Soil》：Fourteen-year manure substitution enhances maize productivity by optimizing soil nutrient availability and microbial community structure

　　

摘要

研究目的

本研究旨在探讨14年施肥条件下土壤微生物共现网络及功能潜力的变化，进而揭示提升玉米产量的机制。

研究方法

试验处理包括不施氮肥（CK）、施用尿素（U1/U2，200/100千克氮/公顷）、施用粪肥（M1/M2，200/100千克氮/公顷），以及同时施用粪肥和尿素（U2M2）。我们检测了土壤养分、酶活性、细菌与真菌群落组成、网络特性、功能潜力以及玉米籽粒产量。

研究结果

14年的施肥处理显著提升了土壤养分含量，使玉米产量增加了12%至127%。施用粪肥使得微生物网络的边数、平均度及网络密度均有所上升，表明其网络复杂性增强；而施用尿素则提高了网络的模块度以及负相关关系的比例，说明其网络稳定性更强。U2M2处理结合了这两种处理方式的拓扑特征，其在微生物共现网络中表现出较高的复杂性和稳定性相关指标水平。长期施肥会降低氮循环的功能潜力，但促进碳循环，其中以施用粪肥的效果更为优异。粪肥大幅增加了外生菌根真菌的丰度，而尿素则显著提升了丛枝菌根真菌的丰度。在U2M2处理组中大量存在的硝化螺菌与高玉米产量密切相关。此外，在U2M2处理组中检测到的细菌生物标志物（Nitrospira、MND1、TRA3-20）以及真菌生物标志物（Mortierella、Chaetomium、Podospora）都与土壤养分含量、酶活性及产量呈正相关关系。

研究结论

用50%的粪肥替代尿素（U2M2处理）可通过增加微生物多样性并改变微生物群落的组成与网络特性，从而提升土壤养分的有效性，进而提高作物生产力。