高产优质羊草根际土壤微生物区系特征及调控机制研究

The application of bio-organic fertilizer (mature compost) can significantly enhanced soil fertility, regulated soil microbiota, and improved crop yield and quality, which has been widely applied in agricultural field. However, the research about practical effects or regulation mechanism of bio-organic fertilizer in grassland was rarely reported. The application of bio-organic fertilizer if can significantly promote forage growth by improving rhizosphere soil microflora and what mechanism involved in rhizosphere microbiota construction of high quality forage are still unknown. In this program, we evaluate the application effects of bio-organic fertilizer on Leymus chinensis (wildly distributed in northern grassland) from two aspects: forage yield and quality. We employ modern analytical tools and high-throughput sequencing technique to further investigate the rhizosphere soil microflora characteristics and root exudates characteristics of Leymus chinensis which handled by different fertilizer regimes; reveal the formation mechanism of Leymus chinensis rhizosphere microflora that mediated by root exudates; and clarify the regulation mechanism of bio-organic fertilizer on rhizosphere soil microflora. This research will enrich the promotion theory from a new perspective-rhizosphere microecology, and provide an important theoretical basis for constructing healthy rhizosphere microflora and a scientific basis for deeply guiding the Leymus chinensis planting.

将家畜粪便通过发酵制成生物有机肥施用到大田，可以有效提升土壤肥力、调控土壤微生物区系、提高作物产量与品质，目前已在农业领域得到了广泛应用。然而，关于生物有机肥在牧草上实际应用及机理研究的报道极少。施用生物有机肥能否通过改善牧草根际土壤微生物区系来达到提高牧草产量及品质的目的？高产优质牧草的根际土壤微生物区系形成机理是怎样的？本项目以我国北方草原地区广泛分布的羊草为研究对象，从产草量和牧草品质两方面综合评定生物有机肥在羊草的施用效果；利用现代分析手段结合高通量测序技术，深入研究不同处理对羊草根际土壤微生物区系和根系分泌物的影响，阐明根系分泌物介导下不同根际土壤微生物区系的形成机理，明确生物有机肥对土壤微生物区系的调控机制。本项目的研究结果将从根际微生物生态角度丰富生物有机肥的促生理论，为构建高产优质羊草的土壤微生物区系提供理论支撑，同时为建植高产优质的羊草人工草地供科学依据。

在草原地区，牧草产品在输出的同时，土壤养分亦会被过量带走。施肥通常被认为是快速补充土壤养分的有效途径，然而，化肥的施用不能兼顾生产力提高和土壤肥力保育的目的，不利于牧草产品的可持续输出，生物有机肥在改良土壤性状的同时，又可以有效增加作物产量，目前已在农业领域得到较为广泛的应用。然而，关于其在牧草上实际应用效果及机理研究的报道极少。本研究采用原位小区和盆栽试验相结合的方法，探究了不同有机肥施用对羊草产量和土壤理化性质的影响，并从土壤微生态的角度对其作用机理进行了研究，主要研究结果如下：1. 在羊草草地施用生物有机肥，可以显著（P < 0.05）提高羊草生物量。通过室内盆栽试验证明，施用生物有机肥增加了细菌多样性，而降低了真菌的多样性；不同施肥处理土壤微生物群落差异显著。生物有机肥的施用增加了对羊草生长有促进作用的有益微生物的相对丰度。此外，通过RDA分析可以得知，有机质、全氮和有效钾等养分的增加有利于木霉属、Adhaeribacter属、黄杆菌属、Flavobacterium属和假单胞菌属等有益微生物的活动。2. 通过采集第二年原位小区不同生育期（抽穗期、开花期、成熟期）羊草根际的土壤样品，分析土壤微生物区系演变规律及与生物量的关系。在三个采样时期，与不施肥相比，施用普通有机肥（6000 kg ha-1）和生物有机肥（6000 kg ha-1）均可以显著提高羊草的地上部生物量。细菌的HShannon和SChao1指数与羊草生物量呈显著正相关。NMDS结果显示，土壤微生物群落结构可以依据不同的采样时期显著分开，并且在每个采样时期，CK、OF和BOF也可以显著分开。不同的采样时期、施肥制度、土壤理化性质以及相互关系可以分别解释15.0%和20.8%的细菌和真菌的群落变化。Mantel结果显示，土壤微生物群落与羊草生物量呈显著正相关关系（细菌，P = 0.019；真菌，P = 0.001）。本研究从土壤微生物生态学角度丰富了促生理论，为羊草人工草地的建植提供了重要的理论基础和科学依据。