长期施有机肥潮土中芽孢杆菌的群落演替规律及其功能研究

本项目以长期（16年）施有机肥潮土中芽孢杆菌会成为优势细菌的研究发现为出发点，利用河南封丘长期定位施肥试验平台，选择不施肥对照、施有机肥和平衡施化肥三个处理，研究长期施有机肥潮土中芽孢杆菌的群落演替规律及其在有机质分解过程中的作用。联合纯培养方法和分子生态学手段，评价长期施肥对潮土芽孢杆菌多样性的影响，明确长期施有机肥潮土中的优势芽孢杆菌种群；利用不同施肥年限（0～20年）的土壤样品，研究芽孢杆菌群落组成和数量变化，探讨长期施肥条件下芽孢杆菌群落的演替规律；对筛选出的优势芽孢杆菌菌株进行酶活试验，挑选高酶活菌株接入土壤中进行培养，综合分析土壤有机质分解动态、关键酶活性以及芽孢杆菌群落演替规律，揭示芽孢杆菌（尤其是优势芽孢杆菌）在土壤有机质降解过程中的作用。本项目对于认识农田生态系统中的土壤微生物多样性及其生态服务功能、挖掘生物资源和优化土壤碳管理等方面具有重要的科学意义。

长期施肥会导致土壤微生物群落发生变化，前期的研究结果表明，长期施用有机肥潮土芽孢杆菌会变为优势微生物，本研究以此为出发点，利用封丘长期定位施肥试验平台，用传统和分子两种方法研究了特定微生物的群落结构及演替规律。研究结果表明，长期施用有机肥显著增加潮土芽孢杆菌数量，显著降低了芽孢杆菌的多样性同时增加了优势芽孢杆菌的优势度，并且有机肥处理芽孢杆菌在细菌中的优势度比化肥处理更具稳定性。经试验确认，长期施用有机肥潮土中优势的芽孢杆菌中为Bacillus asahii，明确了该微生物不是来源于外源的有机肥，而是潮土土著菌，在施用有机肥后被底物诱导，经过4~5年后逐渐演变为优势微生物。通过纯菌的酶谱试验和土壤培养试验，我们初步判断，该优势芽孢杆菌在潮土中不会显著影响潮土中纤维素和蛋白的分解速率，但会促进土壤中脂类物质的分解以及土壤中有机物质向腐殖质的转过过程。相对应的，长期平衡施用化肥对于增加微生物种群数量例如芽孢杆菌的作用比不上施用有机肥，但对于维持土著芽孢杆菌的多样性和群落结构具有积极的作用。本项目的研究对于全面认识农田生态系统中的土壤微生物群落结构和演替，阐明土壤微生物群落对农业措施的响应及其对土壤功能的影响，具有突出的科学意义。