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生科院戴传超教授课题组在过度利用“稻虾共作”模式土壤微生物研究方面取得新进展

近日,我校生科院戴传超教授课题组在对 “稻虾(水稻-小龙虾)共作”农业生态模式的研究中发现,过度利用该模式或将带来稻田土壤微生物生态环境的破坏。相关成果以“Destruction of the soil microbial ecological environment caused by the over-utilization of the rice-crayfish co-cropping pattern”为题发表在《Science of the Total Environment》上。戴传超教授为论文通讯作者,张杨博士后为第一作者。《Science of the Total Environment》是环境科学与生态学领域的TOP期刊,其2020年影响因子为6.551。

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近年来,“稻虾共作”模式因其农艺技术简单、经济效益高,在农业上得到了迅速发展。然而,由于这种模式的过度利用而造成的稻田土壤微生物潜在的生态问题却鲜有人报道。经研究发现,与水稻单作相比,长期过度利用的稻虾共作模式会降低稻田土壤微生物丰富度和多样性。尤其表现在参与氮素分解利用的微生物丰度降低,参与碳素分解利用的微生物丰度增加,这直接导致了氮循环功能的减少和碳循环功能的增加。进一步分析发现,在水稻生长的整个生育期内,“稻虾共作”模式土壤中Firmicutes门(以Bacillus芽孢杆菌属和Clostridium梭菌属为主)和Chloroflexi绿弯菌门(以Anaerolineaceae厌氧绳菌科为主)的特异性敏感OTU的相对丰度显著高于水稻单作模式,而Nitrospirae硝化螺旋菌门(以Nitrospira硝化螺旋菌属为主)、Gemmatimonadetes芽单胞菌门(以Gemmatimonas芽单胞菌属为主)的特异性敏感OTU的相对丰度显著高于水稻单作模式,Actinobacteria放线菌门(以Nocardioides类诺卡氏菌属为主)显著低于水稻单作模式。

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群落整体分析发现,两种稻作模式,在水稻生长的不同生育期阶段均有着对生育期特异性敏感变化的OTU存在,而这些OTU显著驱动着微生物群落网络的构成规律。进一步发现,这些生育期敏感OTU构成的网络模块对于土壤养分的调控方面均具有正向协同效应。因此,发现生育期特异性敏感的OTU的物种分类、丰度和功能是制定“稻虾共作”模式土壤微生物生态管理策略的基础,对研究不同稻作模式土壤微生物群落构成和土壤健康具有重要意义。

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论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969721028655