磷肥与玉米花生间作协同调控根际微生物组并提升作物产量的机制研究

《Frontiers in Microbiology》：Phosphorus fertilization and maize intercropping with peanut synergistically reshape rhizosphere microbiome and enhance crop yield

本研究通过长期田间试验结合高通量测序，系统揭示了磷(P)施肥与玉米||花生间作系统通过重塑根际微生物群落（如富集硝化细菌Nitrospirae和腐生真菌Mortierellomycota）、增强土壤磷(P)有效性（AP提升16.9–55.4%）和氮(N)循环效率，从而协同提高作物产量（间作玉米增产52.12%）的微生物学机制。该工作为碱性土壤中基于微生物组调控的可持续集约化农业提供了理论框架。

　　

引言

优化多样化种植系统中的养分循环对可持续农业至关重要。豆科-禾本科间作虽能增强资源互补利用，但磷(P)施肥与此类系统在碱性土壤中重构根际微生物组及驱动协同增产的相互作用尚不明确。本研究通过长期田间试验，整合扩增子测序与农艺土壤分析，探究玉米-花生间作系统在磷肥下的互作机制。

材料与方法

试验始于2010年河南科技大学试验田，采用随机区组设计，设磷肥（0与180 kg P₂O₅·ha^?1）和种植系统（单作玉米SM、单作花生SP、间作MIP）双因子。测定产量、土地当量比(LER)及土壤理化性质，并通过16S/ITS测序分析微生物群落。

结果

土壤性质、作物营养积累及产量优势

磷肥显著提升间作玉米和花生产量（分别+52.12%和+43.60%），并增强间作产量优势(IYA, +60.77%)和LER(+2.54%)。间作在缺磷(P0)下促进玉米磷(P)积累(+26.63%)和干物质(+15.94%)，但抑制花生生长；施磷(P1)缓解花生竞争抑制，同时放大玉米增益（磷积累+136.6%）。土壤有效磷(AP)和全磷(TP)在间作下显著提升，且pH降低0.7–4.7%，铁(Fe)-氮(N)耦合效应增强。

土壤微生物群落组成与多样性

真菌群落对磷肥和间作的响应比细菌更敏感（ANOSIM R=0.831 vs. 0.479）。磷肥富集腐生型Mortierellomycota(+72.41%)和硝化菌Nitrospirae，间作抑制病原菌Ascomycota(?9.81%)。LEfSe分析揭示施磷间作系统特异性富集Arthrobacter（铁载体生产者）和Entotheonellaeota等功能类群。

土壤性质、植物生长与微生物群落关系

冗余分析表明土壤AP和TP是微生物群落结构主导因子（解释真菌变异的81.6%）。Mortierellomycota和Nitrospirae丰度与土壤AP、TP及作物产量呈显著正相关，而Ascomycota和Glomeromycota与植物生长负相关。

讨论

间作与磷肥通过改善养分积累和根际化学提升产量

磷肥强化间作系统的互补资源利用，促进玉米氮磷积累及花生铁-氮互作。根际酸化与微生物活动共同提升磷有效性，微生物介导的养分循环是增产关键。

间作与磷肥塑造根际微生物组并富集功能类群

磷有效性驱动微生物群落组装，富集养分循环相关类群（如Mortierellomycota促进磷溶化），同时抑制病原菌。宿主选择与土壤肥力互作形成功能特异性微生物网络。

磷有效性通过调控微生物群落驱动植物-微生物-土壤反馈

磷肥诱导的微生物组重构（如富集硝化、磷溶化 taxa）与土壤养分改善形成正向反馈循环，支撑系统生产力。

结论

磷肥与间作协同通过微生物组重构（如富集Mortierellomycota和Nitrospirae）启动植物-微生物-土壤反馈，提升养分效率。本研究为微生物组导向的农业管理策略提供机制框架。