王 超，陈 娟，沈仁芳*

    (1 土壤与农业可持续发展国家重点实验室/中国科学院南京土壤研究所，南京 210008；2 中国科学院大学，北京 100049；3 浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室/河海大学，南京 210098)

    在中国，酸性土壤 (pH<5.5) 面积约 2.18 亿 km2，占土壤总面积的22.7%，主要分布在南方热带和亚热带地区[1]。这些地区具有充足的水热资源，较高的生产潜力，但是较高的土壤酸度严重限制了作物的生产。尤其是近几十年来，不合理的土壤利用在不断加速土壤酸化，对该地区生态环境构成了严重威胁[2-3]。其中，大量化学氮肥的投入是土壤加速酸化的主要诱因，并引起面源污染和温室气体排放增加等一系列负面影响[2,4]。因此，当务之急是在稳产、增产的同时减少化学氮肥的投入。生物固氮是固氮微生物将大气中不能被植物直接利用的氮气还原成氨的过程，是经济、无污染和生态友好的氮素供应方式[5-6]。生物固氮的挖掘和利用，在提高作物产量、降低化肥使用量、减少环境氮污染以及缓解土壤酸化等方面具有重要意义。

    固氮微生物具有丰富的生物多样性，按照固氮条件和生活习性，可分为共生固氮、联合固氮和自生固氮[7]。除对豆科植物根瘤共生固氮微生物的研究外，近年来，非豆科植物的非共生固氮受到广泛关注，涉及联合固氮和自生固氮[7-9]。相对于共生固氮而言，非共生固氮速率虽然较低，但对非豆科作物的氮素来源具有重要贡献[7,10]。非共生固氮微生物在时空分布上更为广泛，在植物根际、根部、叶面甚至组织内部经常被发现[9]。目前，在水稻、玉米和小麦等作物中均发现了大量非共生固氮菌，暗示了禾本科作物具有生物固氮的潜力[11-13]。生物固氮效率的高低与固氮微生物数量和种群结构的变化密切相关[14-15]。对于固氮微生物种类的认识，以前的大多研究仅局限于纯培养技术，大大限制了对固氮菌的了解。随着高通量测序的发展，利用分子生态学方法发现了大量不可培养的固氮微生物[16]，其中nifH基因已经被广泛应用于对固氮微生物的多样性和群落结构的研究中，进而反映生态环境中固氮功能的变化和潜能[17-18]。

    在酸性土壤中，铝毒是限制作物生长的主要因素之一，植物基因型表现不同的耐铝能力去适应酸性土壤环境[19-20]。而这些植物基因型可直接影响或通过改变土壤环境间接影响土壤微生物的群落结构、多样性和丰度[18,21]。我们前期研究中发现，酸性土壤上不同耐铝能力的玉米品种形成了差异明显的根际固氮微生物群落组成，说明植物基因型控制着根际固氮微生物群落[18] ......