由中科院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所吳金水研究員領(lǐng)銜的農(nóng)業(yè)生態(tài)過程方向研究團(tuán)隊(duì)近日在不同耕作方式下土壤自養(yǎng)微生物固碳能力及其差異的微生物機(jī)制研究方面取得了新進(jìn)展。
該團(tuán)隊(duì)在前期發(fā)現(xiàn)亞熱帶稻田土壤微生物固碳功能的基礎(chǔ)上，選取亞熱帶丘陵區(qū)三種耕作方式的土壤（稻田、水旱輪作、旱地），通過碳同位素連續(xù)標(biāo)記示蹤技術(shù)結(jié)合密閉系統(tǒng)模擬培養(yǎng)，量化了不同耕作方式下土壤自養(yǎng)微生物碳同化能力，同時(shí)結(jié)合克隆文庫、T-RFLP及定量PCR等分子生物學(xué)技術(shù)及酶學(xué)分析方法，探討了其固碳關(guān)鍵功能微生物的種群結(jié)構(gòu)、數(shù)量（功能基因（cbbL）豐度）及關(guān)鍵酶（RubisCO）活性。結(jié)果表明，不同耕作方式顯著影響土壤自養(yǎng)微生物的CO2同化能力，表現(xiàn)為稻田土壤具有較高的微生物同化能力，為水旱輪作和旱地土壤的3倍和100倍，這可能與稻田土壤的碳同化功能基因與碳同化關(guān)鍵酶RubisCO酶活性均顯著高于水旱輪作和旱地土壤有關(guān)。進(jìn)一步的相關(guān)分析表明，土壤微生物的碳同化能力與功能基因（cbbL）豐度及RubisCO酶活性均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P<0.01）。說明土壤對(duì)大氣CO2的同化作用主要是由自養(yǎng)微生物參與的同化過程，且較高的RubisCO酶活性意味著較高的自養(yǎng)微生物CO2同化潛力。同時(shí)熱圖分析表明，不同耕作方式改變了碳同化功能微生物群落組成。發(fā)生變化的微生物類群主要是漢氏硝化細(xì)菌、嗜酸柏拉紅菌、慢生根瘤菌、伯克氏菌、硫化桿菌等。其中，長期種植水稻顯著促進(jìn)了紅長命菌生長，而水旱輪作則有益于甲基叔丁基醚降解菌（Methylibium petroleiphilum）的生長。這些差異的機(jī)制可能是土壤微生物對(duì)長期不同耕作方式在其固碳能力差異上的一種響應(yīng)和反饋策略。該研究深化了我們對(duì)農(nóng)田土壤微生物固碳的生物地球化學(xué)過程機(jī)理的認(rèn)識(shí)。
上述研究成果以題為Cropping systems modulate the rate and magnitude of microbial autotrophic CO2 fixation in soil發(fā)表在Frontiers in Microbiology （doi: 10.3389/fmicb.2015.00379）。該研究得到了中國科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金委等項(xiàng)目的資助。