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)近日在施氮水平對(duì)水稻光合碳的土壤傳輸及其微生物利用機(jī)制方面取得了新進(jìn)展。
作物光合碳以根際沉積物的形式進(jìn)入土壤，是根際微生物的主要碳源和能量來源。根際微生物能夠通過自身代謝活動(dòng)將這部分碳源或以氣體的形式返回大氣，或以有機(jī)質(zhì)的形式存儲(chǔ)于土壤中。根際微生物對(duì)光合碳的利用能夠顯著影響土壤碳固定過程。但是，微生物如何利用根際沉積碳，根際沉積碳在稻田土壤有機(jī)碳流通過程中的作用及其施氮對(duì)根際沉積的影響機(jī)制等還尚不清楚。
基于此，該團(tuán)隊(duì)利用碳同位素（13C-CO2）連續(xù)標(biāo)記技術(shù)結(jié)合磷脂脂肪酸的穩(wěn)定同位素探針技術(shù)（13C-PLFA-SIP），探討了不同施氮水平（0 、22.5 、45、90 和 135 kg N ha-1）對(duì)水稻光合碳（通過沉積作用）的土壤傳輸及其微生物同化的影響。結(jié)果表明，施氮顯著提高了水稻地上部和根系的生物量，從而導(dǎo)致輸入土壤的光合碳量也呈同步增加趨勢(shì)，而且隨著水稻根系生物量的增加，土壤有機(jī)質(zhì)中來自根的13C含量也相應(yīng)上升，但來源于光合碳的土壤微生物生物量（13C-MBC）在水稻-土壤系統(tǒng)中的比例卻降低了，因此，高量施肥使水稻光合碳的土壤傳輸和積累比率呈現(xiàn)出非線性驟升的規(guī)律，而且施氮肥后土壤碳庫(kù)13C與根中13C的比值下降，這表明施氮后光合碳向土壤的流通量加快而合成量降低；13C-PLFA-SIP分析的結(jié)果表明，施氮后，來源于根際沉積的13C-真菌、菌根真菌和放線菌含量增加，而革蘭氏陽(yáng)性菌和革蘭氏陰性菌含量減少。因此，真菌是重要的光合碳根際同化者，施氮顯著提高了光合碳的土壤微生物同化量（圖1）。該研究為深入解析稻田碳循環(huán)及水稻土的可持續(xù)管理提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐。
該研究近期以題為Rice rhizodeposition and its utilization by microbial groups depends on N fertilization發(fā)表在Biology and Fertility of Soils（DOI: doi:10.1007/s00374-016-1155-z）上。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、英國(guó)皇家學(xué)會(huì)牛頓高級(jí)學(xué)者基金等項(xiàng)目的資助。
圖1 水稻光合碳對(duì)不同施氮水平的響應(yīng)及其微生物利用機(jī)制
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