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(guò)程方向研究團(tuán)隊(duì)近日在水稻光合碳和微生物同化碳的轉(zhuǎn)化與微生物利用特征獲新進(jìn)展。
土壤中植物殘?bào)w、凋落物、根際沉積以及微生物同化碳等形式輸入的外源碳，是土壤有機(jī)碳的重要來(lái)源，其在土壤中的周轉(zhuǎn)過(guò)程是構(gòu)成土壤碳循環(huán)的重要組成部分。盡管已有研究探討了植物來(lái)源的有機(jī)碳在土壤中的周轉(zhuǎn)過(guò)程，但是，目前還缺乏對(duì)于不同來(lái)源的光合碳和微生物同化碳輸入土壤后，在微生物作用下的轉(zhuǎn)化與分配規(guī)律，及其土壤微生物對(duì)不同碳源利用與響應(yīng)特征的研究。
基于此，該團(tuán)隊(duì)在前期研究的基礎(chǔ)上，采用碳同位素標(biāo)記技術(shù)和磷脂脂肪酸的穩(wěn)定同位素探針技術(shù)（13C-PLFA-SIP），模擬不同來(lái)源的“新碳”（13C-標(biāo)記的水稻秸稈、根系、根際沉積碳以及微生物同化碳）在水稻土中的轉(zhuǎn)化、分配以及微生物利用與響應(yīng)特性。結(jié)果表明，在模擬培養(yǎng)過(guò)程中，水稻秸稈和根系碳在微生物作用下快速分解轉(zhuǎn)化為可溶性有機(jī)碳（DOC），增加其在微生物量碳（MBC）和土壤有機(jī)碳（SOC）庫(kù)中的分配，隨著易利用態(tài)碳的消耗，在SOC中的分配率也逐漸降低；而根際沉積碳和微生物同化碳在DOC、MBC和SOC中的分配變化相對(duì)較??；300天培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，大約10%的秸稈碳，16.5%的根系碳，45.2%和33.8%的根際沉積碳和微生物同化碳最終穩(wěn)定于SOC。水稻秸稈碳和根系碳輸入土壤后顯著增加了13C-PLFA的總量；在這兩種碳源轉(zhuǎn)化過(guò)程中，參與其轉(zhuǎn)化的土壤微生物種群結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化，而參與根際沉積碳和微生物同化碳轉(zhuǎn)化的微生物種群結(jié)構(gòu)變化不明顯，表明土壤外源碳的種類、輸入形式及其可利用性驅(qū)動(dòng)著土壤微生物種群結(jié)構(gòu)的變化；同時(shí)也表明，秸稈還田作為廣泛采用的稻田增肥方式，由于其一次性投入刺激了土壤微生物的礦化分解過(guò)程，所以對(duì)提高土壤有機(jī)質(zhì)積累的效率并不高；然而，盡管根際沉積碳和微生物同化碳輸入土壤中的總量不大，但由于是連續(xù)性輸入土壤，并能與土壤礦物進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，土壤土著微生物對(duì)其具有一定的適應(yīng)性，降低了分解釋放比例，增加了在土壤有機(jī)質(zhì)中的固持；這進(jìn)一步說(shuō)明了土壤外源碳的投入方式、物質(zhì)結(jié)構(gòu)以及碳源在土壤中的穩(wěn)定性決定了其對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)積累的貢獻(xiàn)率。該研究為深入解析水稻土碳循環(huán)以及土壤微生物固碳潛力提供了重要的理論基礎(chǔ)。
該研究成果近期以題為Fate of rice shoot and root residues, rhizodeposits, and microbial assimilated carbon in paddy soil - part 2: turnover and microbial utilization發(fā)表在Plant and Soil上。該研究得到了中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所公共技術(shù)服務(wù)中心的大力支持，該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院先導(dǎo)專項(xiàng)、高端外國(guó)專家項(xiàng)目等的資助。
圖1 水稻秸稈、根系、根際沉積碳和微生物同化碳在不同碳庫(kù)中的分配，及其參與轉(zhuǎn)化過(guò)程的土壤微生物變化特征