微生物可以通過合成代謝作用將不穩(wěn)定的有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為自身細(xì)胞組成，通過細(xì)胞的生長和死亡過程最終以微生物殘留物形式對穩(wěn)定有機(jī)碳庫有重要貢獻(xiàn)，但真菌和細(xì)菌殘留物在此過程中的貢獻(xiàn)隨氣候帶的改變不清楚。我國水稻土從北向南跨越中溫帶、暖溫帶、亞熱帶和熱帶四個(gè)氣候區(qū)，不同氣候區(qū)耕作強(qiáng)度和氣候條件差別巨大，微生物殘留物（真菌和細(xì)菌）對有機(jī)碳積累的貢獻(xiàn)對不同氣候區(qū)的響應(yīng)特征對解釋大尺度上水稻土固碳機(jī)制有重要科學(xué)意義。
基于此，中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所蘇以榮研究員團(tuán)隊(duì)隨機(jī)采集了中溫帶、暖溫帶、亞熱帶和熱帶四個(gè)氣候區(qū)的水稻土，研究了水稻土中真菌和細(xì)菌殘留物對有機(jī)碳積累的貢獻(xiàn)。結(jié)果表明，水稻土中微生物殘留物以真菌殘留物為主。真菌殘留物對有機(jī)碳積累的貢獻(xiàn)在四個(gè)氣候區(qū)無顯著差異，而總微生物殘留物和細(xì)菌殘留物對有機(jī)碳的貢獻(xiàn)在較濕熱地區(qū)（亞熱帶和熱帶）顯著高于較干冷地區(qū)（中溫帶和暖溫帶）（圖1）。進(jìn)一步分析表明，真菌和細(xì)菌殘留物對有機(jī)碳積累的差異取決于它們對氣候條件（溫度和降雨）的響應(yīng)。對于真菌而言，從中國北方向南方因溫度升高和降雨增加使土壤pH降低，低土壤pH促進(jìn)真菌生長，而溫度升高和降雨增加抑制真菌生長，兩者相抵消使真菌殘留物對有機(jī)碳的貢獻(xiàn)對氣候條件無響應(yīng)。對于細(xì)菌而言，溫度升高和降雨增加促進(jìn)細(xì)菌生長，從而增加細(xì)菌殘留物對有機(jī)碳積累的貢獻(xiàn)（圖2）。該研究結(jié)果表明盡管總微生物殘留物主要來源于真菌殘留物，但氣候因子通過調(diào)節(jié)細(xì)菌殘留物進(jìn)而影響總微生物殘留物對有機(jī)碳積累的貢獻(xiàn)。此項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了水稻土中真菌和細(xì)菌殘留物對有機(jī)碳貢獻(xiàn)在不同氣候區(qū)的規(guī)律不一致，且細(xì)菌殘留物積累由北向南的差異主導(dǎo)水稻土中微生物殘留物對有機(jī)碳積累的貢獻(xiàn)，其結(jié)果為解釋我國水稻土固碳的微生物機(jī)制提供科學(xué)依據(jù)。
該項(xiàng)研究近期以題為Contrasting contribution of fungal and bacterial residues to organic carbon accumulation in paddy soils across eastern China發(fā)表在土壤學(xué)國際期刊Biology and Fertility of Soils上。該研究得到了國家自然科學(xué)基金(41671298，41877035)，廣西自然科學(xué)基金（2018GXNSFAA138020）和中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所開放基金項(xiàng)目(ISA2017302) 的支持。
圖1 四個(gè)氣候帶水稻土中總氨基糖（總殘留物）、氨基葡萄糖（真菌殘留物）和胞壁酸（細(xì)菌殘留物）來源碳對有機(jī)碳積累的貢獻(xiàn)
圖2 基于結(jié)構(gòu)方程模型的真菌和細(xì)菌殘留物對有機(jī)碳的貢獻(xiàn)與環(huán)境因子的關(guān)系