熱帶和亞熱帶地區(qū)長期植稻過程中形成了特殊的人工濕地土壤，即水稻土。相比于旱地土，水稻土具有特殊的氧化還原過程，土壤中的有機質(zhì)可以支撐更多的微生物生物量，然而，這一現(xiàn)象的內(nèi)在機制還缺乏系統(tǒng)地解釋。
中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所吳金水研究團隊從Web of Science數(shù)據(jù)庫中篩選了129篇文章中通過氯仿熏蒸提取或培養(yǎng)法測定的水稻土（>1700個）和水旱輪作（>1100個）土壤微生物生物量碳（MBC）和微生物生物量氮（MBN）含量數(shù)據(jù)，對其進行了薈萃分析，并與鄰近旱地土壤（>360個）進行比較，結(jié)果表明：水稻土MBC含量是旱地土壤的兩倍。與旱地土壤相比，稻田MBC含量高的可能原因為：與旱地作物相比，1）水稻植物的根系碳和根沉積物輸入量更高；2）氧氣可利用率較低，因此微生物周轉(zhuǎn)較慢；3） 水稻土微生物碳同化效率高；4）稻田鐵氧化物的作用有利于碳穩(wěn)定。水田輪作、水田和旱地土壤中MBC在土壤總有機碳中的比例分別為3.5%、2.5%和2.1%。與旱地（9.9 ± 0.21）相比，水稻土中較高的微生物生物量C/N比（12.4 ± 0.11）反映了與缺氧條件下較慢的C損失相關(guān)的大量N損失（通過硝酸鹽淋溶和反硝化作用）。盡管水稻種植的熱帶和亞熱帶地區(qū)溫度更高，灌水條件更好，但與旱地土壤相比，水稻土的微生物生物量周轉(zhuǎn)慢1.1-1.6倍。多元逐步回歸和冗余分析表明，在水稻土、水旱輪作土壤中，相似的土壤因子（如全氮和有機碳）影響微生物生物量，而pH和有機碳含量主要影響旱地土壤中的微生物生物量（圖1）。水旱輪作土壤具有交替的好氧-缺氧循環(huán)，可以吸收有機化合物并與鐵（羥基）氧化物共沉淀，這是有機碳穩(wěn)定的另一個機制。因此，在氧氣限制條件的淹水水稻土中，微生物活性降低和微生物周轉(zhuǎn)緩慢導(dǎo)致水稻土中微生物生物量的含量比旱地高近兩倍，這對于水稻土微生物多樣性和碳匯效應(yīng)的維持具有重要意義。
上述結(jié)果以Paddy soils have a much higher microbial biomass content than upland soils: A review of the origin, mechanisms, and drivers為題，發(fā)表在Agriculture, Ecosystems & Environment上。該研究得到國家自然科學(xué)基金、湖南省自然科學(xué)基金等項目資助。
圖1 水田、水旱輪作和旱地土壤微生物生物量（碳、氮）含量差異的影響因素概念框架圖