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          4. 科研進展

            稻田和旱地土壤微生物生物量(碳、氮)含量及其環境驅動的差異機制取得新進展

              

              熱帶和亞熱帶地區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,土壤中的有機質可以支撐更多的微生物生物生物量,然而,這一現象的內在機制還缺乏系統地解釋。

              中國科學院亞熱帶農業生態研究所吳金水研究團隊從Web of Science數據庫中篩選了129篇文章中通過氯仿熏蒸提取或培養法測定的水稻土(>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)含量數據,對其進行了薈萃分析,并與鄰近旱地土壤(>360個)進行比較,結果表明: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,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緩慢導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的維持具有重要意義。

              上述結果以Paddy soils have a much higher microbial biomass content than upland soils: A review of the origin, mechanisms, and drivers為題,發表在Agriculture, Ecosystems & Environment上。該研究得到國家自然科學基金、湖南省自然科學基金等項目資助。

              論文鏈接

              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

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