東北地理所在大豆殘體轉(zhuǎn)化的微生物分子特征研究上取得重要進(jìn)展
農(nóng)田有機(jī)質(zhì)含量降低是黑土退化的重要表征之一，秸稈還田被認(rèn)為是維持土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤生態(tài)環(huán)境的重要手段之一。東北黑土有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)明顯的地帶性分布特點，作物秸稈在腐解過程中向有機(jī)質(zhì)含量不同的農(nóng)田黑土土壤碳庫歸還量是否存在差異？哪些土壤微生物參與了作物秸稈碳的轉(zhuǎn)化？參與秸稈碳轉(zhuǎn)化的微生物在不同的黑土又存在哪些差異？這些問題的回答有助于理解東北黑土農(nóng)田土壤有機(jī)碳“南低北高”的分布規(guī)律，對黑土科學(xué)管理和維持農(nóng)田土壤生產(chǎn)力有著重要的指導(dǎo)意義。
為此，東北地理所農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組連騰祥博士在金劍研究員的指導(dǎo)下，采用13C標(biāo)記示蹤技術(shù)，在明確大豆根殘體向黑土土壤碳庫歸還量大于莖和葉殘體的基礎(chǔ)上（Lian et al., 2016, Biology and Fertility of Soils），進(jìn)一步解析了13C標(biāo)記的大豆莖稈殘體向低、高有機(jī)質(zhì)含量黑土（SOC含量分別為14和50 g/kg）的轉(zhuǎn)化情況。研究發(fā)現(xiàn)秸稈碳轉(zhuǎn)化在不同有機(jī)質(zhì)含量黑土中存在明顯分異。相同量的秸稈碳向有機(jī)質(zhì)含量高的黑土各有機(jī)碳庫（粗顆粒有機(jī)碳、細(xì)顆粒有機(jī)碳和礦物結(jié)合有機(jī)碳）貢獻(xiàn)量顯著高于低有機(jī)質(zhì)含量的黑土；此外，秸稈還田對土壤固有有機(jī)碳產(chǎn)生了激發(fā)效應(yīng)，其效應(yīng)在低有機(jī)質(zhì)含量的黑土上體現(xiàn)更為顯著；同時采用高通量測序技術(shù)分析了秸稈添加對黑土土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響，在屬以及OTU水平上揭示了土壤碳庫變化與微生物群落結(jié)構(gòu)的響應(yīng)關(guān)系（圖1）；發(fā)現(xiàn)在低有機(jī)質(zhì)含量黑土中，Verrucosispora、Xanthomonadales和Steroidobacter對秸稈還田響應(yīng)顯著，而在高有機(jī)質(zhì)含量黑土中，Anaerolineaceae_uncultured是主要的響應(yīng)菌屬。另外，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與碳沉積等因子的典范對應(yīng)（CCA）分析揭示了土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與不同SOC碳庫的關(guān)聯(lián)（圖2）。此項研究成果為黑土區(qū)的秸稈還田策略和秸稈碳轉(zhuǎn)化機(jī)制研究提供了重要的指導(dǎo)作用。研究結(jié)果發(fā)表在國際期刊Biology and Fertility of Soils和Soil Biology & Biochemistry上。
以上工作得到國家自然科學(xué)基金（41271261, 41201247）的資助。
圖1. 大豆殘體施入不同有機(jī)質(zhì)含量黑土對細(xì)菌屬水平的相對豐度的影響
圖2土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與碳沉積等因子的典范對應(yīng)（CCA）分析
論文信息：
Tengxiang Lian, Jian Jin, Guanghua Wang, Caixian Tang, Zhenhua Yu, Yansheng Li, Junjie Liu, Shaoqing Zhang, Xiaobing Liu.The fate of soybean residue-carbon links to changes of bacterial community composition in mollisols differing in soil organic carbon. Soil Biology and Biochemistry, 2017,109, 50-58. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071717301426
Tengxiang Lian, Guanghua Wang, Zhenhua Yu, Yansheng Li, Xiaobing Liu, Jian Jin. Carbon input from 13C-labelled soybean residues in particulate organic carbon fractions in a Mollisol. Biology and Fertility of Soils, 2016, 52, 331–339. https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00374-015-1080-6
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