東北地理所在干旱脅迫下保護(hù)性耕作對作物產(chǎn)量的調(diào)控研究中取得進(jìn)展
全球氣候變化導(dǎo)致東北大部分地區(qū)干旱事件頻發(fā)，引起糧食產(chǎn)量顯著下降，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能也直接或間接地受到影響。保護(hù)性耕作是我國北方糧食產(chǎn)區(qū)應(yīng)對干旱的積極應(yīng)對策略之一。然而，很少有研究將土壤碳排放、微生物和作物三者結(jié)合起來分析保護(hù)性耕作對自然干旱的綜合響應(yīng)。為此，東北地理所黑土有機(jī)碳與保護(hù)性耕作學(xué)科組以保護(hù)性耕作長期定位試驗(yàn)為研究平臺，比較了自然干旱和正常降水年份下的土壤CO2排放、土壤微生物群落和作物產(chǎn)量，以評價保護(hù)性耕作的影響及其應(yīng)對干旱的適應(yīng)機(jī)制。
研究結(jié)果表明：正常年份免耕條件下土壤具有較低的土壤溫度（低約1℃），較高土壤含水量，同時免耕條件下的玉米產(chǎn)量和碳排放效率（產(chǎn)量與土壤CO2年排放量之比）比常規(guī)耕作處理降低22%和25%，只增加了播種前和生長季后期（8-9月）的土壤微生物磷脂脂肪酸含量；干旱年份（2015年），免耕的土壤溫度（5、10、20 cm）比常規(guī)耕作低約2℃，土壤含水量顯著增加28%（圖1），并且顯著增加玉米產(chǎn)量（47%）、碳排放效率（63%）和生長季節(jié)內(nèi)的土壤微生物磷脂脂肪酸含量。耕作處理間碳排放效率的差異主要是由作物產(chǎn)量引起的，因?yàn)闊o論正常年份還是干旱年份，免耕與常規(guī)耕作間的年土壤CO2排放量沒有顯著差異。結(jié)構(gòu)方程模型揭示了耕作方式通過土壤含水量、溫度、土壤真菌和細(xì)菌等間接影響碳排放效率（圖2）。另外，運(yùn)用FUNGuild評估土壤真菌功能發(fā)現(xiàn)，免耕抑制了土壤中某些致病菌（Fusarium oxysporum, Alternaria sp），而使共生菌（Leptodontidium sp）的相對豐度增加（圖3），相關(guān)的研究結(jié)果發(fā)表在European Journal of Soil Biology（Wang Qian et al., 2021）期刊。這些結(jié)果表明免耕（保護(hù)性耕作）是東北地區(qū)連作玉米抗旱的一種積極應(yīng)對策略，并且不是以增加土壤碳排放和減低土壤微生物群落功能為代價。
圖1 免耕和常規(guī)耕作土壤含水量
圖2土壤含水量、溫度和土壤微生物與碳排放效率結(jié)構(gòu)方程模型
圖3 不同耕作處理下土壤優(yōu)勢真菌OTUs熱圖
以上研究由東北地理所賈淑霞副研究員（第一作者）、梁愛珍研究員（通訊作者）、吳東輝研究員（通訊作者）以及碩士研究生王倩（第一作者）等共同完成。研究結(jié)果于近期發(fā)表在Geoderma和European Journal of Soil Biology上。該項(xiàng)目得到了國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計劃項(xiàng)目的資助。論文信息如下：
1. Shuxia Jia, Aizhen Liang*, Shixiu Zhang, Xuewen Chen, Neil B. McLaughlin, Bingjie Sun, Xiaoping Zhang, Donghui Wu*. Effect of tillage system on soil CO2 flux, soil microbial community and maize (Zea mays L.) yield. Geoderma, 2012, 384, 11481. DOI: 10.1016/j.geoderma.2020.114813
2. Qian Wang, Aizhen Liang, Xuewen Chen, Shixiu Zhang, Yan Zhang, Neil B. McLaughlin, Yan Gao, Shuxia Jia*. The impact of cropping system, tillage and season on shaping soil fungal community in a long-term field trial. European Journal of Soil Biology, 2021, 102, 103253. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ejsobi.2020.103253
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