農業土壤有機碳積累機制研究取得新進展

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碳和氮輸入強烈影響農業生態系統中土壤有機碳（SOC）的形成、周轉和固存。然而，目前尚不清楚施氮肥如何調節秸稈還田條件下植物源碳和微生物源碳對SOC固持的貢獻。為了填補這一空白，基于一項18年的秸稈還田和施氮肥的田間定位試驗，西北農林科技大學資源環境學院田霄鴻教授團隊通過測定植物和微生物生物標志物以及酶活性，試圖解釋以上科學問題。近日，該研究成果發表在Soil Biology and Biochemistry.

該成果題為“Nitrogen fertilizer builds soil organic carbon under straw return mainly via microbial necromass formation”。（論文課題組供圖）

秸稈還田和施氮分別使土壤有機碳含量增加20%和10%。具體而言，秸稈還田使總木質素酚（主要是香蘭素和丁香基）在SOC中的比例增加了16%，但使肉桂基在SOC中所占比例降低了7.5%。這意味著一些植物殘體被選擇性地保留了下來，而那些不如肉桂基穩定的化合物則更容易被分解。此外，隨著秸稈還田，磷脂脂肪酸（PLFA）含量和酶活性的增加表明秸稈加速分解。基于氨基糖的估算，秸稈還田沒有改變微生物殘體與SOC的比例。木質素和氨基糖共同決定了秸稈還田條件下植物源碳和微生物源碳對SOC固持的貢獻不變。施氮使土壤有機碳中微生物殘體（尤其是細菌殘體）碳的比例增加了6%，從而降低了植物殘體對SOC的最大貢獻。因此，施氮加速了微生物對秸稈利用，從而加速了微生物殘體的形成。就PLFA組成而言，子囊菌門和擔子菌門、放線菌門和革蘭氏陰性菌是形成微生物殘體和SOC的關鍵貢獻值。施氮增加了氮獲取酶活性，促進了微生物壞死塊參與營養循環，從而刺激了植物和微生物的生長。總的來說，秸稈還田同時增加了植物和微生物源碳，而施氮刺激了微生物生物量和酶活性，從而增加了秸稈轉化為微生物殘體的能力。