化肥有機替代促水稻土氮素積累的微生物機制研究獲進展

　　微生物是驅動土壤生態系統元素生物地球化學循環的引擎。在氮循環方面，微生物通過分解代謝將土壤中大分子有機物解聚、礦化，向土壤釋放礦質氮（NH4+-N），持續供應作物生長所需的礦質氮。與此同時，微生物通過合成代謝產物的迭代過程（攝取底物-細胞生長-繁殖-死亡-殘留物積累）將非穩態有機質轉化為穩定態土壤有機質，從而促進土壤有機態氮固定、減少氮素損失。農業生產中，有機肥替代部分化肥已被證明可高效促進土壤氮積累。然而，化肥有機替代下土壤氮積累的增量來源、穩定性及其微生物機制尚不清楚。

　　中國科學院亞熱帶農業生態研究所研究員蘇以榮團隊基于31年長期施肥定位試驗，研究了有機物料（水稻秸稈和有機糞肥）替代部分化肥下水稻土中微生物殘留物積累特征，并計算了化肥有機替代下土壤氮積累的增量來源。結果表明，有機物料替代顯著增加了微生物生長速率，促使總微生物生物量增加，進而微生物殘留物積累增加，這是化肥有機替代促進土壤氮積累的重要來源之一。具體來說，有機肥替代30~60%化肥比單施化肥的土壤全氮增加48~76%，這部分氮素增量中微生物殘留物與植物殘體貢獻相當，其中真菌殘留物貢獻30~35%、細菌殘留物貢獻15~22%、未被微生物利用的植物碎屑貢獻為43~55%；秸稈還田比單施化肥增加的22%全氮中，微生物貢獻（74%）遠大于植物殘體（26%），其中真菌殘留物貢獻高達62%。因此，有機肥和秸稈兩類有機物料均能有效促進土壤氮積累，但有機肥效果好于秸稈；不同有機物料施用促進土壤氮積累的過程中微生物貢獻差異較大，有機肥處理下微生物過程對氮積累的貢獻小于秸稈，主要由于相較于秸稈，有機肥處理下真菌對有機肥分解的參與作用減弱。該研究為解釋不同施肥管理下水稻土氮素積累差異的微生物機制提供了科學依據。

　　相關研究成果以Manure application accumulates more nitrogen in paddy soils than rice straw but less from fungal necromass為題，發表在Agriculture, Ecosystems and Environment上。研究工作得到國家自然科學基金和國家重點研發計劃等的支持。

　　圖1.長期施肥處理下水稻根際土和非根際土中微生物殘留物氮含量及其占全氮的比例

　　圖2.有機物料替代部分化肥比單施化肥促進土壤（非根際土）氮素積累的來源