東北地理所在大豆殘體轉化的微生物分子特征研究上取得重要進展
農田有機質含量降低是黑土退化的重要表征之一，秸稈還田被認為是維持土壤有機質含量，改善土壤生態環境的重要手段之一。東北黑土有機質含量呈現明顯的地帶性分布特點，作物秸稈在腐解過程中向有機質含量不同的農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化？參與秸稈碳轉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田土壤有機碳“南低北高”的分布規律，對黑土科學管理和維持農田土壤生產力有著重要的指導意義。
為此，東北地理所農田分子生態學科組連騰祥博士在金劍研究員的指導下，采用13C標記示蹤技術，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上（Lian et al., 2016, Biology and Fertility of Soils），進一步解析了13C標記的大豆莖稈殘體向低、高有機質含量黑土（SOC含量分別為14和50 g/kg）的轉化情況。研究發現秸稈碳轉化在不同有機質含量黑土中存在明顯分異。相同量的秸稈碳向有機質含量高的黑土各有機碳庫（粗顆粒有機碳、細顆粒有機碳和礦物結合有機碳）貢獻量顯著高于低有機質含量的黑土；此外，秸稈還田對土壤固有有機碳產生了激發效應，其效應在低有機質含量的黑土上體現更為顯著；同時采用高通量測序技術分析了秸稈添加對黑土土壤微生物群落結構的影響，在屬以及OTU水平上揭示了土壤碳庫變化與微生物群落結構的響應關系（圖1）；發現在低有機質含量黑土中，Verrucosispora、Xanthomonadales和Steroidobacter對秸稈還田響應顯著，而在高有機質含量黑土中，Anaerolineaceae_uncultured是主要的響應菌屬。另外，土壤微生物群落結構與碳沉積等因子的典范對應（CCA）分析揭示了土壤細菌群落結構與不同SOC碳庫的關聯（圖2）。此項研究成果為黑土區的秸稈還田策略和秸稈碳轉化機制研究提供了重要的指導作用。研究結果發表在國際期刊Biology and Fertility of Soils和Soil Biology & Biochemistry上。
以上工作得到國家自然科學基金（41271261, 41201247）的資助。
圖1. 大豆殘體施入不同有機質含量黑土對細菌屬水平的相對豐度的影響
圖2土壤微生物群落結構與碳沉積等因子的典范對應（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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