東北地理所在作物秸稈氮影響土壤有機碳積累的微生物學機制研究
秸稈還田是提高土壤有機碳儲量的重要農(nóng)藝措施，秸稈降解是一個非常復雜的生物化學過程，其中間產(chǎn)物是土壤有機質(zhì)的重要組分，這一過程受秸稈化學組分、土壤微生物與土壤理化性質(zhì)等因素共同影響。秸稈碳氮向有機碳庫的轉化影響土壤有機碳的化學組分及土壤有機碳的穩(wěn)定性。
目前，對秸稈碳氮影響土壤有機碳固存與穩(wěn)定性的微生物機理研究主要應用高通量測序技術，探究微生物群落結構與土壤碳氮循環(huán)的相關性。基于宏基因組學技術解析秸稈碳氮向土壤有機碳庫轉化過程中碳氮代謝功能特征的研究仍然較少。為此，中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所農(nóng)田分子生態(tài)學科組研究人員，通過微宇宙培養(yǎng)試驗結合宏基因組測序技術，利用15N標記的大豆和玉米秸稈，示蹤秸稈氮向黑土碳庫的轉化情況，闡明秸稈降解下介導碳氮循環(huán)的微生物作用機制。研究結果表明，秸稈添加條件下，黑土微生物氮礦化與碳降解功能協(xié)同作用，促進顆粒有機碳庫的碳積累（圖1），并維持有機碳的穩(wěn)定性（圖2）。氮礦化基因與顆粒態(tài)有機碳和礦物結合態(tài)有機碳庫中碳氮累積量以及有機碳中植物來源脂肪族碳關系緊密（圖3）。該研究在黑土區(qū)作物秸稈還田提升土壤有機碳庫穩(wěn)定的微生物生態(tài)機制方面取得一定的理論突破。
圖1. 培養(yǎng)250天后土壤有機質(zhì)組分中碳（a）、氮（b）以及秸稈來源氮（c）含量
圖2. 培養(yǎng)250天后土壤有機碳13C-NMR核磁波譜（a）以及不同官能團比例（b）
圖3. 培養(yǎng)7天和250天后土壤有機碳結構、有機質(zhì)組分碳氮含量以及氮礦化和碳降解功能基因豐度的相關性網(wǎng)絡
相關研究結果發(fā)表在生物學領域國際主流期刊npj Biofilms and Microbiomes上，主要工作由東北地理所農(nóng)田分子生態(tài)學科組謝志煌博士研究生、于鎮(zhèn)華副研究員和金劍研究員等共同完成。該項工作得到國家自然科學基金面上項目（41771326）和中國科學院戰(zhàn)略先導項目（XDA28020201）聯(lián)合資助。
論文詳細信息如下：
ZhihuangXie#, Zhenhua Yu#, Yansheng Li, Guanghua Wang, Xiaobing Liu, Caixian Tang, TengxiangLian, Jonathan Adams, Junjie Liu, Judong Liu, Stephen J. Herbert & Jian Jin*. Soil microbial metabolism on carbon and nitrogen transformation links the crop-residue contribution to soil organic carbon. npj Biofilms and Microbiomes, 2022, 8, 14.
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41522-022-00277-0
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