東北地理所在秸稈還田提升土壤微生物熵方面取得進展
土壤微生物熵（SMQ）是表征農(nóng)業(yè)土壤質(zhì)量的關(guān)鍵生物指標，其對溶解性有機質(zhì)（DOM）的動態(tài)變化響應(yīng)敏感。然而，高度異質(zhì)性的DOM在組成與性質(zhì)上的差異如何調(diào)控SMQ的垂直分布尚不明確。
東北地理所黑土保護與利用學(xué)科組研究人員基于不同耕作方式耦合秸稈還田的長期定位試驗，系統(tǒng)研究了0-10、10-20、20-30和30-40 cm土層中SMQ的垂直分布特征，進一步結(jié)合三維熒光和同步熒光光譜技術(shù)對DOM的熒光結(jié)構(gòu)進行表征，旨在闡明不同秸稈還田方式通過調(diào)控DOM特性提升SMQ的關(guān)鍵過程機制。
研究發(fā)現(xiàn)，SMQ呈現(xiàn)隨土層深度增加而遞減的垂直分布規(guī)律。與對照秸稈不還田相比，秸稈還田處理顯著提高了0-40 cm土層的SMQ（圖1），其中秸稈覆混還田處理的提升效果最為顯著（11.60%）。此外，秸稈還田顯著增加了DOM的最大熒光強度，并提高其類腐殖質(zhì)組分的含量（圖2）。二維相關(guān)光譜分析進一步揭示，在秸稈覆蓋和覆混還田處理下，類蛋白質(zhì)樣熒光組分具有優(yōu)先變化級，而在秸稈深翻還田處理下，類腐殖質(zhì)樣熒光組分的變化則更優(yōu)先。線性回歸分析表明，SMQ與溶解有機碳（DOC）和DOM中類腐殖質(zhì)組分的含量均呈顯著正相關(guān)（圖3）。隨機森林分析表明，在0-20 cm土層，土壤胞外酶活性和養(yǎng)分是調(diào)控SMQ的主要因子；而在20-40 cm土層中，DOM特性（DOC和類腐殖質(zhì)組分）是驅(qū)動SMQ變化的主導(dǎo)因素。研究結(jié)果闡明了秸稈還田下DOM介導(dǎo)的SMQ垂直變化機制，為黑土區(qū)土壤質(zhì)量提升提供了新的科學(xué)依據(jù)。
圖1. 不同秸稈還田處理對溶解性有機碳（a）、微生物量碳（b）、土壤有機碳（c）和土壤微生物熵（d）的影響
圖2. 不同秸稈還田處理下溶解性有機質(zhì)的熒光特征變化，基于三維熒光耦合平行因子分析（EEM-PARAFAC）識別到的四種共有熒光組分（a-d）及各組分的相對含量（e）和占比（f）
圖3. 不同秸稈還田處理下土壤微生物熵與溶解性有機質(zhì)特性的線性回歸圖
研究成果近期發(fā)表在農(nóng)林科學(xué)國際期刊Agriculture Ecosystems & Environment（中國科學(xué)院一區(qū)Top）上。黑土保護與利用學(xué)科組特別研究助理朱園辰和聯(lián)合培養(yǎng)碩士楊威為論文共同第一作者，鄒文秀研究員為通訊作者。研究得到國家重點研發(fā)計劃（2022YFD1500100）、黑龍江省杰出青年基金（JQ2024D002）、財政部農(nóng)業(yè)科學(xué)研究體系和農(nóng)業(yè)部現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS04）、黑龍江省春雁科技人才支持計劃（CYCX24026）和中國博士后科學(xué)基金（2023M743475）聯(lián)合資助。
論文信息：Yuanchen Zhu#,Wei Yang#,Juanjuan Qu,Yue Jiang,Ying Zhao,Zhimin Wu,Jie Su,Xiaozeng Han,Wenxiu Zou*. Straw return strategies for soil microbial quotient enhancement: Insights from DOM vertical distribution characteristics. Agriculture,Ecosystems & Environment,2025,393,109840.
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.agee.2025.109840
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