不同碳水平水稻土有机碳保持相对稳定的微生物作用机制

The world's soils store more carbon than in biomass and in the atmosphere, and the stability of soil organic carbon (SOC) is important to the global climate change. However, about the factors controlling the stability of soil organic carbon stocks and the response of the soil carbon pool to climate change remains uncertain. It is commonly predicted that the intensity of primary production and soil carbon content are positively linked. Paradoxically, many long-term field observations show that although plant litter is incorporated to soil in large quantities, SOC content does not necessarily increase, while the SOC does not necessarily decrease without any fertilizer application. Better understanding of microbial mechanisms involved in the complex relationship between C input and soil C sequestration is needed. Here, based on the long-term organic and chemical fertilization field experiment (Since 1981), we will analyze the physical fraction and biochemistry properties of SOC, microbial activity, community and diversity, and systematic review the character of SOC and microbial. On this basis, we mainly studies the influence mechanism of microbial regulating SOC, by means of 13C－PLFA tracing technique and displacement experiment of microbial community. The expected result will elucidate the effect of microorganism on the relative stability of paddy soil organic carbon with different level of carbon and its mechanism, having important significance on the establishment of reasonable Organic amendments distribution and management, and reduction of CO2 emission in paddy soil.

土壤有机碳的稳定机制及影响因素存在许多不确定性，许多长期定位试验结果表明，土壤有机碳水平并没有随大量的外源有机物的加入而相应的增长，而不施任何肥料的土壤有机碳水平也没有持续降低。本项目借助31年的不同有机肥管理的长期定位试验，通过分析水稻土有机碳库的物理分组和生化性质、以及微生物活性、群落结构和多样性，系统评价不同碳水平水稻土有机碳的特征和微生物群落变化；在此基础上，采用13C同位素示踪技术和微生物群落置换实验，着重研究微生物调控有机碳的影响机制。预期研究结果可阐明微生物群落结构和活性对不同碳水平水稻土有机碳的作用机制，对制定合理的稻田有机质分配措施和管理及减少稻田CO2排放有重要的指导意义。

土壤有机碳的稳定机制及影响因素存在许多不确定性，许多长期定位试验结果表明，土壤有机碳水平并没有随大量的外源有机物的加入而相应的增长，而不施任何肥料的土壤有机碳水平也没有持续降低。借助不同有机肥管理的长期定位试验，分析水稻土有机碳库的物理分组和生化性质、以及微生物活性、群落结构和多样性变化，铁铝矿物对有机碳（DOC）吸附和矿化的影响，基于13C同位素示踪技术着重研究微生物调控有机碳的影响机制。.不同施肥措施对水稻土有机碳形态结构和微生物学性质影响研究发现：旱地和稻田土壤中，施肥尤其是化肥有机肥配施（NPKM），可以促进大团聚体、土壤有机碳、全氮和速效养分含量的增加；NPKM处理降低了旱地土壤中游离态铁铝氧化物含量，增加了稻田土壤络合态和无定型态铁铝氧化物；NPKM处理促进了旱地和稻田土壤中参与碳循环的蔗糖酶、纤维素酶、β-葡糖苷酶、木聚糖酶活性的增加，降低了稻田土壤中真菌/细菌比例，增加土壤微生物生物量；稻田土壤中，几乎所有的菌群PLFA与土壤有机碳（SOC）和全氮呈极显著正相关关系；旱地土壤中，真菌和细胞壁较厚革兰氏阳性细菌与土壤有机质和全氮相关性强。稻田和旱地土壤中，无定型和络合态铁、铝氧化物与稳定性有机碳（StOC）和SOC有很好的相关性，旱地土壤中游离态铁、游离态铝与StOC呈极显著负相关。.铁铝矿物对水稻秸秆可溶性有机碳吸附和矿化的影响研究发现：土壤铁铝氧化物强烈吸附DOC，抑制其矿化，导致其矿化率显著降低。铝矿物对DOC吸附稳定作用强于铁矿物。磷在矿物对DOC的吸附稳定性中起着极其重要的作用；矿物的比表面积越小，磷在矿物表面对吸附点位竞争越强，矿物主要吸附低芳香性的DOC组分，与DOC以较弱的作用力结合，微生物更容易利用，吸附态DOC矿化率更高。吸附态DOC含有更高比例的活性组分、更高的矿化速率、更短的半衰期和平均保留时间。.13C标记外源碳添加条件下稻田土壤有机碳和生物学特征的变化研究发现：外源有机碳对低碳土壤微生物影响大于高碳土壤微生物；低碳土壤纤维素酶与木聚糖酶活性高于高碳土壤，而蔗糖酶活性低于高碳土壤；低碳土壤中外源有机碳更多被革兰氏阴性菌、真菌与放线菌所利用，主要分解转化进入好氧微生物，而高碳土壤中外源碳主要被革兰氏阳性菌利用，更多分解转化进入厌氧微生物；外源有机碳对土壤有机碳的长期影响主要取决于矿质结合有机碳，而短期内的有机碳变化则受颗粒有机碳