国内土壤科研进展（2019年第4期）|研究

导  读

水稻根际沉积碳的输入和土壤固持对施氮的响应研究获进展；揭示胶林复合系统土壤细菌群落动态特征及其驱动因子；提出农田稳产减排技术 实现“生态和经济效益”双赢。

来源：根据中国科学院网站、中国农业科学院农业资源与农业区划研究所网站近期相关报道整理

水稻根际沉积碳的输入和土壤固持对施氮的响应研究获进展

水稻根际沉积碳是稻田土壤有机质的重要来源，在土壤有机碳的固持与周转过程中发挥重要作用，但由于其代谢周转快，具有复杂性和多变性，尽管已有一些研究，但还不十分清楚这部分碳的命运。

根际沉积碳的输入受作物生长时期和施肥（如施氮）的影响较大。然而，不同生育期的碳同位素标记的估算有可能使光合碳（通过根际沉积作用）输入的估算出现较大偏差。而且，短时间脉冲标记后的采样分析也只能体现光合碳在水稻-土壤系统中分配的瞬时性，而不能反映水稻整个生长季光合碳对土壤碳库的贡献，进而会导致在评估水稻在一个生长季内光合碳向地下传输量时存在较大的偏差。

基于此，中国科学院亚热带农业生态研究所吴金水研究团队通过多生育期的碳同位素（13C-CO2）脉冲标记技术（图1），结合水稻的相对生长速率，对水稻整个生长季内根际沉积碳的输入进行量化。结果发现，施氮使水稻光合碳在不同时期的输入提高34-381%。其中进入土壤中的光合碳提高0.9-1.9倍。然而，施氮对整个水稻生长季光合碳在土壤中的净输入量影响并不显著，施氮和不施氮处理下，光合碳的净输入量分别为169和146 kg C ha-1。进一步的研究发现，水稻光合碳的固持表现出了较强的根际效应，施氮显著提高了根际沉积碳在根际土壤中的分配，其净输入量约为不施氮处理的1.7倍（图2）。随后，研究人员进一步通过水稻营养生长的盛期（拔节期）进行13C-CO2脉冲标记，通过动态采样拟合，以量化水稻光合碳输入后的去向以及日均分配量。结果表明，尽管施氮提高了光合碳的初始输入量，但是其呼吸损失量达不施氮处理的1.5倍。同时，其根系分泌物的输入量也显著高于不施氮处理，而根系分泌物较易被微生物利用。可能由于微生物对新鲜碳源周转速率的增加，尽管施氮提高了根际沉积碳的输入，然而其最终的截留量（2.1 mg C m-2 d-1）却稍低于不施氮处理（2.7 mg C m-2 d-1）（图3）。这些结果对于揭示陆地生态系统碳循环及优化稻田土壤有机碳管理具有重要意义。

上述研究近期以Nitrogen fertilization alters the distribution and fates of photosynthesized carbon in rice–soil systems: a 13C-CO2 pulse labeling study 和Effect of nitrogen fertilizer on rice photosynthate allocation and Carbon input in paddy soil 为题分别发表在Plant and Soil 和European Journal of Soil Science上。该研究得到国家重点研发项目、国家自然科学基金、亚热带生态所青年创新团队项目等资助。

论文链接：

1 https://link.springer.com/article/10.1007/s11104-019-04030-z

2 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/ejss.12811

图1 水稻多生育期的碳同位素（13C-CO2）脉冲标记技术

图2 水稻整个生长季内光合碳在植株-土壤系统中的分配量

图3 水稻光合碳在植株-土壤系统中的日均分配量

版纳植物园揭示胶林复合系统土壤细菌群落动态特征及其驱动因子

土地利用变化是影响土壤微生物多样性的重要因素之一。农林复合系统作为一种特殊的土地利用方式，目前关于其构建对土壤细菌群落结构和多样性影响方面的研究仍较少，且已有研究多基于单次的表层土壤采样，以致其结论并不一致。因此，亟需开展基于多因素的农林复合系统构建对土壤细菌群落动态响应的相关研究。

中国科学院西双版纳热带植物园农林复合生态系统研究组副研究员刘成刚等从时间（季节）和空间（土壤深度）尺度上，综合分析了幼林和成熟橡胶林间作多年生固氮植物后对土壤细菌群落结构和多样性的影响及其驱动因子。结果表明，Acidobacteria、Proteobacteria、Actinobacteria及Chloroflexi 是胶林复合系统中最为主要的细菌类群，而Kitasatospora、Streptomyces、Nitrospira、Bacillus及Pseudomonas 是其中的关键属。管理方式、林龄和季节显著影响了细菌群落的组成和结构特征，其中林龄影响效果最为显著，但三者交互作用甚微。与同龄橡胶纯林相比，幼林间作虽然降低了土壤细菌丰度，但是维持了群落多样性（物种丰富度、均匀度、多样性及系统发育指数），特别在0-5厘米和5-30 厘米两个土壤层次上表现更为突出；而成熟林间作不仅保持了细菌丰度，同时也提高了多样性水平。此外，由于土壤理化特性的时间和空间异质性，胶林复合系统中的细菌群落表现出明显的季节变化和垂直分布。土壤酸碱度（pH）、有效磷和可溶性有机氮是细菌群落结构的主要驱动因素。综上所述，该研究认为构建人为干扰相对较少的胶林复合系统，特别是基于橡胶成熟林，是一种可行的管理措施，它能够通过更多凋落物和根系的分解作用来减轻橡胶纯林造成的土地退化（如土壤酸化和养分贫瘠等）对细菌群落的负面影响。同时，研究还建议可适量施用石灰来调节酸性土壤的酸碱度（pH）以维持细菌生长的最佳条件。然而，细菌群落的季节变化是否会影响乳胶产量目前尚不清楚。虽然微生物群落存在一定的可预测性，但还需进一步探究土壤微生物调节的养分循环过程与胶林复合系统生产力的关系。另外，该研究还强调了在探索全球变化背景下农林复合系统中土壤微生物群落的重要性时应充分考虑多重因素的影响。

相关结果以Drivers of soil bacterial community structure and diversity in tropical agroforestry systems为题，发表在Agriculture, Ecosystems & Environment上。该研究得到国家自然科学基金(31600507)、中科院西部青年学者B类、云南省自然科学基金 (2018FB042, 2016FA047)、中科院青年创新促进会(2019388)以及中科院重点部署项目(KFZD-SW-312)等的资助。

论文链接 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167880919300738?dgcid=author

管理和季节变化对不同土层细菌类群的影响 

中国农科院资源所提出农田稳产减排技术 实现“生态和经济效益”双赢

近期，中国农业科学院作农业资源与农业区划研究所“碳氮循环与面源污染”创新团队王立刚研究员研究小组提出了表征生态效益与经济效益平衡关系的关键指标，以系统监测的数据来体现农业生产所支付的温室气体排放成本，从而实现从区域或点位不同层面确定合理的农业管理措施，实现生态效益与经济效益的双赢，该成果也为评价不同管理措施的减排效果与农民可接受程度提供了理论依据，相关的研究成果在线发表在《Journal of Cleaner Production》上。

本研究以华北地区典型粮食/露地蔬菜—冬小麦/大葱套作系统为研究对象，通过多年田间原位观测试验，探究氮肥管理措施、有机肥替代与秸秆还田对于温室气体排放和净经济效益的综合影响。研究提出在减少氮肥施用量的同时，将部分小麦秸秆还田或施用有机肥相结合的农田管理措施有利于提高冬小麦/大葱套作作物产量、增加经济收益和降低温室气体排放强度。系统研究了作物整个生命周期生产过程中温室气体排放过程和关键环节，统筹考虑了减排措施对于作物产量以及农民经济收益所造成的影响。并指出农民收益是驱动农民改变传统田间管理方式的主要因素，也是减排措施成功推广的关键。因此，定位温室气体排放的关键环节、实施低成本的减排措施，既可以保障产量，还可以兼顾经济效益和环境效应。

该研究得到了 “十三五”国家重点研发计划项目和创新工程的资助。

原文链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S095965261833138X

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