东北地理所在作物秸秆氮影响土壤有机碳积累的微生物学机制研究

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秸秆还田是提高土壤有机碳储量的重要农艺措施，秸秆降解是一个非常复杂的生物化学过程，其中间产物是土壤有机质的重要组分，这一过程受秸秆化学组分、土壤微生物与土壤理化性质等因素共同影响。秸秆碳氮向有机碳库的转化影响土壤有机碳的化学组分及土壤有机碳的稳定性。 

　　目前，对秸秆碳氮影响土壤有机碳固存与稳定性的微生物机理研究主要应用高通量测序技术，探究微生物群落结构与土壤碳氮循环的相关性。基于宏基因组学技术解析秸秆碳氮向土壤有机碳库转化过程中碳氮代谢功能特征的研究仍然较少。为此，中国科学院东北地理与农业生态研究所农田分子生态学科组研究人员，通过微宇宙培养试验结合宏基因组测序技术，利用15N标记的大豆和玉米秸秆，示踪秸秆氮向黑土碳库的转化情况，阐明秸秆降解下介导碳氮循环的微生物作用机制。研究结果表明，秸秆添加条件下，黑土微生物氮矿化与碳降解功能协同作用，促进颗粒有机碳库的碳积累（图1），并维持有机碳的稳定性（图2）。氮矿化基因与颗粒态有机碳和矿物结合态有机碳库中碳氮累积量以及有机碳中植物来源脂肪族碳关系紧密（图3）。该研究在黑土区作物秸秆还田提升土壤有机碳库稳定的微生物生态机制方面取得一定的理论突破。 　　

图1. 培养250天后土壤有机质组分中碳（a）、氮（b）以及秸秆来源氮（c）含量 

图2. 培养250天后土壤有机碳13C-NMR核磁波谱（a）以及不同官能团比例（b） 

图3. 培养7天和250天后土壤有机碳结构、有机质组分碳氮含量以及氮矿化和碳降解功能基因丰度的相关性网络 

相关研究结果发表在生物学领域国际主流期刊npj Biofilms and Microbiomes上，主要工作由东北地理所农田分子生态学科组谢志煌博士研究生、于镇华副研究员和金剑研究员等共同完成。该项工作得到国家自然科学基金面上项目（41771326）和中国科学院战略先导项目（XDA28020201）联合资助。 

论文详细信息如下： 

　　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. 

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