光合碳(根際沉積)和外源有機(jī)碳添加是水稻土壤高碳庫(kù)的重要碳匯來(lái)源。外源有機(jī)碳(例如秸稈)的降解不僅與氮循環(huán)耦合，其降解也增加了土壤碳的輸入，并對(duì)光合碳在稻田系統(tǒng)中的分配及對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)組成有極其重要的影響。因此，研究稻田土壤中可利用碳氮對(duì)光合碳和微生物群落結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)有利于科學(xué)指導(dǎo)合理施肥和促進(jìn)稻田土壤的可持續(xù)發(fā)展。
高分子的不溶性纖維素是有機(jī)碳肥(秸稈，堆肥等)的重要組成部分。本研究通過(guò)添加微生物易利用的可溶性羧甲基纖維素鈉(CMC)作為纖維素的降解模擬物，并結(jié)合氮添加(硫酸銨)，13CO2連續(xù)標(biāo)記和13C-PLFA-SIP技術(shù)，有效揭示了有機(jī)碳源的長(zhǎng)期施用對(duì)光合碳分配和微生物群落結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，單施CMC通過(guò)促使微生物的“Nitrogen mining”產(chǎn)生了氮的正激發(fā)效應(yīng)，并使得3%的土壤總氮從有機(jī)質(zhì)中礦化。CMC和氮肥的聯(lián)合施用(+CN)在提高了地上部生物量和光合碳分配(1.39倍)的同時(shí)降低了水稻根系光合碳的輸入(0.75倍)。而且，隨著水稻根際沉積碳輸入的減少，CMC和氮肥的聯(lián)合施用(+CN)同時(shí)降低了光合碳在有機(jī)質(zhì)(0.68倍)和微生物量(0.53倍)中的分配(圖1)。通過(guò)13C-PLFA-SIP分析可知，不同可利用碳氮的施用顯著影響了土壤微生物群落組成。CMC和氮肥的聯(lián)合施用降低了革蘭氏陽(yáng)性(G+)/革蘭氏陰性(G-)比值，導(dǎo)致了革蘭氏陽(yáng)性(G+)和真菌豐度的降低，而單施氮肥則是刺激了G-和放線菌的增長(zhǎng)。
該項(xiàng)研究近期以題為Carbon and nitrogen availability in paddy soil affects rice photosynthate allocation, microbial community composition, and priming: Combining continuous 13C labeling with PLFA analysis發(fā)表在Plant and Soil上。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研究開發(fā)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院亞熱帶農(nóng)業(yè)研究所青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目以及德國(guó)哥廷根大學(xué)與中國(guó)留學(xué)基金委(CSC)聯(lián)合項(xiàng)目的資助。
圖1 不同外源碳氮添加對(duì)水稻光合碳在不同碳庫(kù)中分配與調(diào)節(jié)的數(shù)量特征