研究揭示耕作方式對農田土壤微生物固定二氧化碳影響

　　由中國科學院亞熱帶農業生態研究所研究員吳金水領銜的農業生態過程方向研究團隊近日在耕作方式（免耕與翻耕）對亞熱帶稻田和旱地土壤自養微生物固定CO2功能與固碳微生物（細菌cbbL）數量的影響方面取得了新進展。

　　土壤耕作作為農田管理的重要技術措施，是改善土壤耕層質量、培肥地力的重要途徑，對土壤生態環境有極為重要的影響。我國農田耕作方式主要有傳統耕作（翻耕、深松耕）、少耕（淺耕、旋耕）和免耕（留茬、留茬覆蓋）等。其中，免耕是目前生產上廣泛應用的一種耕作方式。不同耕作方式不僅可以直接影響土壤的物理性質，還可以間接影響農田耕層土壤的養分含量，并改變土壤微生物區系（數量、多樣性及種群結構等）。土壤微生物在推動土壤碳循環過程方面發揮著重要作用，因此，研究不同耕作方式下土壤微生物的固碳功能及其功能微生物數量具有重要意義，可為探索提高土壤固碳能力的技術與機理提供理論依據。

　　基于此，該團隊選取亞熱帶典型的2種稻田土壤和旱地土壤，采集原狀土和非原狀土來模擬免耕和翻耕方式，通過碳同位素連續標記示蹤技術結合密閉系統模擬培養，量化了免耕與翻耕下的土壤自養微生物碳同化能力，同時結合實時定量PCR技術，探討了其固碳關鍵功能微生物數量（功能基因（細菌cbbL）豐度）。結果表明，不同耕作方式（免耕與翻耕）顯著影響稻田與旱地土壤自養微生物的CO2同化能力，表現為翻耕土壤具有較高的微生物CO2同化能力，為免耕土壤的1.8-3.1倍。實時定量PCR顯示，固碳細菌及其固碳功能基因（細菌cbbL）豐度主要表現為免耕土壤大于翻耕土壤，但是，固碳功能的表觀活性（specific CO2 fixation activity/土壤細菌cbbL單位拷貝數的固碳量）則表現為翻耕土壤顯著高于免耕土壤，這表明DNA水平上的細菌cbbL豐度可能并不總是反映其功能活性。土壤固碳功能的表觀活性可能是表征土壤微生物固碳能力的敏感性指標。這項研究指出了耕作方式對土壤微生物固定CO2的作用，其結果可為農田土壤固碳和農業可持續發展提供理論依據。

　　上述研究成果以Effect of simulated tillage on microbial autotrophic CO2 fixation in paddy and upland soils 為題發表在Scientific Reports。審稿人和編輯認為“這是一個有趣的主題，該結果提供了一個深入理解耕作和土壤類型對微生物固定CO2的影響機制，……其結果可能是對土壤微生物固定CO2及其影響機制研究的極大補充”。該研究得到了國家自然科學基金委、中國科學院重點實驗擇優資助等項目的資助。