我國揭示稻田生態系統微生物殘留物固碳的氮素調控因素

　　微生物是土壤有機碳轉化的重要參與者，其通過合成代謝作用將有機碳轉化為自身細胞組成，待其死亡后以微生物殘體形式在土壤中積累。其中，氨基糖是微生物細胞壁的重要組成部分，也是土壤穩定有機碳的重要來源。水稻土作為一種重要的碳匯場所。在淹水條件下，由于水中溶解氧的擴散作用，在水稻土表層形成一層約1cm深的含氧層，其較高的Eh、pH 和含水量, 可能造成它與下層（>1cm）的微生物種群、碳和氮的生物地球化學轉化過程不同。

　　基于此，中國科學院亞熱帶農業生態研究所蘇以榮研究員團隊以¹³C-水稻秸稈為碳源，研究了水稻土0-1cm和1-5cm土層中微生物代謝產物（氨基糖）對氮素（(NH4)2SO4）的響應過程。結果表明，添加無機氮能夠顯著增加0-1cm土層內微生物利用外源碳合成的氨基葡萄糖、氨基半乳糖和胞壁酸的含量，而在1-5cm土層中并沒有類似結果。培養前期，微生物利用外源碳合成的氨基糖在1-5cm土層顯著高于0-1cm的土層。其原因可能是，氧化層發生了氨氧化作用，使得1-5cm還原層的銨態氮含量高于0-1cm氧化層，而微生物在利用氮素的時候優先利用銨態氮而不是硝態氮，促使還原層氨基糖合成量比氧化層高。總氨基糖中真菌和細菌殘留物的比值是12.5-14.6，而利用外源碳的真菌和細菌的殘留物比值為1.0-1.7，說明真菌和細菌對外源有機碳分解的貢獻相當，而對原有有機碳的轉化則以真菌占主導。此項研究指出在水稻土中由于不同層次含氧量不同，造成微生物對碳氮的利用、轉化與循環差異，其結果為稻田生態系統微生物殘留物固碳的氮素調控提供科學基礎。

　　該項研究近期以題為Effect of nitrogen fertilization on the fate of rice residue-C in paddy soil depending on depth: ¹³C amino sugar analysis發表在土壤學國際期刊Biology and Fertility of Soils上。該研究得到了國家重點研發計劃 (2016YFD0200106, 2017YFC0505503)、國家自然科學基金(41671298, 41430860),和中國科學院亞熱帶農業生態研究所青年創新團隊項目(2017QNCXTD_GTD)的支持。

圖1 5天和100天時，水稻土中微生物利用外源碳生成的氨基糖對氮素添加的響應

圖2 5天和100天時，水稻土中微生物利用原有碳和外源碳生成的氨基葡萄糖（真菌來源）與胞壁酸的比值