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亚热带生态所揭示水稻光合碳对不同施氮水平的响应及其微生物利用

亚热带幸运28生态所揭示水稻光合碳对不同施氮水平的响应及其微生物利用机制

  由中国科学院亚热带农业生态研究所研究员吴金水领衔的农业生态过程方向研究团队近日在施氮水平对水稻光合碳的土壤传输及其微生物利用机制方面取得了新进展。

  作物光合碳以根际沉积物的形式进入土壤,是根际微生物的主要碳源和能量来源。根际微生物能够通过自身代谢活动将这部分碳源或以气体的形式返回大气,或以有机质的形式存储于土壤中。根际微生物对光合碳的利用能够显著影响土壤碳固定过程。但是,微生物如何利用根际沉积碳,根际沉积碳在稻田土壤有机碳流通过程中的作用及其施氮对根际沉积的影响机制等还尚不清楚。

  基于此,该团队利用碳同位素(13C-CO2)连续标记技术结合磷脂脂肪酸的稳定同位素探针技术(13C-PLFA-SIP),探讨了不同施氮水平(0 、22.5 、45、90 和 135 kg N ha-1)对水稻光合碳(通过沉积作用)的土壤传输及其微生物同化的影响。结果表明,施氮显著提高了水稻地上部和根系的生物量,从而导致输入土壤的光合碳量也呈同步增加趋势,而且随着水稻根系生物量的增加,土壤有机质中来自根的13C含量也相应上升,但来源于光合碳的土壤微生物生物量(13C-MBC)在水稻-土壤系统中的比例却降低了,因此,高量施肥使水稻光合碳的土壤传输和积累比率呈现出非线性骤升的规律,而且施氮肥后土壤碳库13C与根中13C的比值下降,这表明施氮后光合碳向土壤的流通量加快而合成量降低;13C-PLFA-SIP分析的结果表明,施氮后,来源于根际沉积的13C-真菌、菌根真菌和放线菌含量增加,而革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌含量减少。因此,真菌是重要的光合碳根际同化幸运28者,施氮显著提高了光合碳的土壤微生物同化量(如图)。该研究为深入解析稻田碳循环及水稻土的可持续管理提供理论基础和数据支撑。

  该研究近期以Rice rhizodeposition and its utilization by microbial groups depends on N fertilization 为题发表在《土壤生物学与肥力》(Biology and Fertility of Soils,DOI: doi:10.1007/s00374-016-1155-z)上。该研究得到了国家自然科学基金委、英国皇家学会牛顿高级学者基金等项目的资助。

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水稻光合碳对不同施氮水平的响应及其微生物利用机制