近日，Science of the Total Environment （影響因子10.753）在線發(fā)表了農(nóng)學(xué)院唐湘如教授團隊完成的題為“A 40?% paddy surface soil organic carbon increase after 5-year no-tillage is linked with shifts in soil bacterial composition and functions”的研究論文。（論文連接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969722073065）。

　　土壤有機碳與土壤肥力、作物產(chǎn)量和氣候變化密切相關(guān)。稻田土壤有較高的固碳潛力，其有機碳含量比旱地土壤高約20%。保護性耕作是能夠提高稻田土壤固碳的農(nóng)田管理方式，前期有稻田保護性耕作研究發(fā)現(xiàn)，采用保護性耕作后前期（3-5年）土壤有機碳快速積累，此后土壤有機碳增速放緩并趨向于平衡，于是作者推測，在稻田保護性耕作的短期效應(yīng)和長期效應(yīng)下，土壤有機碳積累機制不同。因此，作者在中國南方稻田5年的短期保護性耕作定位試驗取樣，分析了常規(guī)耕作（CT），少耕（RT）和免耕（NT）三種耕作措施的土壤固碳效應(yīng)，測定了水稻秸稈碳投入、土壤有機碳含量、CO2排放通量以及土壤細(xì)菌群落組成和功能預(yù)測，旨在明確短期稻田保護性耕作的固碳效果及其與土壤細(xì)菌的關(guān)系。

　　免耕（NT）增加了水稻殘茬碳輸入12.6?% -15.9?%，這主要是由于在該試驗下免耕增加了水稻產(chǎn)量，有meta分析研究認(rèn)為稻田免耕并不能增加水稻產(chǎn)量，然而該研究增產(chǎn)效果明顯，主要是因為作者采用了較好的農(nóng)田管理方式配合免耕，如免耕缽苗插秧、氮肥側(cè)深施和激光平地機等；與CT相比，NT增加了表層土壤有機碳40?%，此外NT也增加了CO2通量（圖1）。因此，表現(xiàn)出高碳投入，高碳通量且高土壤固碳。

圖1. 不同耕作措施對土壤有機碳、全氮和碳通量的影響

　　代謝途徑差異分析表明，NT顯著降低了benzcoa - py(厭氧芳香化合物降解)和ast-py (l-精氨酸降解II)。因此，稻田土壤有機碳的快速增加可能與土壤細(xì)菌調(diào)節(jié)的降解功能有關(guān)（圖2）。

圖2. 不同耕作措施下土壤細(xì)菌代謝功能差異分析

　　同時，NT顯著改變了土壤細(xì)菌群落。隨機森林模型表明，“降解/利用/同化Other”、“C1化合物同化”和“Amin和多胺降解”等土壤細(xì)菌代謝功能（基于MetaCyc預(yù)測），是與有機碳積累相關(guān)的最重要的土壤細(xì)菌潛在功能（圖3和圖4）。

圖3. 不同耕作措施下土壤細(xì)菌物種差異分析

圖4. 驅(qū)動有機碳變化的隨機森林模型分析

　　5年短期的保護性耕作最大增加了土壤表層有機碳40%，這一方面是由于免耕下水稻秸稈碳投入增多，另一方面，土壤細(xì)菌的結(jié)構(gòu)和功能也發(fā)生了變化，對土壤有機碳的增加有一定貢獻。此外，作者預(yù)計此后稻田免耕下土壤有機碳增速放緩甚至不變，且短期效應(yīng)之后土壤有機碳增加的驅(qū)動因素會發(fā)生改變，這可能與土壤有機碳趨近平衡（或飽和）有關(guān)。對比農(nóng)田管理措施的短期和長期效應(yīng)，以及進一步明確土壤有機碳短期和長期的積累規(guī)律，可能是一個有趣的研究方向。比如：短期和長期效應(yīng)下土壤微生物的變化規(guī)律與有機碳變化的關(guān)系，以及植物殘體和微生物殘體在不同時間效應(yīng)下對土壤有機碳的貢獻。

　　文章第一作者為祁劍英副教授，通訊作者為唐湘如教授。該研究得到廣州科技項目（202103000075和202102100008）、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)人才引進與研究計劃項目（4100-222106）的資助。

文圖/農(nóng)學(xué)院