微生物是土壤有機(jī)碳轉(zhuǎn)化的重要參與者，其通過合成代謝作用將有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為自身細(xì)胞組成，待其死亡后以微生物殘?bào)w形式在土壤中積累。其中，氨基糖是微生物細(xì)胞壁的重要組成部分，也是土壤穩(wěn)定有機(jī)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(kuò)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(xué)轉(zhuǎn)化過程不同。
基于此，中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所蘇以榮研究員團(tuán)隊(duì)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(chǎn)物（氨基糖）對氮素（(NH4)2SO4）的響應(yīng)過程。結(jié)果表明，添加無機(jī)氮能夠顯著增加0-1cm土層內(nèi)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(jié)果。培養(yǎng)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(fā)生了氨氧化作用，使得1-5cm還原層的銨態(tài)氮含量高于0-1cm氧化層，而微生物在利用氮素的時(shí)候優(yōu)先利用銨態(tài)氮而不是硝態(tài)氮，促使還原層氨基糖合成量比氧化層高?？偘被侵姓婢图?xì)菌殘留物的比值是12.5-14.6，而利用外源碳的真菌和細(xì)菌的殘留物比值為1.0-1.7，說明真菌和細(xì)菌對外源有機(jī)碳分解的貢獻(xiàn)相當(dāng)，而對原有有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化則以真菌占主導(dǎo)。此項(xiàng)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(zhuǎn)化與循環(huán)差異，其結(jié)果為稻田生態(tài)系統(tǒng)微生物殘留物固碳的氮素調(diào)控提供科學(xué)基礎(chǔ)。
該項(xiàng)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(fā)表在土壤學(xué)國際期刊Biology and Fertility of Soils上。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃 (2016YFD0200106, 2017YFC0505503)、國家自然科學(xué)基金(41671298, 41430860),和中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2017QNCXTD_GTD)的支持。
圖1 5天和100天時(shí)，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(yīng)
圖2 5天和100天時(shí)，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