光合碳(根際沉積)和外源有機碳添加是水稻土壤高碳庫的重要碳匯來源。外源有機碳(例如秸稈)的降解不僅與氮循環(huán)耦合，其降解也增加了土壤碳的輸入，并對光合碳在稻田系統(tǒng)中的分配及對微生物群落結(jié)構(gòu)組成有極其重要的影響。因此，研究稻田土壤中可利用碳氮對光合碳和微生物群落結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)有利于科學(xué)指導(dǎo)合理施肥和促進稻田土壤的可持續(xù)發(fā)展。
高分子的不溶性纖維素是有機碳肥(秸稈，堆肥等)的重要組成部分。本研究通過添加微生物易利用的可溶性羧甲基纖維素鈉(CMC)作為纖維素的降解模擬物，并結(jié)合氮添加(硫酸銨)，13CO2連續(xù)標記和13C-PLFA-SIP技術(shù)，有效揭示了有機碳源的長期施用對光合碳分配和微生物群落結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，單施CMC通過促使微生物的“Nitrogen mining”產(chǎn)生了氮的正激發(fā)效應(yīng)，并使得3%的土壤總氮從有機質(zhì)中礦化。CMC和氮肥的聯(lián)合施用(+CN)在提高了地上部生物量和光合碳分配(1.39倍)的同時降低了水稻根系光合碳的輸入(0.75倍)。而且，隨著水稻根際沉積碳輸入的減少，CMC和氮肥的聯(lián)合施用(+CN)同時降低了光合碳在有機質(zhì)(0.68倍)和微生物量(0.53倍)中的分配(圖1)。通過13C-PLFA-SIP分析可知，不同可利用碳氮的施用顯著影響了土壤微生物群落組成。CMC和氮肥的聯(lián)合施用降低了革蘭氏陽性(G+)/革蘭氏陰性(G-)比值，導(dǎo)致了革蘭氏陽性(G+)和真菌豐度的降低，而單施氮肥則是刺激了G-和放線菌的增長。
該項研究近期以題為Carbon and nitrogen availability in paddy soil affects rice photosynthate allocation, microbial community composition, and priming: Combining continuous 13C labeling with PLFA analysis發(fā)表在Plant and Soil上。該研究得到了國家重點研究開發(fā)項目、國家自然科學(xué)基金、中科院亞熱帶農(nóng)業(yè)研究所青年創(chuàng)新團隊項目以及德國哥廷根大學(xué)與中國留學(xué)基金委(CSC)聯(lián)合項目的資助。
圖1 不同外源碳氮添加對水稻光合碳在不同碳庫中分配與調(diào)節(jié)的數(shù)量特征