稻田土壤具有巨大的固碳潛力，對全球碳循環(huán)具有至關重要的意義。土壤有機碳礦化是關系到碳固定效率的重要過程。水稻土干濕交替的特殊水分管理方式，導致水稻土物理、化學和生物條件與旱地土壤和濕地土壤迥異，而水稻土的有機碳礦化過程以及其中關鍵作用因子是否會因水分管理引起的氧氣條件變化而改變，目前仍未有定論。
因此，中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所吳金水研究員團隊通過對水稻土進行氯仿熏蒸和不熏蒸處理形成土壤微生物生物量差異，并設置了干濕交替（0-30天不淹水，氧氣充足；31-78天淹水，氧氣受限）、持續(xù)淹水（氧氣受限）和厭氧淹水（氮氣排空空氣，無氧氣）三種水分條件進行78天的培養(yǎng)實驗。通過對有機碳礦化量和土壤可溶性有機碳、亞鐵離子含量和氧化還原電勢等指標的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，除干濕交替的不淹水階段外，幾種淹水條件下的熏蒸土壤在培養(yǎng)末期的有機碳穩(wěn)定礦化速率均低于不熏蒸土壤；多元回歸顯示，可溶性有機碳的變化量只對干濕交替的不淹水階段的有機碳礦化量有顯著貢獻，但對其他幾種淹水條件下的有機碳礦化量無顯著貢獻；土壤亞鐵含量和氧化還原電勢的變化量只在持續(xù)淹水和厭氧淹水條件下與有機碳礦化量顯著相關。綜上，本研究說明水稻土氧氣條件決定了有機碳礦化的關鍵限速因子。氧氣充足時，土壤有機碳可利用性是限速因子；氧氣受限或缺乏時，微生物生物量、有機碳形態(tài)組成和可利用電子受體三個是限制因子。研究結果從土壤有機碳礦化的“調節(jié)閥”角度進一步豐富了稻田土壤有機碳積累的內(nèi)在生物化學機理，可為水稻土增碳及質量提升提供重要的科學基礎。
該研究以Oxygen availability determines key regulators in soil organic carbon mineralisation in paddy soils為題發(fā)表在Soil Biology and Biochemistry上。該研究得到了國家自然科學基金、湖南省自然基金創(chuàng)新群體、中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所青年創(chuàng)新團隊等項目支持。
不同氧氣條件下水稻土有機碳礦化機制模型圖