記者4月18日從中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所獲悉，該所研究員吳金水團隊聯(lián)合其他團隊，向淹水水稻土壤中添加低量（50%的土壤微生物生物量碳（MBC））和高量（500%的土壤MBC）碳13標記的葡萄糖，并分別設置了5個N、P和S肥添加梯度（NPS養(yǎng)分梯度），構(gòu)建了不同的C、N、P和S的計量比梯度，在60天的培養(yǎng)期內(nèi)觀測了土壤有機碳（SOC）的累積激發(fā)效應動態(tài)變化、土壤凈碳平衡指標和土壤酶活性，并結(jié)合碳13標記磷脂脂肪酸技術(shù)，探究了微生物調(diào)節(jié)淹水稻田土壤有機碳礦化的激發(fā)效應和有機碳積累的潛在策略和響應機制。
外源碳和養(yǎng)分輸入會影響微生物生長并引起土壤碳礦化激發(fā)效應，進而刺激土壤有機碳的形成和礦化。為解釋微生物生長、碳循環(huán)和養(yǎng)分可利用性之間的聯(lián)系，此前已有研究通過區(qū)分富營養(yǎng)微生物和寡營養(yǎng)微生物，并通過研究這兩種微生物的演替來探究機制。
但也有研究表明，富營養(yǎng)微生物既能適應養(yǎng)分充足的環(huán)境，也能適應養(yǎng)分貧乏的環(huán)境，使微生物活動和碳循環(huán)之間的關(guān)系復雜化。有研究提出，微生物生活史策略假設可以進一步用來預測微生物活動及其與環(huán)境的相互作用，并且激發(fā)效應被認為會影響微生物的生活策略。然而，養(yǎng)分和化學計量比如何影響SOC礦化的激發(fā)效應、SOC平衡以及碳循環(huán)與微生物生活策略的關(guān)系并不明確。
該項研究成果表明，在低量和高量葡萄糖輸入下，葡萄糖礦化度均隨NPS肥濃度的增加線性增加。然而，無養(yǎng)分添加處理的葡萄糖會導致微生物優(yōu)先利用現(xiàn)成的可利用碳，導致了負的激發(fā)效應。在高量葡萄糖輸入背景下，隨著NPS養(yǎng)分輸入的增加，負激發(fā)效應的強度增加。在低量葡萄糖輸入背景下，正激發(fā)效應的強度隨著NPS養(yǎng)分輸入的增加而增加。高量葡萄糖添加伴隨著NPS養(yǎng)分輸入有利于高產(chǎn)策略微生物生長，增加了葡萄糖衍生的SOC積累。微生物生物量和磷脂脂肪酸（PLFA）中檢測到較高豐度的13C，且土壤凈碳平衡增加，證明了這一現(xiàn)象。
相比之下，低量葡萄糖添加伴隨著NPS養(yǎng)分輸入使資源獲取策略微生物占據(jù)主導地位，增加了SOC的礦化。因此，高碳輸入（即500%的土壤MBC），尤其在低N:P:S計量比之下，通過負激發(fā)效應和微生物衍生的碳積累，增加了土壤有機碳積累，這是由于微生物向Y-策略群落的轉(zhuǎn)變可以有效的利用資源。本研究強調(diào)了在水稻土施用有機肥時，也應考慮礦質(zhì)施肥管理對促進微生物周轉(zhuǎn)和固碳的重要性。
“該研究提供了一個有趣且有價值的發(fā)現(xiàn)，為土壤有機碳礦化激發(fā)效應的復雜性和不確定性提供了有價值的信息。雖然此前有研究者已經(jīng)研究了碳和養(yǎng)分對激發(fā)效應的影響，但本研究進一步評估了碳和養(yǎng)分的交互作用，主要是化學計量和底物供應?！痹撜撐膶徃迦吮硎尽?/p>
4月15日，這一成果在線發(fā)表于《土壤生物學與土壤生物化學》（Soil Biology and Biochemistry）上。該研究得到了國家自然科學基金和中科院亞熱帶農(nóng)業(yè)研究所青年創(chuàng)新團隊項目等項目資助。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2022.108669