東北地理所在作物秸稈氮影響土壤有機(jī)碳積累的微生物學(xué)機(jī)制研究
秸稈還田是提高土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的重要農(nóng)藝措施，秸稈降解是一個(gè)非常復(fù)雜的生物化學(xué)過程，其中間產(chǎn)物是土壤有機(jī)質(zhì)的重要組分，這一過程受秸稈化學(xué)組分、土壤微生物與土壤理化性質(zhì)等因素共同影響。秸稈碳氮向有機(jī)碳庫(kù)的轉(zhuǎn)化影響土壤有機(jī)碳的化學(xué)組分及土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定性。
目前，對(duì)秸稈碳氮影響土壤有機(jī)碳固存與穩(wěn)定性的微生物機(jī)理研究主要應(yīng)用高通量測(cè)序技術(shù)，探究微生物群落結(jié)構(gòu)與土壤碳氮循環(huán)的相關(guān)性。基于宏基因組學(xué)技術(shù)解析秸稈碳氮向土壤有機(jī)碳庫(kù)轉(zhuǎn)化過程中碳氮代謝功能特征的研究仍然較少。為此，中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組研究人員，通過微宇宙培養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)合宏基因組測(cè)序技術(shù)，利用15N標(biāo)記的大豆和玉米秸稈，示蹤秸稈氮向黑土碳庫(kù)的轉(zhuǎn)化情況，闡明秸稈降解下介導(dǎo)碳氮循環(huán)的微生物作用機(jī)制。研究結(jié)果表明，秸稈添加條件下，黑土微生物氮礦化與碳降解功能協(xié)同作用，促進(jìn)顆粒有機(jī)碳庫(kù)的碳積累（圖1），并維持有機(jī)碳的穩(wěn)定性（圖2）。氮礦化基因與顆粒態(tài)有機(jī)碳和礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)碳庫(kù)中碳氮累積量以及有機(jī)碳中植物來源脂肪族碳關(guān)系緊密（圖3）。該研究在黑土區(qū)作物秸稈還田提升土壤有機(jī)碳庫(kù)穩(wěn)定的微生物生態(tài)機(jī)制方面取得一定的理論突破。
圖1. 培養(yǎng)250天后土壤有機(jī)質(zhì)組分中碳（a）、氮（b）以及秸稈來源氮（c）含量
圖2. 培養(yǎng)250天后土壤有機(jī)碳13C-NMR核磁波譜（a）以及不同官能團(tuán)比例（b）
圖3. 培養(yǎng)7天和250天后土壤有機(jī)碳結(jié)構(gòu)、有機(jī)質(zhì)組分碳氮含量以及氮礦化和碳降解功能基因豐度的相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)
相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在生物學(xué)領(lǐng)域國(guó)際主流期刊npj Biofilms and Microbiomes上，主要工作由東北地理所農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組謝志煌博士研究生、于鎮(zhèn)華副研究員和金劍研究員等共同完成。該項(xiàng)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（41771326）和中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)項(xiàng)目（XDA28020201）聯(lián)合資助。
論文詳細(xì)信息如下：
ZhihuangXie#, Zhenhua Yu#, Yansheng Li, Guanghua Wang, Xiaobing Liu, Caixian Tang, TengxiangLian, Jonathan Adams, Junjie Liu, Judong Liu, Stephen J. Herbert & Jian Jin*. Soil microbial metabolism on carbon and nitrogen transformation links the crop-residue contribution to soil organic carbon. npj Biofilms and Microbiomes, 2022, 8, 14.
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41522-022-00277-0
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