水稻土肥力形成过程中有机质转化特征及其功能微生物群落演变

Soil is the fundamental resource for agricultural production. The sustainable development of agriculture needs to maintain and improve soil fertility over the long term. As the foundation and core of soil fertility, soil organic matter decomposition and transformation is closely related to the change of soil fertility. In this proposed project, we will detect the characteristics of organic matter components, and analyze the changes of soil microbial community diversity of paddy soils with different planting years, cultivated from wasteland in subtropical China. Based on laboratory incubation experiments with 13C-labeled straw addition, we will investigate the allocation characteristics of soil organic carbon from different sources, and identify the key functional groups of microorganisms during the process of organic matter transformation, using a series of analysis methods such as stable isotope tracer technique and molecular biological technique. All together, the objective of this project is to deepen the understanding of formation and evolution mechanism of soil fertility in paddy soils, and to provide a scientific basis for maintenance and cultivation of soil fertility.

土壤是农业生产的基本资源，农业的持续发展需要长久地保持和提高土壤肥力。土壤有机质是土壤肥力的基础与核心，有机质的分解转化与土壤肥力变化密切相关。本项目拟采集开垦自红壤荒地的不同种植年限水稻土，观测土壤有机质组分特性，分析土壤微生物群落多样性变化；结合13C标记秸秆添加室内培育试验，借助稳定同位素示踪和现代分子生物学技术等分析手段，研究水稻土有机质转化过程中不同来源有机碳的分配特征，明确参与水稻土有机质转化过程的主导微生物类群。研究结果将深化对水稻土肥力形成与演变机制的认识，并为土壤肥力的维持与培育提供科学参考。

土壤有机质是土壤肥力的基础与核心，土壤有机质的提高主要依赖于作物残体如秸秆的输入，作物残体的微生物转化引起土壤有机碳的重新分配与固定，与土壤有机质积累、土壤肥力形成与固持密切相关。本项目采集开垦自荒地不同耕种年限红壤水稻土，分析土壤理化性质、有机质组分特性和微生物群落结构的时间演变规律，布置13C标记水稻秸秆添加室内培养试验，研究秸秆分解过程中不同来源有机碳的分配特征，同时明确参与秸秆碳转化过程的主导微生物类群。结果表明，土壤物理（颗粒组成）、化学（养分含量）和生物学肥力（微生物生物量）及不同有机质组分含量随耕种年限的延长而提高，是水稻土形成过程中肥力演变的重要体现。培养试验研究结果表明，秸秆的分解率、秸秆碳对不同耕种年限土壤微生物生物量碳和总有机碳的贡献率均表现为随耕种年限的延长而下降。荒地土壤和5年水稻土中秸秆碳主要分布在>0.25mm大团聚体中，而15年、30年和100年水稻土中秸秆碳更多被分配到<0.25mm团聚体中。若以有机碳含量表征土壤肥力，则秸秆的添加更能促进低肥力土壤中微生物的生长和有机碳含量的提高，同时更有利于土壤结构的改善。不同种植年限土壤中，16:0（一般细菌）是利用秸秆碳的最重要磷脂脂肪酸单体，利用秸秆碳的主要G+细菌是i16:0和i15:0，主要放线菌是10Me16:0。种植年限和培养时间显著影响参与秸秆分解的微生物群落结构，与秸秆碳的分解和分配密不可分。本项目的开展对于深入认识土壤肥力形成机制，有效培育土壤地力具有重要科学意义。