免耕稻田土壤真菌多样性变化及其对土壤呼吸的影响研究

Soil respiration from no-tillage paddy field is one of important componnets of terrestrial carbon cycles, which affects regional and global climate change. Soil fungus regulate soil respiration, but the interaction of soil texture and crop grwoth on soil fungal diversity masks generally effects of tillage practices on soil respiration, thus resulting in inaccurate assessments of soil carbon emissions from paddy field. Therefore, a field experiment is conducted to study changes in fungal diversity of paddy soil as affected by tillage practices and its effect on soil respiration under two different texture soils located at a same latitude region. Using the methods of Biolog FF Ecological Plate,High Efficiency Liquid Chromatographyand PCR-DGGE, our objective is to evaluate seasonal changes in soil fungi community structure, metabolic diversity and genetic diversity as affected by tillage practices under two different textures. Moreover, the study also discusses seasonal variations of soil respiration as affected by tillage practices and soil textures.Furthermore, we estimate contributions of rhizosphere respiration to soil respiration using lab incubation, and then reveal the relationships between soil fungal diversity and soil respiration under two different textures. Therefore, it is important to accurately protect soil microbial diversity of paddy fields and to develop low-carbon agriculture in China.

免耕稻田土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要组分之一，影响着区域与全球气候变化。土壤真菌调控着土壤呼吸，然而土壤质地与作物生长的作用往往掩盖了耕作对土壤真菌多样性的影响，混淆了耕作对土壤呼吸的影响，因此导致区域稻田土壤碳排放估算的偏差。为此，本项目拟采用野外定点观测方法，以同一纬度带两个不同质地（黏壤土与砂壤土）稻田为研究对象，设置常规翻耕和免耕两种耕作方式，利用高效液相色谱法、Biolog FF微孔板法与聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳法研究土壤质地与耕作方式对稻季土壤真菌生物量、碳源代谢能力与群落结构的季节性变化影响；通过大田多时段监测，研究不同土壤质地下免耕稻田土壤呼吸的季节性变化特征；结合室内矿化与抑制试验，定量探究真菌呼吸对土壤呼吸的贡献，揭示免耕稻田土壤真菌多样性变化特征及其对土壤呼吸的影响机制。本项目旨在为保护稻田土壤微生物多样性及发展低碳稻作农业提供科学依据。

免耕稻田土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要组分之一，影响着区域与全球气候变化。土壤真菌调控着土壤呼吸，然而土壤质地与作物生长的作用往往掩盖了耕作对土壤真菌多样性的影响，混淆了耕作对土壤呼吸的影响。为此，本项目研究不同质地下免耕稻田土壤CH4和CO2通量、真菌丰度、组分和结构的变化，揭示真菌对土壤碳排放的影响。研究表明，（1）免耕与秸秆还田显著影响CH4和CO2排放。免耕较翻耕CH4 和CO2排放量显著降低5.8%~38.8%和 15.1~19.6%；秸秆还田较不还田CH4和CO2累计排放量显著提高18.6%~52.7%和14.8%~111.1%。（2）无论花桥还是大法寺试验点，免耕较翻耕均显著提高土壤总磷脂脂肪酸、细菌、真菌、放线菌、单不饱和脂肪酸/饱和脂肪酸，降低革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌；秸秆还田显著提高土壤总磷脂脂肪酸、细菌、真菌、放线菌、单不饱和脂肪酸/饱和脂肪酸，降低革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌，最终改善土壤微生物对碳源的代谢能力。（3）不同质地土壤优势真菌群落对耕作与秸秆还田响应不同，且在>0.25 mm和<0.25 mm土壤团聚体上差异明显。对于花桥试验点，耕作对真菌群落结构没影响；秸秆还田显著降低Ascomycota（32.5%）、Basidiomycota（46.6%）和Glomeromycota（30.1%）。对于大法寺试验点，免耕显著增加Basidiomycota（39.7%）；秸秆还田显著提高Ascomycota（85.9%）、Basidiomycota（38.3%）和Glomeromycota（56.7%），降低Chytridiomycota（31.2%）。（4）耕作方式与秸秆还田显著影响真菌对土壤CO2排放的贡献，且不同试验点贡献程度不同。免耕较翻耕真菌呼吸对土壤呼吸的贡献显著提高15.7%~46.4%；秸秆还田处理真菌呼吸对土壤呼吸的贡献提高12.8%~37.5%。大法寺试验点明显高于花桥试验点。结构方程模型分析指出，耕作与秸秆还田通过影响活性有机碳影响微生物群落，特别是细菌和真菌，调节土壤CH4和CO2排放，最终影响土壤有机碳。因此，本项目表明，免耕与秸秆还田通过影响细菌和真菌群落控制土壤碳排放，最终调节着稻田土壤有机碳固定。本研究为进一步推广保护性耕作提供了理论依据。