菌渣还田对稻田土壤有机碳稳定性的长期效应及其微生物学机制

Fungal residues return (FRR) not only provides a way for waste reuse, but also plays an important role in increasing soil organic matter content and fertility. However, it is still unclear that how the FRR affects the soil organic carbon composition and stability, and how the soil microbes involve. As rice paddy is considered as a unique sequestrator of soil carbon, this proposed project will be studied through a long-term field experiment by applying fungal residues with different ratios into rice paddy soil. To reveal the effects of fungal residues return on soil organic carbon composition and stability and microbial community, changes in soil organic carbon pools and composition, microbial community structure and abundance will be characterized by organic carbon pool separation, 13C nuclear magnetic resonance (NMR), phospholipid fatty acids (PLFA) respectively. The driving factors of fungal residues return regulating the soil carbon composition and stability will be determined by analysing the predominant microbial communities and their phylogenetic informations. Our study will provide an important way for scientific evidences of soil carbon sequestration under fungal residues amendment.

我国食用菌行业产生大量菌渣，但目前菌渣利用率低，随意丢弃或燃烧，造成浪费和污染环境。菌渣还田可增加土壤有机质，改善土壤理化性质，但对于土壤有机碳的组成和稳定性的影响及其机制研究不够。鉴于稻田土壤固碳方面的独特作用，本课题采用长期大田定位试验，利用传统酶学分析和核磁共振法、PLFA等技术，研究不同比例菌渣还田对稻田土壤不同活性有机碳组分的含量变化及13C核磁共振结构特征的影响，阐明菌渣连续还田对土壤有机碳库组成变化及其与稳定性的关系；分析菌渣还田后对稻田土壤微生物区系的影响，揭示土壤酶活性及微生物群落结构特性变化；优化化肥减量下菌渣在稻田的定量化应用，实现稻田土壤有机质的数量和质量同步提高，达到农业废弃物资源高效利用和土壤固碳能力提升双赢。

为研究长期菌渣还田对稻田土壤稳定性的影响及其微生物群落多样性的变化，在水稻田间定位试验条件下，设置三个化肥水平（C）0%、50%、100%，菌渣相对用量（F）0%、50%、100%，共9个处理，分析了菌渣化肥不同配施对土壤不同碳组分、碳氮代谢关键酶活性的影响，以及土壤真菌、细菌群落丰富度和多样性指数、土壤微生物群落结构特点。结果表明：.（1）菌渣化肥配施显著提高了土壤微生物量碳、可溶性碳、颗粒碳和三种易氧化碳的含量，最高增幅分别为49.40%、43.65%、406.44%、135.63%、151.92%和191.22%。微生物量碳和可溶性碳在C50F100最高，颗粒碳、易氧化碳在C100F50最高。与单施化肥相比，菌渣化肥配施处理MBC/SOC和DOC/SOC均有所下降。POC/SOC在C100F100最高，三种LOC的有效度（ALC）和碳库管理指数（CPMI）均在C50F100最高。与单施化肥相比，菌渣化肥配施处理POC/SOC均有所增加。与对照（C0F0）相比，菌渣化肥配施提高了三种LOC的有效度（ALC）和碳库管理指数（CPMI）。.（2）菌渣化肥配施可以有效提高土壤矿化碳、活性碳库、潜在矿化碳库的含量和矿化速率，但是高量菌渣化肥配施条件下对矿化碳、活性碳库、潜在矿化碳库的含量和矿化速率的贡献反而降低。虽然菌渣化肥配施提高了矿化碳含量，但却不会提高有机碳的损失率（Cmin net），起到了很好的固碳作用。此外，菌渣化肥配施对各形态有机碳存在明显的正交互作用，单施菌渣对各形态有机碳的作用优于化肥。.（3）菌渣化肥配施对水稻移栽前期的土壤脲酶活性有促进作用，并且也增强了水稻灌浆期和收获期的土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性。过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶活性分别在3.01-10.018 ml·g-1、0.20-2.04 mg·g-1、0.54-4.80 mg·g-1之间变化；交互性分析来看，菌渣化肥配施效应要大于化肥和菌渣单施，并且对土壤过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶活性均有极显著影响。.（4）从shannon指数来看，菌渣化肥配施均有利于土壤真菌、细菌丰富度和多样性的提高。从chao指数来看，中高量菌渣与化肥配施提高了土壤细菌群落丰富度和多样性。总体来讲，适宜菌渣化肥配施有利于土壤真菌、细菌群落多样性的提高。