长期施肥条件下土壤生物对团聚体稳定性的影响机制

Long-term fertilization has been proposed as an effective management strategy for improving soil fertility and crop productivity. Previous researches mainly focused on the direct effect of long-term fertilization on soil structure and nutrient cycling. Until now, the influence mechanism of soil biota on soil aggregate stability has been still unknown. Using the long-term fertilization experimental fields in Northeast China and Huang-Huai-Hai Region, we will study the community structure of dominant micro-food web components (soil microbes, soil microbivorous nematodes, and predatory nematodes) within soil aggregates, and analyze the relationships among soil biota, soil aggregates and soi fertility within soil aggregates by the 13C isotope biomarker. Our understanding on the biological mechanism of soil aggregate stability is significant for improving soil structure and crop productivity and for guaranteeing the national grain security.

长期施肥已成为提高土壤肥力和促进作物增产的行之有效的措施。以往的研究多注重于长期施肥对土壤结构和养分变化产生的直接效应，但针对土壤团聚体的生物稳定性机制尚缺乏系统研究。本项目以长期施肥条件下土壤团聚体中土壤微生物-食微线虫-捕食性线虫所构成的微食物网为研究对象，利用我国粮食主产区东北农区（黑土、棕壤）和黄淮海农区（潮土）的长期施肥定位试验平台，采用土壤生物群落分析与13C示踪技术，研究长期施肥条件下土壤团聚体结构组成、团聚体内微食物网各生物功能群分布特征及其与土壤肥力之间的相互关系，揭示土壤团聚体形成和稳定的生物学机制，对于改善农田土壤结构、提升农田地力和保障国家粮食安全都具有重要的科学意义。

本研究以典型农田土壤为研究对象，以野外长期施肥定位试验站为研究平台，采用长期定位试验和13C同位素标记原位示踪微区试验相结合，探究了长期施肥条件下土壤团聚体稳定性的变化、外源碳在土壤团聚体中贮存状态、周转过程及在土壤微食物网内各生物功能群中的分配与固定。研究发现长期施肥条件下土壤有机碳含量在>1 mm的大团聚体中增加，而在<1mm的小团聚体内呈减小趋势。有机肥的添加显著增加了各团聚体内土壤有机碳及生物体内生物量碳的积累，但并没有提高各团聚体内标记秸秆来源的13C-SOC的含量，然而各团聚体中13C-SOC含量在秸秆分解过程中具有时间传递性即随着秸秆的分解由微团聚体传递到大团聚体中，特别在施肥条件下表现尤为明显。土壤微食物网的能量主要来源为细菌途径和真菌途径，因此本研究进一步以土壤微生物-食微线虫-捕食性线虫所构成的微食物网为研究对象，量化外源秸秆碳在微食物网中的分配及固定。结果表明，有机无机肥配施显著均增加了>2 mm及0.25-1 mm粒径团聚体的细菌生物量碳，单施有机肥显著提高了>1mm粒级内食细菌线虫和食真菌线虫生物量碳。长期施肥改变了秸秆碳在微食物网中的分配与利用，有机肥的施用促进了微食物网利用更多的秸秆碳，特别是促进了食细菌线虫和细菌能量通道。研究结果为构建合理的秸秆还田与施肥措施，减少土壤侵蚀提供了理论依据。在实践上，持续输入秸秆并结合合理的施肥管理措施是稳定和提升土壤肥力、固持土壤有机碳、扩大土壤碳汇的必要措施。