生物质炭输入对水稻土团聚体有机碳矿化的影响及其微生物学机制

Mineralization of organic carbon in soil aggregates plays an important role in providing nutrients and soil organic carbon enhancement. Study of changes in microbial community structure and activity under biochar amendment and its relationship between mineralization of organic carbon could make progress towards providing insight into the internal mechanisms of stability of organic carbon in aggregates. This program will focus on rice paddy soils with wheat straw biochar amended. Assays of soil aggregates separation, aerobic incubation, phospholipid fatty acid analysis (PLFA), terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP) combining clone library and real-time quantitative (qPCR) will be performed to characterize the mineralization and composition of organic carbon, microbial community structure and abundance under biochar amendment, to reveal the relationships between microbial diversity and mineralization of organic carbon in aggregates. Our study will elucidate the microbial mechanisms of biochar influencing mineralization of organic carbon in aggregates, and provide scientific evidences of biochar in soil carbon sequestration.

团聚体有机碳矿化关系到土壤养分供应与土壤有机碳的积累，研究生物质炭输入条件下微生物群落结构和活性变化特征及其与有机碳矿化之间的关系，对于深入认识团聚体有机碳稳定性的内在机制具有十分重要的意义。本项目以生物质炭施用下的稻田土壤为研究对象，采用团聚体分级、室内矿化培养、实时荧光定量PCR、磷脂脂肪酸分析（PLFA）、末端限制性片段长度多态性（T-RFLP）结合克隆文库分析等手段，从生物质炭输入下团聚体有机碳组分、矿化特征、微生物群落结构和丰度等方面，解析微生物群落多样性与不同团聚体粒级有机碳矿化的内在联系，阐明生物质炭输入影响团聚体有机碳矿化的微生物学机制，为生物质炭的农田固碳减排应用提供科学依据。

土壤团聚体有机碳矿化关系到土壤养分供应与土壤有机碳的积累。研究生物质炭输入条件下微生物群落结构和活性变化特征及其与有机碳矿化之间的关系，对于深入认识有机碳稳定性的内在机制具有十分重要的意义。本项目以生物质炭农田输入为研究对象，分析了土壤有机碳矿化过程、活性有机碳组分及土壤微生物群落结构和丰度变化。研究发现高浓度（40 t hm-2）生物质炭稻田施用降低了土壤呼吸及室内矿化速率，土壤矿化速率的降低主要来自于大团聚体，而土壤微生物生物量碳（MBC）、微生物生物量氮（MBN）未降低，使得微生物代谢熵显著降低；生物质炭施用提高了土壤有机碳含量但降低了可溶性有机碳含量及葡萄糖苷酶等与碳循环相关酶活性；生物质炭不同稻田施用对土壤微生物群落组成影响没有一致性；此外，生物质炭施用降低了真菌及其活性基因拷贝数，但提高了细菌及其活性拷贝数，使得微生物群落结构发生明显改变，并选择性富集了Actinobacteria、Chloroflexi等一类对难降解底物具有降解能力的微生物类群，促使生物质炭施用下的土壤具有更高的酚类、多聚物类底物利用能力。综上所述，生物质炭可通过降低微生物代谢熵，提高微生物底物利用效率并改变微生物群落结构使土壤有机碳矿化速率降低。通过上述研究，我们认为生物质炭农田施用具备较高的固碳减排潜力，但在不同土壤类型、生物质炭类型及施用量上还需要开展更多的研究，项目为生物质炭田间应用提供了理论依据。