气候变化对稻麦轮作土壤有机碳矿化的影响及其微生物机理研究

As important biological chemical processes in soil，organic carbon mineralization is directly related to greenhouse gas emissions and organic carbon enhancement. Study of the relationship between organic carbon mineralization and soil microbial community under climate change conditions could provide important insight into the predicting trend of global climate change and evaluating role of soil microorganisms in climate change mitigation. This project will focus on rice-wheat rotation system under simulated climate change field conditions. Mineralized incubation analysis, phospholipid fatty acid analysis (PLFA), high-throughput sequencing, terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP), real-time quantitative PCR (qPCR), soil respiration and enzyme activity analysis will be used to characterize the succession of soil microbial communityand activity under climate change conditions, and to reveal the relationships among organic carbon mineralization, active organic carbon components, soil respiration, enzyme activity, microbial community structure and abundance. Our study will clarify the microbial mechanisms of organic carbon mineralization under future climate change conditions, and provide scientific evidence of agricultural production to address global climate change.

有机碳矿化是土壤中重要的生物化学过程，直接关系到土壤温室气体的排放和有机碳的积累，研究气候变化背景下有机碳矿化与土壤微生物群落之间的关系，对预测全球气候变化趋势和评价土壤微生物在减缓气候变化中的作用具有重要的意义。本项目依托野外模拟气候变化平台，以稻麦轮作系统土壤为研究对象，采用室内矿化培养分析、磷脂脂肪酸分析（PLFA）、高通量测序、末端限制性片段长度多态性（T-RFLP）、实时荧光定量PCR（qPCR），结合土壤呼吸和酶活性测定，揭示气候变化条件下农田土壤微生物群落和功能活性的演替规律，同时解析有机碳矿化与活性有机碳组分、土壤呼吸、酶活性、微生物群落结构和丰度之间的联系，进一步阐明未来气候变化背景下有机碳矿化的微生物学机制，为制定农业生产应对全球气候变化的措施提供科学依据。

土壤有机碳矿化直接关系到土壤温室气体的排放和有机碳的积累，研究未来气候变化条件下有机碳矿化与土壤微生物群落之间的关系，对预测全球气候变化趋势和评价土壤微生物在减缓气候变化中的作用具有重要的意义。本项目依托模拟气候变化平台，研究大气CO2浓度和温度升高对农田土壤有机碳矿化及其微生物群落的影响。本研究结果表明，CO2浓度促进的光合作用通过根际分泌向土壤输入更多碳，促进微生物量的增加，并改变了微生物群落结构。温度升高促进土壤呼吸，增加了有机碳矿化，并在一定程度上促进了土壤CH4排放。CO2浓度显著提高小麦根际土壤细菌和真菌丰度，而升温显著降低真菌丰度，同时，微生物群落结构也发生了明显变化，与细菌相比，真菌对CO2浓度和温度升高的响应较为敏感，且不同类群的反应也存在明显差异。通过室内培养试验分析表明，CO2浓度单独处理显著提高CH4产生速率，升温显著提高了CH4氧化速率。在水稻分蘖期、抽穗期和成熟期，CO2浓度和温度升高对甲烷产生和氧化菌群落多样性的影响不同。通过以上研究，我们认为CO2浓度和温度升高通过提高微生物数量和活性，加速微生物调转速率，从而加快土壤碳矿化过程，项目为制定农业生产应对全球气候变化的措施提供理论依据。