农田生态系统土壤微食物网对有机碳输入的响应机制

Residue coverage is one of the main measures of organic carbon input, which increases the content of soil organic carbon, improves soil carbon sequestration capacity, and plays important roles in increasing soil organic carbon pool. Meanwhile, residue addition also has effect on soil micro-food web. However, the response mechnism of soil micro-food web to residue addition, the corresponding biological transformation mechnism of soil organic carbon, and their contribution to soil organic carbon pool are all not clear until now. Therefore, the studies will be conducted in the field of Conservation Tillage Station of Chinese Academy of Sciences and in the lab with culture experiment to focus on soil micro-food web. To clarify the response mechnism to residue addition in community level, the main functional group structue composition of soil micro-food web was investegated. Stable carbon istope technique will be used to explore carbon transformation, metabolism and sequestration within soil micro-food. The trophic relationship between soil microbes and nematodes will be analyzed with molecular biology technology. The main objectives of our study are to quantify the contribution of soil micro-food web to soil cabon transformation and squestration, and to provide theroetical evidence for regulating soil carbon cycle and stabilizing soil organic carbon pool through soil micro-food web.

农田生态系统中秸秆覆盖是有机碳输入的主要方式之一，增加了土壤有机碳的含量，有利于提高土壤固碳能力，对提升土壤有机碳库具有十分重要的意义。同时，外源秸秆的输入也对土壤微食物网产生影响。然而，目前对于外源有机碳输入条件下土壤微食物网的响应机制与土壤有机碳的生物转化机制及其对土壤稳定碳库的贡献还不十分明确。因此，本研究以中国科学院保护性耕作研发基地为实验平台，将田间试验和室内培养试验相结合，以土壤微食物网为研究对象，通过开展秸秆施用对土壤微食物网主要功能群结构组成的影响，在群落水平上阐明土壤微食物网对外源有机碳输入的响应机制；通过稳定碳同位素技术，分析土壤微食物网内碳转化、代谢和固定的生物学途径；利用分子生物学技术，研究土壤微食物网内线虫和微生物的捕食关系。这一研究旨在量化土壤微食物网对土壤碳转化和固定的贡献，为从土壤食物网角度调节土壤碳循环及稳定土壤有机碳库提供理论依据。

外源有机碳输入是影响农田土壤有机碳动态变化的重要因素之一，在提升土壤有机质水平的同时，能够为土壤生物提供大量碳源。秸秆还田作为当今世界普遍重视的一项培肥地力的增产措施，其施用的数量和频率也会直接和间接地影响土壤微食物网的变化，进而影响农田土壤生态系统的生产力和可持续性。为探讨土壤微食物网对秸秆还田的响应机制，本研究依托吉林省梨树“中国科学院保护性耕作研发基地”的长期免耕秸秆还田定位试验平台，重点研究了不同秸秆还田量及还田频率条件下，土壤微食物网内微生物和线虫群落的变化规律和相互关系，以及秸秆分解过程中的生物转化和固定。研究结果表明，秸秆的还田频率对土壤微食物网群落结构产生了显著的影响；高频秸秆还田方式显著增强土壤微食物网中细菌与食细菌线虫的相互联系，同时加强了细菌分解通道在有机质分解中的作用；而低频秸秆还田不仅增加了细菌磷脂脂肪酸含量，还增强了土壤微食物网中真菌与食真菌线虫的联系，同时真菌分解通道被加强。同位素碳示踪结果表明秸秆还田主要通过调节土壤微生物与线虫之间的双向耦合关系驱动了微食物网主要功能群之间碳的流动和转移；而秸秆还田产生的上行效应对于土壤微食物网的结构和土壤碳的生物转化和固定具有决定性作用。该研究为农田生态系统养分循环和可持续发展提供了重要的土壤生物学理论依据。