不同耕作措施下土壤碳氮转化过程及微生物影响机制研究

农田土壤有机碳氮转化与耕地质量和温室气体排放密切相关，是调节生态系统功能的重要过程。土壤有机碳和氮素在不同层次土壤中转化过程存在不同机制，微生物在其转化过程中具有重要作用。目前对于不同层次土壤碳氮的转化机制的研究不够深入，并且对微生物在其转化过程中的影响机制研究较少。故本研究以长期定位试验为平台，首先，利用稳定性同位素技术分析不同层次土壤原有有机碳和氮素的转化过程，探讨外源有机碳和氮的分解、激发效应；其次，利用稳定性同位素探针技术（13C-RNA-SIP和15N-RNA-SIP），鉴定具有分解、激发土壤有机碳和氮素能力的微生物，研究关键微生物群落特征和演变规律；最后，利用添加抑制剂的方法揭示细菌和真菌分别对土壤碳氮转化的贡献。研究结果将阐明不同层次土壤有机碳和氮素的关键转化过程，明确参与转化过程的未知微生物种类，为研究农田固碳潜力和氮素保护提供新的思路，具有重要的理论意义和技术参考价值。

我国旱作农田耕作措施对土壤有机碳转化和微生物影响机制研究较少，本项目利用20年的长期耕作试验为平台，采用稳定同位素探针技术，研究了不同耕作措施下土壤碳氮转化及其微生物影响机制，取得了如下研究结果：.（1）长期不同耕作影响不同层次土壤有机碳库的变化。在冬小麦生育期免耕处理耕层土壤有机碳含量缓慢增加，而常规耕作耕层土壤有机碳含量变化不大。微生物量碳（MBC）和颗粒有机碳（POC）均在冬前达到第一个高峰，随之下降，到拔节期达到最低，然后又上升达到第二个高峰。而可溶性碳（DOC）在播前最高，随后下降，到开花期又缓慢升高。.（2）利用培养的高丰度13C秸秆，进行室内培养，从而揭示了外源有机碳的转化规律和对原有土壤有机碳的激发效应。上层土壤矿化源自秸秆的比例为27~41%，而底层土壤源自于秸秆的比例为14~29%。这说明上层土壤和底层土壤的有机碳转化规律是不同的。上层土壤（NT、CT）加入秸秆后具有明显的正激发效应，而底层土壤出现先正激发50天后出现负激发现象。上层不同耕作方式激发强度不同，CT处理的正激发强度略高于NT处理，但差异不显著，下层NT和CT处理的激发强度没有差异。上层土壤累计激发强度比下层高124%。上层和底层土壤累计激发量占总矿化量的14%和8%。.（3）用培养的高丰度13C秸秆进行培养，采用13C-DNA-SIP技术，研究表明总真核群落在培养后4天发生变化，优势真核群落为Ascomycota 和Zoopagomycotina。同时，类似菌类的原生菌类比如Polymyxa也参与了秸秆碳的转化。.（4）免耕显著提高了0-10cm土层的全氮、无机氮、酸解总氮、酸解铵态氮、酸解氨基酸态氮、酸解未知态氮和矿化势，而免耕表层非酸解态氮的含量和比例的提升可能降低了保护性耕作表层土壤的氮素利用效率。.（5）外源化肥均可增加原有氮素的矿化，在培养前十天，氮素矿化速率显著增加，而后急剧下降。上层土壤氮素矿化速率显著高于底层土壤，但与有机碳矿化规律不同，免耕土壤氮素矿化速率显著高于常规耕作。同时，外源化肥氮对土壤原有氮素有正激发效应，上层和底层土壤累计激发量占总矿量的21%和12%。