苏打盐碱地开垦为水田后土壤有机碳含量增加的微生物机制研究

The potential soil carbon sink capacity is huge, so a deep understanding of microbiological mechanisms underlining the changing soil organic carbon (SOC) has great significance to mitigate global climate changes. Songnen Plain is one of the three largest saline-sodic soil regions in the world. The paddy fields cultivated from saline-sodic soil in this region can lead to significant increase of SOC, but the microbiological mechanisms of this ecological process are still unclear. The main objective of this project is to understand the microbiological mechanisms of increasing SOC in saline-sodic paddy soil. We will conduct deep study focusing on the SOC increase process after the cultivation of original saline-sodic soils to rice fields. First, we will investigate changes in the community structure and function of soil microbes after the cultivation of saline-sodic soil using high-throughout sequencing technology and bioinformatics analysis. Second, we will analyze the main driver of soil microbial changes from microcosm experiments to the field scale. At last, we will identify the core microbial groups affecting SOC change using DNA-based stable isotope probing (DNA-SIP), based on these studies we will further analyze the ecological function, change features and main drivers of these core microbial groups. Our study, with important scientific and practical significance, will promote further research in relative fields and provide theoretical basis for managements of regional carbon pool.

土壤具有巨大的固碳潜力，揭示土壤有机碳变化的微生物作用机制对缓解全球变化有重要意义。松嫩平原是世界三大苏打盐渍土集中分布区之一，该区域苏打盐碱地开垦为水田后土壤有机碳含量显著增加，但这一过程的微生物作用机制并不清楚。本项目以揭示盐碱水田中土壤有机碳变化的微生物机制为主要目标，围绕松嫩平原西部苏打盐碱地开垦为水田后土壤有机碳含量增加这一生态过程逐步深入展开：首先，采用高通量测序和生物信息学分析方法，探明苏打盐碱地开垦后的土壤微生物群落结构和功能变化特征；其次，采用田间试验分析与室内控制试验相结合的方式，解析影响土壤微生物群落结构和功能变化的主控因子；最后，采用稳定性同位素核酸探针技术（DNA-SIP），探明土壤有机碳变化过程中发挥关键作用的核心微生物类群，并结合前述内容解析其生态功能、变化特征与影响因素。本研究将促进相关领域研究进展，为区域碳库管理提供理论依据，具有重要的科学和实践意义。

土壤具有巨大的固碳潜力，揭示土壤有机碳变化的微生物机制对应对全球变化有重要意义。松嫩平原是世界三大苏打盐渍土集中分布区之一，该区域盐碱地开垦种稻后土壤有机碳含量显著增加，但这一过程的微生物作用机制尚不清楚。本项目以揭示松嫩平原西部苏打盐碱地开垦种稻后土壤有机碳含量增加的微生物机制为目标逐步深入，按计划开展了以下研究工作：选择不同开垦年限的稻田及未开垦的苏打盐碱地，通过连续两年采样，基于高通量测序和宏基因组测序方法分析了苏打盐碱地开垦后的土壤微生物群落结构和功能变化特征，解析了影响土壤微生物群落结构和功能变化的主控因子；结合控制试验和野外采样分析，进一步解析了土壤有机碳变化过程中发挥关键作用的核心微生物类群及其变化特征与影响因素。.研究结果表明，土壤微生物群落结构与功能在盐碱地开垦种稻后发生显著变化，群落结构多样性和功能多样性均显著增加，且随着开垦年限延长呈逐渐增加的趋势，这种变化趋势与pH值的降低密切相关，同时也受到土壤有机质增加的影响。微生物多样性变化与丰度变化趋势并不一致，功能变化与群落结构的变化也存在一定的差异，可能是由于除pH和有机质之外的其他营养元素的变化影响所致。随着种稻时间的延长，土壤微生物多样性提升，且群落结构和功能变得更加复杂、稳定，说明了种稻促进了土壤碳循环系统的形成与稳定，而且长时间种稻后土壤碳水化合物酶丰度较低，也有利于土壤碳的增加。此外，在开垦稻田的冻融和覆水条件，部分微生物的酶活性得到提升，有利于冬季低温下水稻秸秆的腐解与有机碳归还，促进土壤碳固定。上述研究结果为深入理解土壤微生物变化与土壤有机碳增加的相互关系及其影响因素提供了数据支撑，加深了该区域相关微生物领域的研究，为区域碳库管理提供了理论支撑。