干湿交替条件下耕作方式对土壤有机碳转化及影响机制研究

土壤有机碳转化与温室气体排放和土壤肥力密切相关。水分的变化（如干湿交替）是影响土壤有机碳转化过程的重要因素，微生物和土壤团聚体结构在其转化过程中具有重要作用。目前对于北方旱作农田干湿交替条件下土壤有机碳转化过程及其影响机制研究不够深入。本研究以7年和19年的长期定位试验为平台，首先，分析干旱交替条件下土壤外源有机碳的降解以及对本底有机碳的激发效应，探讨有机碳转化规律；其次，采用稳定同位素探针技术（13C-RNA-SIP）分析干湿交替条件下土壤有机碳转化的微生物学机制，利用实时定量PCR和T-RFLPS技术优点，研究有机碳转化过程中关键微生物种类、群落特征与功能的关系。最后，从团聚体的水平上研究土壤有机碳（外源和本底）的存在状态、分布状况和转化机制。本项目将明确干湿交替土壤有机碳的关键转化过程，阐明转化过程中微生物和土壤团聚体结构的影响机制，为该区域农田土壤碳素培育研究提供理论和技术参考。

按照项目计划，本研究以长期耕作定位试验为平台，重点开展了干湿交替条件下不同耕作方式土壤有机碳转化关键过程、微生物对土壤有机碳转化过程的影响、土壤团聚体对土壤有机碳转化过程的影响等方面的研究。研究工作的主要进展如下：.1、在干湿交替条件下土壤有机碳转化关键过程方面。利用13C标记的小麦秸秆进行培养试验表明，干湿交替条件下土壤有机碳矿化速率大于恒湿条件，比恒湿平均大3.9 mg C-CO2 kg-1 soil day-1。秸秆显著增加总有机碳的矿化速率（206.96% vs 无秸秆），在恒湿条件下总有机碳矿化速率在2-11d显著降低，达到373.20% （vs 1d）。来自秸秆部分的二氧化碳在恒湿条件下（44.45%-34.00%）显著大于干湿交替（32.84%-13.09%）。培养过程中干湿交替条件下免耕土壤的激发效应是15.32到﹣¬0.62 mg C kg-1 soil day-1，显著大于恒湿条件下的激发效应。.2、在微生物对土壤有机碳转化过程的影响方面。采用Illumina Mesiq测序平台获得数据序列分析表明，免耕秸秆覆盖处理显著土壤细菌和古细菌的多样性，而真菌多样性在不同耕作处理中没有明显的差异。免耕秸秆覆盖处理能够显著增加不同微生物类群特定门：如变形菌门（属于细菌），奇古菌门（属于古菌）和球囊菌门（属于真菌）的丰度。影响不同菌群数量和群落结构的环境因子不同，土壤水分是影响细菌的主要环境因子，而总氮和有机碳分别是影响古菌和真菌的主要环境因子。采用稳定同位素探针技术(13C-RNA-SIP)分析表明，随着干湿交替次数的增加，影响有机碳转化的微生物群落也发生变化。.3、在土壤团聚体对土壤有机碳转化过程的影响方面。免耕覆盖（NTSM）和秸秆还田（ASRT）比常规耕作（CT）分别提高12.9%和7.5%，41.4%和2.8%。其中，NTSM固碳效应最好，各级团聚体有机碳含量平均能达到13.3g/kg，水稳性大团聚体有机碳储量占团聚体总储量的61.3%。干湿交替影响有机碳的分布和储量，其可降低水稳性大团聚体的分布和储量，并降低了团聚体有机碳总储量。. 通过项目的实施在Scientific Reports、SSSAJ、Geoderma 等期刊共发表论文8 篇，其中SCI论文4篇。出版专著1部。培养博士后1名，博士、硕士研究生3名，参加国际会议2次。