集约种植区保护性耕作系统中团聚体固碳机理研究

鉴于农田生态系统在陆地生态系统碳循环的重要性和保护性耕作措施对碳增汇的不确定性，本研究以集约种植区长期免耕系统中团聚体为研究对象，在综合分析微生物群落结构变化、团聚体结合态碳库存储和相关酶活性的基础上，利用有机质物理化学分组、磷脂脂肪酸（PLFA）和13C-NMR分析技术，探讨长期免耕是否导致微生物群落朝着以真菌为主导的方向转变，以及这种变化与团聚体动力学和有机碳固持的相互作用机制。同时，分析包被于大团聚体内的微团聚组分在纳米尺度下对有机碳的物理保护机制，探索在团聚体尺度下不同耕作系统中与有机碳固持碳氮相关的酶活性差异，为优化管理措施，提高土壤碳汇潜力提供理论依据。

保护性耕作被视为改善土壤质量，增加有机碳截留的重要措施。本项目基于华北平原长期定期试验，利用有机质物理化学分组、磷脂脂肪酸（PLFA）和气质联机(GC／Ms)分析技术，研究了传统翻耕转变为旋耕和免耕后活性碳库的层化效应、团聚体分布及结构稳定性及不同结构微域尺度下的碳蓄积、微生物群落和中性糖和氨基糖分布状况。结果表明，实施保护性耕作后显著提高了热水解和酸解碳两种活性碳库的层化比率，这对表层土壤团聚化过程和微生物群落结构演化等生物物理过程具有重要影响。 此外，保护性耕作促进耕层有机碳库向大团聚体组分中转移，并进一步在大团聚体内部的微团聚体组分中积累，从而增加了碳库物理保护能力；在本项目中，我们用真菌和细菌比率并结合中性糖和氨基糖的特性来定量分析土壤微生物群落结构状况。结果表明，实施保护性耕作仅增加了表层土壤微生物量而并未改变微生物的群落结构。与耕作措施相比，微生物群落对土壤微环境组分（微团聚体和粘粉粒组分）的响应更加敏感，免耕系统中真菌和细菌均在土壤微团聚体组分中富集。此外，免耕提高了整土、微团聚体及粘粉粒中的中性糖和氨基糖浓度，其中微团聚体是最主要的中性糖库和氨基糖库。总之，长期免耕增加土壤团聚性，增加了大团聚体结合态碳截留并进一步在微团聚体内蓄积，而微团聚体是真菌分布的主要微域；实施免耕后导致微团聚体组分向以真菌为主导的微生物群落结构转变。