长期施肥对土壤有机质转化和微生物碳代谢功能的影响

利用河南封丘和江西进贤的长期定位试验平台，研究长期施肥对潮土和红壤两种典型旱作土壤有机质转化及微生物碳代谢功能的影响。首先，通过测定不同施肥年限土壤有机碳含量、δ13C及腐殖质组分等，比较长期施肥对潮土和红壤有机质盈亏与转化过程的影响；然后，测定长期施肥后土壤微生物对BIOLOG平板难、易降解两类碳源的相对利用能力及几种关键胞外酶的活性，并通过PCR-DGGE技术研究纤维素分解菌群的分异状况，探明土壤微生物碳代谢功能的变化规律。最后，将天然13C标记的外源有机质加入土壤，通过土壤CO2的释放量及其δ13C值，研究外源有机质的分解动态，验证长期施肥处理后土壤微生物碳代谢功能的变化。通过本项目的研究，可以揭示长期不同施肥处理的潮土和红壤中，土壤有机质转化的不同特征，以及参与土壤碳转化微生物群落的作用与响应机制，为预测我国耕作土壤肥力，优化土壤有机碳管理提供科学依据。

土壤有机碳，作为农田生态系统最重要的生态因子之一，在地力提升和土壤固碳两方面均具有重要作用。施肥是最基本的农业措施，长期施肥会对土壤有机碳的周转及相应微生物功能产生影响。本项目利用河南封丘和江西进贤两地的长期施肥试验，联合稳定性碳同位素技术以及土壤微生物研究方法，系统研究了长期施肥对潮土和红壤两种典型旱作土壤有机碳转化特征及微生物碳代谢功能的影响。研究结果表明：(1) 长期施用有机肥对于增加土壤有机碳的作用是显而易见的，施入土壤的有机物料对于土壤碳固持的贡献大于残留根系的贡献；长期平衡施用化肥也能通过促进植物根系的生长和残留增加土壤有机碳的含量，但长期缺素施肥或不施肥往往造成土壤有机碳逐渐亏缺。(2) 长期施用有机肥有助于提高与土壤有机碳转化相关的酶活性，土壤微生物碳代谢能力的增加对于土壤养分元素的循环具有重要意义。长期施用化肥对土壤碳代谢能力的促进作用小于有机肥，在红壤中的作用小于潮土。(3) 采用天然同位素标记（C4物料-C3土壤）方法，证实有机肥对于土壤碳转化和微生物碳代谢能力的影响与有机物料的种类有关。与施用玉米秸秆相比，施用沼渣有机碳矿化速率显著降低，土壤微生物群落发生明显变化，向K策略型微生物转变，参与C循环的酶活性没有显著变化，参与N循环的酶活性显著增加，不改变（减慢）土壤C循环的同时促进土壤N素循环。通过本项目的研究，明确了我国潮土和红壤两种典型旱作农田土壤中，长期不同施肥处理对有机质的转化特征及微生物碳代谢能力的影响，这对于科学地预测我国耕地肥力演变以及评价土壤固碳潜能具有突出的科学价值。