土壤微生物在保护性耕作黑土有机碳固定中的作用

农业管理措施影响农田土壤的碳源与碳汇功能。合理的农业管理措施（如保护性耕作）有利于形成良好的土壤结构，有助于增加土壤有机碳（SOC）的存储。保护性耕作可能会通过增加秸秆还田及改变土壤物理性质影响土壤微生物群落和土壤二氧化碳排放通量。本项目拟以东北黑土为研究对象，通过野外监测和室内分析相结合确定保护性耕作对黑土有机碳的固定量，采用δ13C示踪法和磷脂脂肪酸法（PLFA）测定不同耕作条件下土壤微生物群落结构、功能、真菌和细菌对碳的利用率以及土壤微生物生物量的周转，探讨保护性耕作下土壤有效底物和土壤物理性质变化对土壤微生物的影响，以及土壤微生物在碳循环中的作用。从微生物特性方面来研究保护性耕作（如免耕）是否能够增加土壤有机碳周转时间，减少土壤二氧化碳释放，进而探讨土壤有机碳固定的微生物学机理，为在黑土区推广保护性耕作提供理论依据。

农田是受人为干扰最为严重的陆地生态系统，农业管理措施影响农田土壤的碳源与碳汇功能，因此农田也是最有希望通过良好的耕作管理措施实现碳固定的陆地生态系统。保护性耕作通过限制耕作强度和秸秆还田等措施，可以促进表层土壤的生物活性，影响土壤有机碳的动态变化。但是保护性耕作对土壤有机碳（SOC）、CO2释放以及土壤微生物群落的影响还存在争议。本项目以吉林省德惠市中层典型黑土保护性耕作试验为研究区，采用磷脂脂肪酸（PLFA）等方法测定土壤微生物群落结构、功能、土壤CO2 释放量等，探讨保护性耕作下土壤有效底物和土壤物理性质变化对土壤微生物的影响，以及土壤微生物在碳循环中的作用。研究表明，基于4年的SOC含量数据分析发现耕作处理影响土壤有机碳含量，但是不同土层的SOC含量对耕作处理的响应不同。与秋翻（MP）相比，保护性耕作显著地增加表层0-5cm的SOC含量。耕作方式对土壤微生物的影响包括群落结构、功能及呼吸速率。1）对耕层（0-20 cm）土壤微生物的影响主要体现在其功能组上。与MP相比，保护性耕作（免耕：NT 和垄作：RT）使耕层土壤细菌、革兰氏阴性细菌和菌根真菌的生物量和丰富度均增加，并且改变了土壤微生物的群落结构。NT 和RT主要以菌根真菌和革兰氏阴性细菌为主，而MP主要以腐生真菌和革兰氏养性细菌为主。2）各土层的土壤微生物对耕作方式的响应不同。NT 和RT表层0-5 cm的总生物量、细菌生物量以及真菌生物量均高于MP，但5-10和10-20 cm处，NT 和RT的生物量均小于MP。3）耕作方式对土壤微生物群落活性的影响因季节而异。MP春季（4月）的土壤微生物碳源利用能力高于NT 和RT；而秋季（9月）与恰好律相反，说明耕作方式引起的土壤物理性质变化对土壤微生物的影响主要体现在春秋两季。4）NT生长季节内总累积CO2-C释放量比MP高，MP使土壤微生物呼吸最高值比NT延后半个月。我们的研究结果表明，保护性耕作增加表层土壤的SOC含量、微生物量和活性（呼吸速率），改变耕层土壤土壤微生物群落结构，并且耕作方式引起的土壤物理性质变化是导致土壤微生物群落功能存在差异的主要原因，但是耕作处理间并土壤年CO2释放量没有差异。本研究将有助于从微生物特性方面来合理评价保护性耕作对土壤有机碳固定的影响，为预测不同耕作方式下黑土对大气二氧化碳的贡献提供基础资料。