化肥有機(jī)替代促進(jìn)水稻土氮素積累的微生物機(jī)制研究獲進(jìn)展

　　微生物是驅(qū)動(dòng)土壤生態(tài)系統(tǒng)元素生物地球化學(xué)循環(huán)的引擎。在氮循環(huán)方面，微生物通過分解代謝將土壤中大分子有機(jī)物解聚、礦化，向土壤釋放礦質(zhì)氮（NH4+-N），持續(xù)供應(yīng)作物生長(zhǎng)所需的礦質(zhì)氮。與此同時(shí)，微生物通過合成代謝產(chǎn)物的迭代過程（攝取底物-細(xì)胞生長(zhǎng)-繁殖-死亡-殘留物積累）將非穩(wěn)態(tài)有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定態(tài)土壤有機(jī)質(zhì)，從而促進(jìn)土壤有機(jī)態(tài)氮固定、減少氮素?fù)p失。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，有機(jī)肥替代部分化肥已被證明可高效促進(jìn)土壤氮積累。然而，化肥有機(jī)替代下土壤氮積累的增量來源、穩(wěn)定性及其微生物機(jī)制尚不清楚。

 

　　中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所研究員蘇以榮團(tuán)隊(duì)基于31年長(zhǎng)期施肥定位試驗(yàn)，研究了有機(jī)物料（水稻秸稈和有機(jī)糞肥）替代部分化肥下水稻土中微生物殘留物積累特征，并計(jì)算了化肥有機(jī)替代下土壤氮積累的增量來源。結(jié)果表明，有機(jī)物料替代顯著增加了微生物生長(zhǎng)速率，促使總微生物生物量增加，進(jìn)而微生物殘留物積累增加，這是化肥有機(jī)替代促進(jìn)土壤氮積累的重要來源之一。具體來說，有機(jī)肥替代30~60%化肥比單施化肥的土壤全氮增加48~76%，這部分氮素增量中微生物殘留物與植物殘?bào)w貢獻(xiàn)相當(dāng)，其中真菌殘留物貢獻(xiàn)30~35%、細(xì)菌殘留物貢獻(xiàn)15~22%、未被微生物利用的植物碎屑貢獻(xiàn)為43~55%；秸稈還田比單施化肥增加的22%全氮中，微生物貢獻(xiàn)（74%）遠(yuǎn)大于植物殘?bào)w（26%），其中真菌殘留物貢獻(xiàn)高達(dá)62%。因此，有機(jī)肥和秸稈兩類有機(jī)物料均能有效促進(jìn)土壤氮積累，但有機(jī)肥效果好于秸稈；不同有機(jī)物料施用促進(jìn)土壤氮積累的過程中微生物貢獻(xiàn)差異較大，有機(jī)肥處理下微生物過程對(duì)氮積累的貢獻(xiàn)小于秸稈，主要由于相較于秸稈，有機(jī)肥處理下真菌對(duì)有機(jī)肥分解的參與作用減弱。該研究為解釋不同施肥管理下水稻土氮素積累差異的微生物機(jī)制提供了科學(xué)依據(jù)。

 

　　相關(guān)研究成果以Manure application accumulates more nitrogen in paddy soils than rice straw but less from fungal necromass為題，發(fā)表在Agriculture, Ecosystems and Environment上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的支持。