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英文标题：The divergent accumulation mechanisms of microbial necromass C in paddy soil under different long-term fertilization regimes

译名:长期不同施肥条件下水稻土微生物碳积累机制的差异

发表期刊：Geoderma

影响因子：6.7

发表时间：2023

第一作者：Li Xiong

单位：江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所

https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2023.116688

关键词：水稻土；微生物残体；长期施肥；土壤有机碳

 

摘要

为探讨水稻土壤微生物残体碳(C)的稳定机制，通过40年施肥试验，研究了水稻土壤中微生物死质碳的积累及其对土壤有机碳的贡献。施肥方案包括不施肥(对照)、氮磷钾无机肥(NPK)和无机肥加粪肥(NPKM)。粗颗粒有机质(cPOM)、细颗粒有机质(fPOM)、细颗粒有机质(iPOM)、未夹杂粉砂+粘土组分(s + c_f)以及微团聚体内夹杂淤泥+粘土组分(s + c_m)。结果表明，各组分中真菌坏死团是微生物坏死团的主要组成部分。总体而言，本研究揭示了不同施肥制度下水稻土微生物残体碳积累及其对有机碳的贡献的不同响应。

 

氨基糖分析

根据Zhang和Amelung（1996）的研究，经过150μm筛子后，含有≥0.3mg N的干燥土壤样品在10ml HCl（6M）中在105℃下水解8小时。加入100 μl内标（肌醇），过滤水解液，用KOH（1 M）和HCl（0.01 M）调节pH至6.6-6.8，离心（3000×g，15 min），干燥通过旋转蒸发。将残留物用甲醇洗入3ml小瓶中，氮气干燥，再溶解于1ml去离子水和100μl定量标准品(N-甲基葡萄糖胺)中，然后冷冻、冻干。对于醛糖腈衍生物的制备，使用32 mg ml- 1盐酸羟胺和40 mg ml- 11 4-(二甲氨基)-吡啶的吡啶-甲醇溶液（体积比为4/1）来获得衍生化试剂。然后将冻干的残留物溶解在300μl该试剂中，并在75-80℃水浴35分钟。冷却后，加入1ml乙酸酐，在相同温度下水浴25min。再次冷却，向溶液中依次加入1.5 ml 二氯甲烷和1 ml HCl (1 M)，然后在25 ℃ 下涡旋30 s。过量的衍生试剂用1ml去离子水彻底洗涤3次。将氨基糖衍生物用氮气干燥浓缩，再溶解于300μl正己烷-乙酸乙酯溶剂（体积比1/1）中测定。使用配备火焰离子化检测器（Agilent 7890B GC，Agilent Technologies）和HP-5 熔融石英柱（30 m × 0.25 mm × 0.25 μm）的气相色谱仪测量三种氨基糖，即GluN、MurA和GlaN ）。

真菌GluN（真菌坏死物的指数）是通过从总GluN 中减去细菌GluN 来估计的，假设细菌细胞中MurA 和GluN 的摩尔比为1/2。MurA是细菌坏死物的指数。因此，使用等式计算真菌和细菌坏死物C (g kg-1)。分别为(3) 和(4)：

真菌坏死物C = [mol GluN - (2 × mol MurA)] × 179.2 × 9 (3)

细菌坏死物C = MurA × 45 (4)

其中179.2 是GluN的分子量，9为式1中真菌GluN至真菌坏死物C的换算值。45是等式中MurA到细菌坏死物C的转换值。总微生物坏死物C 是真菌和细菌坏死物C 的总和。然而，应声明将氨基糖转化为微生物坏死物C 的主要局限性。

 

主要结果

3.1长期施肥对土体及各组分微生物坏死物C含量的影响

对照组土壤中微生物、真菌和细菌坏死物C 的总量分别为8.85(g kg-1、6.47g kg-1 和2.38g kg-1（图 2A-C）。除NPK 处理下的细菌坏死物C 外，所有施肥实践均显着增加了大块土壤中的微生物特性（图2C）。与对照相比，NPKM处理显着增加了除 s + c_f 之外的所有级分中总微生物、真菌和细菌坏死物C 的含量（图2A-C）。NPK处理显着提高了所有POM组分中总微生物和真菌坏死物C的含量（图2A-B）以及fPOM组分中细菌坏死物C的含量（图2C）。此外，与NPK 处理相比，NPKM处理有更大的增强。

3.2长期施肥对大块土壤和不同组分中真菌/细菌坏死物C 比以及微生物对SOC 的贡献的影响

至于施肥效果，与对照相比，仅NPKM 处理显着降低了大块土壤中的真菌/细菌坏死物C 比率，从2.72 降低至2.38，iPOM部分中的真菌/细菌坏死物C 比率从2.96 降低至2.29（图3）。各处理间真菌/细菌坏死物C 比率基本呈下降趋势。NPK 处理显着增加了fPOM 和iPOM 组分中微生物对SOC 的贡献；而NPKM 处理仅增加了fPOM 组分中的微生物贡献（图4）。

 

结论

研究表明，无论施肥处理如何，微生物坏死物碳的积累主要是由大块土壤及其各种部分的稻田中的真菌驱动的。物理保护控制了微生物坏死物C 的积累。微生物和植物来源的C 的同步积累导致微生物对大块土壤和有机施肥下不同部分的SOC的贡献得以维持。总体而言，在不同的长期施肥制度下，微生物坏死物的稳定机制及其在SOC 封存中的作用是不同的。

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