由中國科學院亞熱帶農業生態研究所研究員吳金水領銜的農業生態過程方向研究團隊近日在水稻光合碳和微生物同化碳的轉化與微生物利用特征研究中獲新進展。
  土壤中植物殘體、凋落物、根際沉積以及微生物同化碳等形式輸入的外源碳，是土壤有機碳的重要來源，其在土壤中的周轉過程是構成土壤碳循環的重要組成部分。盡管已有研究探討了植物來源的有機碳在土壤中的周轉過程，但是，目前還缺乏對于不同來源的光合碳和微生物同化碳輸入土壤后，在微生物作用下的轉化與分配規律，及其土壤微生物對不同碳源利用與響應特征的研究。

  基于此，該團隊在前期研究的基礎上，采用碳同位素標記技術和磷脂脂肪酸的穩定同位素探針技術（13C-PLFA-SIP），模擬不同來源的“新碳”（13C-標記的水稻秸稈、根系、根際沉積碳以及微生物同化碳）在水稻土中的轉化、分配以及微生物利用與響應特性。結果表明，在模擬培養過程中，水稻秸稈和根系碳在微生物作用下快速分解轉化為可溶性有機碳（DOC），增加其在微生物量碳（MBC）和土壤有機碳（SOC）庫中的分配，隨著易利用態碳的消耗，在SOC中的分配率也逐漸降低；而根際沉積碳和微生物同化碳在DOC、MBC和SOC中的分配變化相對較小；300天培養實驗結束后，大約10%的秸稈碳，16.5%的根系碳，45.2%和33.8%的根際沉積碳和微生物同化碳最終穩定于SOC。水稻秸稈碳和根系碳輸入土壤后顯著增加了13C-PLFA的總量；在這兩種碳源轉化過程中，參與其轉化的土壤微生物種群結構發生了明顯的變化，而參與根際沉積碳和微生物同化碳轉化的微生物種群結構變化不明顯，表明土壤外源碳的種類、輸入形式及其可利用性驅動著土壤微生物種群結構的變化；同時也表明，秸稈還田作為廣泛采用的稻田增肥方式，由于其一次性投入刺激了土壤微生物的礦化分解過程，所以對提高土壤有機質積累的效率并不高；然而，盡管根際沉積碳和微生物同化碳輸入土壤中的總量不大，但由于是連續性輸入土壤，并能與土壤礦物進行有機結合，土壤土著微生物對其具有一定的適應性，降低了分解釋放比例，增加了在土壤有機質中的固持；這進一步說明了土壤外源碳的投入方式、物質結構以及碳源在土壤中的穩定性決定了其對土壤有機質積累的貢獻率。該研究為深入解析水稻土碳循環以及土壤微生物固碳潛力提供了重要的理論基礎。

  該研究成果近期以Fate of rice shoot and root residues, rhizodeposits, and microbial assimilated carbon in paddy soil - part 2: turnover and microbial utilization 為題發表在《植物和土壤》（Plant and Soil）上。該研究得到了亞熱帶生態所公共技術服務中心的大力支持，得到了國家自然科學基金委、中科院先導專項、高端外國專家項目等的資助。

  編輯點評

  穩定同位素探針技術(Stable isotope probing,SIP)是穩定同位素標記技術和各種分子生物學手段相結合的一系列技術總稱。將其應用于探查污染物降解的功能微生物,實現了不經過分離培養直接把微生物的代謝功能、微生物間相互作用與微生物種群結合起來,從而克服了傳統分離培養的缺陷,擴大了微生物資源的利用空間,具有廣闊的發展前景。