研究揭示耕作方式对农田土壤微生物固定二氧化碳影响

　　由中国科学院亚热带农业生态研究所研究员吴金水领衔的农业生态过程方向研究团队近日在耕作方式（免耕与翻耕）对亚热带稻田和旱地土壤自养微生物固定CO2功能与固碳微生物（细菌cbbL）数量的影响方面取得了新进展。

　　土壤耕作作为农田管理的重要技术措施，是改善土壤耕层质量、培肥地力的重要途径，对土壤生态环境有极为重要的影响。我国农田耕作方式主要有传统耕作（翻耕、深松耕）、少耕（浅耕、旋耕）和免耕（留茬、留茬覆盖）等。其中，免耕是目前生产上广泛应用的一种耕作方式。不同耕作方式不仅可以直接影响土壤的物理性质，还可以间接影响农田耕层土壤的养分含量，并改变土壤微生物区系（数量、多样性及种群结构等）。土壤微生物在推动土壤碳循环过程方面发挥着重要作用，因此，研究不同耕作方式下土壤微生物的固碳功能及其功能微生物数量具有重要意义，可为探索提高土壤固碳能力的技术与机理提供理论依据。

　　基于此，该团队选取亚热带典型的2种稻田土壤和旱地土壤，采集原状土和非原状土来模拟免耕和翻耕方式，通过碳同位素连续标记示踪技术结合密闭系统模拟培养，量化了免耕与翻耕下的土壤自养微生物碳同化能力，同时结合实时定量PCR技术，探讨了其固碳关键功能微生物数量（功能基因（细菌cbbL）丰度）。结果表明，不同耕作方式（免耕与翻耕）显著影响稻田与旱地土壤自养微生物的CO2同化能力，表现为翻耕土壤具有较高的微生物CO2同化能力，为免耕土壤的1.8-3.1倍。实时定量PCR显示，固碳细菌及其固碳功能基因（细菌cbbL）丰度主要表现为免耕土壤大于翻耕土壤，但是，固碳功能的表观活性（specific CO2 fixation activity/土壤细菌cbbL单位拷贝数的固碳量）则表现为翻耕土壤显著高于免耕土壤，这表明DNA水平上的细菌cbbL丰度可能并不总是反映其功能活性。土壤固碳功能的表观活性可能是表征土壤微生物固碳能力的敏感性指标。这项研究指出了耕作方式对土壤微生物固定CO2的作用，其结果可为农田土壤固碳和农业可持续发展提供理论依据。

　　上述研究成果以Effect of simulated tillage on microbial autotrophic CO2 fixation in paddy and upland soils 为题发表在Scientific Reports。审稿人和编辑认为“这是一个有趣的主题，该结果提供了一个深入理解耕作和土壤类型对微生物固定CO2的影响机制，……其结果可能是对土壤微生物固定CO2及其影响机制研究的极大补充”。该研究得到了国家自然科学基金委、中国科学院重点实验择优资助等项目的资助。