水稻土微生物残留物对氮素的响应研究获进展

微生物是土壤有机碳转化的重要参与者，其通过合成代谢作用将有机碳转化为自身细胞组成，待其死亡后以微生物残体形式在土壤中积累。其中，氨基糖是微生物细胞壁的重要组成部分，也是土壤稳定有机碳的重要来源。水稻土作为一种重要的碳汇场所。在淹水条件下，由于水中溶解氧的扩散作用，在水稻土表层形成一层约1cm深的含氧层，其较高的Eh、pH 和含水量，可能造成它与下层（>1cm）的微生物种群、碳和氮的生物地球化学转化过程不同。

基于此，中国科学院亚热带农业生态研究所研究员苏以荣团队以13C-水稻秸秆为碳源，研究了水稻土0-1cm和1-5cm土层中微生物代谢产物（氨基糖）对氮素（(NH4)2SO4）的响应过程。结果表明，添加无机氮能够显著增加0-1cm土层内微生物利用外源碳合成的氨基葡萄糖、氨基半乳糖和胞壁酸的含量，而在1-5cm土层中并没有类似结果。培养前期，微生物利用外源碳合成的氨基糖在1-5cm土层显著高于0-1cm的土层。其原因可能是，氧化层发生了氨氧化作用，使得1-5cm还原层的铵态氮含量高于0-1cm氧化层，而微生物在利用氮素的时候优先利用铵态氮而不是硝态氮，促使还原层氨基糖合成量比氧化层高。总氨基糖中真菌和细菌残留物的比值是12.5-14.6，而利用外源碳的真菌和细菌的残留物比值为1.0-1.7，说明真菌和细菌对外源有机碳分解的贡献相当，而对原有有机碳的转化则以真菌占主导。此项研究指出在水稻土中由于不同层次含氧量不同，造成微生物对碳氮的利用、转化与循环差异，其结果为稻田生态系统微生物残留物固碳的氮素调控提供科学基础。

该项研究近期以Effect of nitrogen fertilization on the fate of rice residue-C in paddy soil depending on depth: 13C amino sugar analysis 为题发表在土壤学国际期刊Biology and Fertility of Soils上。该研究得到了国家重点研发计划 (2016YFD0200106, 2017YFC0505503)、国家自然科学基金(41671298, 41430860)和亚热带生态所青年创新团队项目(2017QNCXTD_GTD)的支持。

图1 5天和100天时，水稻土中微生物利用外源碳生成的氨基糖对氮素添加的响应

图2 5天和100天时，水稻土中微生物利用原有碳和外源碳生成的氨基葡萄糖（真菌来源）与胞壁酸的比值