東北地理所在水稻有機(jī)栽培提高微生物碳利用效率的機(jī)制研究取得新進(jìn)展
有機(jī)農(nóng)業(yè)作為一種環(huán)境友好型農(nóng)業(yè)管理方式，在提升土壤健康和促進(jìn)可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展方面受到廣泛關(guān)注。然而，有機(jī)種植如何通過調(diào)控土壤微生物群落提升碳利用效率（CUE），進(jìn)而增強(qiáng)土壤碳匯功能，其機(jī)制尚不清晰。近日，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組在東北黑土區(qū)系統(tǒng)比較了長(zhǎng)期有機(jī)與常規(guī)兩種水稻栽培模式下，土壤微生物CUE在水稻生育期內(nèi)的動(dòng)態(tài)變化，并結(jié)合土壤理化性質(zhì)、微生物群落結(jié)構(gòu)、酶活性及生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征，深入解析了微生物CUE驅(qū)動(dòng)土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)的特征與機(jī)制。
有機(jī)栽培提高了土壤pH值和速效養(yǎng)分含量，緩解了微生物碳和氮限制，從而增強(qiáng)了微生物化學(xué)計(jì)量平衡和碳利用效率。常規(guī)栽培下，在水稻生長(zhǎng)的后期微生物為應(yīng)對(duì)養(yǎng)分脅迫，分配更多能量用于合成胞外酶，導(dǎo)致微生物多樣性和生物量下降，最終降低了微生物CUE（圖1）。土壤有效氮含量和碳氮閾值元素比（TERC:N）是微生物CUE的關(guān)鍵調(diào)控因子（圖2）。研究發(fā)現(xiàn)地桿菌科（Geobacteraceae）相關(guān)屬、Ferruginibacter和Propioniciclava等通過調(diào)節(jié)微生物的生長(zhǎng)策略和代謝途徑對(duì)CUE產(chǎn)生顯著影響。具有高rRNA操縱子（rrn）拷貝數(shù)的微生物模塊更傾向于采用快速生長(zhǎng)策略（Y策略），促進(jìn)碳向生物量合成方向分配，從而提升CUE（圖1）。本研究強(qiáng)調(diào)了有機(jī)農(nóng)業(yè)在提高土壤微生物碳利用效率以減少生態(tài)系統(tǒng)碳損失方面的潛力，為優(yōu)化土地管理策略以實(shí)現(xiàn)土壤碳封存和推進(jìn)可持續(xù)農(nóng)業(yè)實(shí)踐提供理論基礎(chǔ)。
相關(guān)成果發(fā)表在國際期刊《Agriculture,Ecosystems & Environment》上。東北地理所特別研究助理劉株秀為論文的第一作者，劉俊杰研究員為通訊作者。研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金青年基金和黑龍江省春雁支持計(jì)劃青年科技英才項(xiàng)目的共同資助。
圖1 有機(jī)水稻栽培改善土壤養(yǎng)分有效性和微生物資源獲取策略提高土壤微生物CUE
圖2土壤微生物碳利用效率的主要影響因素
論文信息如下：
Liu Z X,Gu H D,Hu X J,Yu Z H,Li Y S,Jin J,Liu X B,Liu J J*,Wang G H. Enhancing microbial carbon use efficiency in organic rice farming through improved soil nutrient availability and microbial resource acquisition strategies. Agriculture,Ecosystems and Environment,2026,397: 110097.
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.agee.2025.110097
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