在廣州市科技項目、華南農(nóng)業(yè)大學人才引進與研究計劃項目的資助下，華南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院教授唐湘如團隊在保護性耕作稻田土壤固碳研究方面取得新進展。相關(guān)研究近日在線發(fā)表于Science of the Total Environment。該論文第一作者為祁劍英副教授，通訊作者為唐湘如教授。

 

土壤有機碳與土壤肥力、作物產(chǎn)量和氣候變化密切相關(guān)。稻田土壤有較高的固碳潛力，其有機碳含量比旱地土壤高約20%。保護性耕作是能夠提高稻田土壤固碳的農(nóng)田管理方式，前期有稻田保護性耕作研究發(fā)現(xiàn)，采用保護性耕作后前期（3-5年）土壤有機碳快速積累，此后土壤有機碳增速放緩并趨向于平衡，于是唐湘如團隊推測，在稻田保護性耕作的短期效應和長期效應下，土壤有機碳積累機制不同。

 

在該項工作中，唐湘如團隊在中國南方稻田5年的短期保護性耕作定位試驗取樣，分析了常規(guī)耕作（CT），少耕（RT）和免耕（NT）三種耕作措施的土壤固碳效應，測定了水稻秸稈碳投入、土壤有機碳含量、CO2排放通量以及土壤細菌群落組成和功能預測，旨在明確短期稻田保護性耕作的固碳效果及其與土壤細菌的關(guān)系。

 

免耕（NT）增加了水稻殘茬碳輸入12.6?% -15.9?%，這主要是由于在該試驗下免耕增加了水稻產(chǎn)量，有meta分析研究認為稻田免耕并不能增加水稻產(chǎn)量，然而該研究增產(chǎn)效果明顯，主要是因為團隊采用了較好的農(nóng)田管理方式配合免耕，如免耕缽苗插秧、氮肥側(cè)深施和激光平地機等；與CT相比，NT增加了表層土壤有機碳40?%，此外NT也增加了CO2通量。因此，表現(xiàn)出高碳投入，高碳通量且高土壤固碳。

 

代謝途徑差異分析表明，NT顯著降低了benzcoa - py（厭氧芳香化合物降解）和ast-py（l-精氨酸降解II）。因此，稻田土壤有機碳的快速增加可能與土壤細菌調(diào)節(jié)的降解功能有關(guān)。同時，NT顯著改變了土壤細菌群落。隨機森林模型表明，“降解/利用/同化Other”、“C1化合物同化”和“Amin和多胺降解”等土壤細菌代謝功能（基于MetaCyc預測），是與有機碳積累相關(guān)的最重要的土壤細菌潛在功能。

 

5年短期的保護性耕作最大增加了土壤表層有機碳40%，這一方面是由于免耕下水稻秸稈碳投入增多，另一方面，土壤細菌的結(jié)構(gòu)和功能也發(fā)生了變化，對土壤有機碳的增加有一定貢獻。唐湘如團隊預計此后稻田免耕下土壤有機碳增速放緩甚至不變，且短期效應之后土壤有機碳增加的驅(qū)動因素會發(fā)生改變，這可能與土壤有機碳趨近平衡（或飽和）有關(guān)。

 

唐湘如表示，對比農(nóng)田管理措施的短期和長期效應，以及進一步明確土壤有機碳短期和長期的積累規(guī)律，可能是一個有趣的研究方向。比如：短期和長期效應下土壤微生物的變化規(guī)律與有機碳變化的關(guān)系，以及植物殘體和微生物殘體在不同時間效應下對土壤有機碳的貢獻。