保護性耕作稻田土壤固碳研究獲新進展

在廣州市科技項目、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)人才引進與研究計劃項目的資助下，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)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(yīng)和長期效應(yīng)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(yīng)，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(yù)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(yù)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(yù)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(yīng)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(yīng)，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(yīng)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(yīng)下對土壤有機碳的貢獻。