研究发现水稻土微生物量碳含量是旱地土壤两倍

水稻土壤和旱地土壤有何不同？中国科学院亚热带农业生态研究所首席研究员吴金水研究团队的一项科研成果发现，水稻土中的有机质可以支撑更多的微生物生物量，其微生物量碳含量是旱地土壤的两倍。

热带和亚热带地区长期植稻过程中形成了特殊的人工湿地土壤，即水稻土。相比于旱地土，水稻土具有特殊的氧化还原过程，土壤中的有机质可以支撑更多的微生物生物量，但这一现象的内在机制还缺乏系统解释。

该研究团队从Web of Science数据库中，筛选了129篇文章中通过氯仿熏蒸提取或培养法测定的水稻土（大于1700个）和水旱轮作（大于1100个）土壤微生物生物量碳（MBC）、微生物生物量氮（MBN）含量数据，对其进行了荟萃分析，并与邻近旱地土壤（大于360个）进行比较。结果表明，水稻土MBC含量是旱地土壤的两倍。

该团队发现，与旱地土壤相比，水稻植物的根系碳和根沉积物输入量更高；氧气可利用率较低，因此微生物周转较慢；水稻土微生物碳同化效率高；稻田铁氧化物的作用有利于碳稳定，因此，稻田MBC含量高于旱地土壤。进一步分析表明，水田和旱地土壤中MBC在土壤总有机碳中的比例分别为2.5%和2.1%，也就是说，同样含量的有机质，水稻土比旱地多养育0.4%的微生物；与旱地（9.9 ± 0.21）相比，水稻土中较高的微生物生物量碳氮比为（12.4 ± 0.11），说明水稻土微生物的碳利用效率明显高于旱地，而对氮素的竞争要低于旱地。这些特性可能使得水稻土比旱地土壤有更高的氮素转化和作物利用。

该科研成果显示，尽管水稻种植的热带和亚热带地区温度更高，灌水条件更好，但与旱地土壤相比，水稻土的微生物生物量周转慢1.1至1.6倍。多元逐步回归和冗余分析表明，在水稻土、水旱轮作土壤中，相似的土壤因子（如全氮和有机碳）影响微生物生物量，而pH和有机碳含量主要影响旱地土壤中的微生物生物量。水旱轮作土壤具有交替的好氧-缺氧循环，可以吸收有机化合物并与铁（羟基）氧化物共沉淀，这是有机碳稳定的另一个机制。因此，在氧气限制条件的淹水水稻土中，微生物活性降低和微生物周转缓慢导致水稻土中微生物生物量的含量比旱地高近两倍，这对于水稻土微生物多样性和碳汇效应的维持具有重要意义。

上述成果以Paddy soils have a much higher microbial biomass content than upland soils: A review of the origin, mechanisms, and drivers为题，发表在《农业、生态系统和环境》（Agriculture, Ecosystems & Environment）上。该研究得到了国家自然科学基金、湖南省自然科学基金等项目的资助。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.agee.2021.107798

水田、水旱轮作和旱地土壤微生物生物量（碳、氮）含量差异的影响因素概念框架图。受访者 供图