保护性耕作稻田土壤固碳研究获新进展

在广州市科技项目、华南农业大学人才引进与研究计划项目的资助下，华南农业大学农学院教授唐湘如团队在保护性耕作稻田土壤固碳研究方面取得新进展。相关研究近日在线发表于Science of the Total Environment。该论文第一作者为祁剑英副教授，通讯作者为唐湘如教授。

土壤有机碳与土壤肥力、作物产量和气候变化密切相关。稻田土壤有较高的固碳潜力，其有机碳含量比旱地土壤高约20%。保护性耕作是能够提高稻田土壤固碳的农田管理方式，前期有稻田保护性耕作研究发现，采用保护性耕作后前期（3-5年）土壤有机碳快速积累，此后土壤有机碳增速放缓并趋向于平衡，于是唐湘如团队推测，在稻田保护性耕作的短期效应和长期效应下，土壤有机碳积累机制不同。

在该项工作中，唐湘如团队在中国南方稻田5年的短期保护性耕作定位试验取样，分析了常规耕作（CT），少耕（RT）和免耕（NT）三种耕作措施的土壤固碳效应，测定了水稻秸秆碳投入、土壤有机碳含量、CO₂排放通量以及土壤细菌群落组成和功能预测，旨在明确短期稻田保护性耕作的固碳效果及其与土壤细菌的关系。

免耕（NT）增加了水稻残茬碳输入12.6?% -15.9?%，这主要是由于在该试验下免耕增加了水稻产量，有meta分析研究认为稻田免耕并不能增加水稻产量，然而该研究增产效果明显，主要是因为团队采用了较好的农田管理方式配合免耕，如免耕钵苗插秧、氮肥侧深施和激光平地机等；与CT相比，NT增加了表层土壤有机碳40?%，此外NT也增加了CO₂通量。因此，表现出高碳投入，高碳通量且高土壤固碳。

代谢途径差异分析表明，NT显著降低了benzcoa - py（厌氧芳香化合物降解）和ast-py（l-精氨酸降解II）。因此，稻田土壤有机碳的快速增加可能与土壤细菌调节的降解功能有关。同时，NT显著改变了土壤细菌群落。随机森林模型表明，“降解/利用/同化Other”、“C1化合物同化”和“Amin和多胺降解”等土壤细菌代谢功能（基于MetaCyc预测），是与有机碳积累相关的最重要的土壤细菌潜在功能。

5年短期的保护性耕作最大增加了土壤表层有机碳40%，这一方面是由于免耕下水稻秸秆碳投入增多，另一方面，土壤细菌的结构和功能也发生了变化，对土壤有机碳的增加有一定贡献。唐湘如团队预计此后稻田免耕下土壤有机碳增速放缓甚至不变，且短期效应之后土壤有机碳增加的驱动因素会发生改变，这可能与土壤有机碳趋近平衡（或饱和）有关。

唐湘如表示，对比农田管理措施的短期和长期效应，以及进一步明确土壤有机碳短期和长期的积累规律，可能是一个有趣的研究方向。比如：短期和长期效应下土壤微生物的变化规律与有机碳变化的关系，以及植物残体和微生物残体在不同时间效应下对土壤有机碳的贡献。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.160206