外源有機(jī)物料性質(zhì)對(duì)黑土農(nóng)田土壤微生物碳組分的影響

摘要： 【目的】探索在不同性質(zhì)和用量的有機(jī)物料輸入后黑土農(nóng)田微生物碳組分的變化規(guī)律及其對(duì)土壤有機(jī)碳的貢獻(xiàn)，明確東北黑土農(nóng)田固碳的微生物過程，為黑土培肥和可持續(xù)發(fā)展提供理論支持?！痉椒ā坎捎檬覂?nèi)培養(yǎng)方法，供試黑土采自黑龍江省克山試驗(yàn)站的典型黑土農(nóng)田，供試有機(jī)物料包括玉米秸稈（S）、生物炭（B）、水溶性有機(jī)肥（D），各有機(jī)物料均設(shè)3 個(gè)施用量水平（低量、中量和高量），并以施化肥（F） 和不施肥（CK） 為對(duì)照，共計(jì)11 個(gè)處理。在培養(yǎng)開始后的第5、15、30、60、105 天分別采樣，測(cè)定土壤有機(jī)碳（SOC） 含量、微生物生物量碳（MBC） 含量、細(xì)菌生物量（Ba）、真菌生物量（Fu） 和微生物殘?bào)w碳（MRC） 含量。細(xì)菌與真菌生物量以其特征磷脂脂肪酸含量表征，微生物殘?bào)w碳由不同土壤氨基糖含量表征的細(xì)菌與真菌殘?bào)w量轉(zhuǎn)換計(jì)算。【結(jié)果】與CK 和F 處理相比，3 類有機(jī)物料輸入均增加了土壤SOC、MBC 和MRC 含量，提升了MRC 對(duì)SOC 的貢獻(xiàn)（MRC/SOC）。土壤MBC 和MRC 含量隨秸稈和生物炭施用量的增加而提升，隨水溶性有機(jī)肥施用量的增加而下降。在105 天培養(yǎng)期內(nèi)，所有處理MBC、MRC 峰值均出現(xiàn)在培養(yǎng)第30、60 天，3 個(gè)有機(jī)物料分別以S3、B3 和D1 的提升效果最大。與CK 相比，培養(yǎng)105 天時(shí)S3、B3 和D1 處理的MBC 分別提高了39.1%、8.2% 和28.9%，真菌殘?bào)w碳（FRC） 含量分別提高了47.9%、43.5% 和58.1%，S3 和D1 處理的細(xì)菌殘?bào)w碳（BRC） 含量分別提高了18.5% 和16.5%。9 個(gè)有機(jī)物料C/N 和全氮（TN） 含量與微生物碳組分的回歸分析發(fā)現(xiàn)，有機(jī)物料C/N 低于29.89、28.57 時(shí)，分別與培養(yǎng)105 天的MBC 和BRC 呈正相關(guān)關(guān)系，高于該閾值時(shí)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系 （Plt;0.05）；有機(jī)物料TN 含量低于0.18、0.11 g/kg 時(shí)，分別與MBC 和FRC 呈正相關(guān)關(guān)系 （Plt;0.05），超過該閾值時(shí)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系 （Plt;0.05），而BRC 始終與有機(jī)物料TN 含量呈正相關(guān)關(guān)系 （Plt;0.05）。在9 個(gè)有機(jī)物料處理中，MBC 占SOC 的比例為3.8%～9.4%，MRC 占SOC 的比例則高達(dá)24.1%～35.3%。與CK 和F 處理相比，生物炭輸入顯著增加了SOC 含量，但未顯著提升MBC 的占比；秸稈和水溶性有機(jī)肥輸入顯著提升了MBC 和MRC 占SOC 的比例?！窘Y(jié)論】含氮量較高、碳氮比值較低的秸稈增加了土壤微生物生物量碳和殘?bào)w碳含量及其對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)，且高施用量時(shí)效果更顯著；氮含量和碳氮比值低的生物炭增加了土壤有機(jī)碳含量，促進(jìn)了真菌生物量和殘?bào)w碳增加，但未提升微生物生物量碳對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)；含氮量高的水溶性有機(jī)肥低施用量時(shí)有利于提升微生物生物量碳和殘?bào)w碳含量及其對(duì)土壤有機(jī)碳的貢獻(xiàn)，但高施用量作用相反。因此，增加秸稈和生物炭投入量，控制水溶性有機(jī)肥投入量有利于微生物碳組分的積累，促進(jìn)土壤有機(jī)碳的固定。

關(guān)鍵詞： 東北黑土； 有機(jī)物料含氮量； 有機(jī)物料碳氮比； 土壤有機(jī)碳； 微生物殘?bào)w碳； 微生物生物量碳

農(nóng)田土壤有機(jī)碳是土壤有機(jī)碳庫(kù)的重要存在形式，增加農(nóng)田土壤碳固定對(duì)減緩碳排放和維護(hù)糧食安全至關(guān)重要[1]。東北黑土區(qū)作為我國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地，由于高強(qiáng)度利用，其農(nóng)田耕作層土壤有機(jī)碳含量明顯下降，嚴(yán)重威脅我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[2]。研究表明，土壤有機(jī)碳的動(dòng)態(tài)變化在很大程度上由外源基質(zhì)和土壤微生物之間的相互作用控制[3]。微生物在土壤有機(jī)質(zhì)分解、轉(zhuǎn)化和固定過程中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用[4?5]。微生物對(duì)土壤有機(jī)碳固定的貢獻(xiàn)來(lái)自于微生物生物量碳和微生物殘?bào)w碳[6?7]。微生物生物量碳作為土壤活性有機(jī)物質(zhì)的重要組成部分，能引起土壤活性碳庫(kù)的快速變化[8]，而微生物死亡后形成的微生物殘?bào)w碳是土壤穩(wěn)定性有機(jī)碳庫(kù)的重要組分[7， 9]。二者共同組成了微生物碳組分，其數(shù)量和組成的變化對(duì)土壤有機(jī)碳固定有重要影響[10]。因此，探索土壤微生物碳組分的變化及其調(diào)控措施對(duì)了解土壤有機(jī)碳積累的微生物過程，促進(jìn)東北黑土區(qū)農(nóng)田土壤固碳功能的提升有重要意義。