沈阳生态所在保护性耕作促进农业可持续发展方面取得新进展

文章来源:未知 发布时间:2022/03/02

       以免耕及秸秆覆盖还田为主的保护性耕作措施能够有效减轻土壤风蚀水蚀、提高土壤肥力和促进土壤有机碳截获。然而目前,保护性耕作对土壤微生物群落及其如何调控碳氮转化过程尚缺乏全面的认识,这决定着土壤健康和农田生态系统的整体功能。鉴于此,沈阳生态所生态系统微生物学组研究团队依托位于我国东北黑土区的中国科学院沈阳应用生态研究所保护性耕作研发基地(吉林梨树),在连续运行10年的保护性耕作试验区,以常规垄作(CT)为对照,从不同角度探究了免耕及秸秆覆盖还田在促进农业可持续发展上发挥的作用。 

       保护性耕作对土壤微生物群落的影响是一直以来的研究热点,但大多数研究主要集中在1m深度以内。深度>1m的土壤,有机碳储量超过了表层土壤有机碳储量的56%,却一直被忽略。为了探究保护性耕作是否有益于深层土壤关键区的健康,我们比较了不同耕作对3m土壤剖面细菌群落和土壤性质的影响。结果表明,与常规耕作相比,免耕及秸秆覆盖还田的保护性耕作措施可促进3m土壤剖面细菌群落的多样性和潜在功能的提升;提高深层土壤对水分和氮素养分的持有能力,降低氮肥对深层地下水的污染,具有降低能源消耗和温室气体排放的潜势,有利于黑土区农业的可持续发展。 

       微生物残体是土壤有机碳库的重要来源,而微生物群落是控制其生成和积累的重要内在因素。然而目前尚缺乏对“农田管理措施—微生物群落特征—微生物残体碳—土壤有机碳动态”这一完整链条的研究。为此,我们分析了0-40cm土层中土壤有机碳与微生物残体碳的储量和变化,并探究了土壤有机碳动态和稳定过程与微生物群落特征的联系。研究发现,与常规耕作相比,免耕结合中量或高量秸秆还田下0-40cm土壤有机碳储量每年增加大于0.4%。保护性耕作主要通过微生物群落调控真菌残体碳来促进土壤有机碳积累,对微生物残体的研究有助于完善我们对土壤有机碳固存及其与微生物群落相关联机制的理解。免耕结合中量秸秆覆盖既可以有效地促进土壤有机碳固存,同时能将更多的秸秆用做可再生能源或畜牧饲料来增加经济价值,优化秸秆的综合利用。 

       上述结果以“Low-disturbance framing regenerates healthy deep soil toward sustainable agriculture – evidence from long-term no-tillage with stover mulching in Molisols”和“Fungi determine increased soil organic carbon more than bacteria through their necromass inputs in conservation tillage croplands”为题分别发表在2022年的Science of the Total EnvironmentSoil Biology and Biochemistry杂志上。生态系统微生物学组博士研究生邓芳博和杨雅丽分别为第一作者,梁超研究员为通讯作者,解宏图、鲍雪莲、何红波、张旭东研究员等为共同作者。研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目、面上项目和王宽诚率先人才计划卢嘉锡国际团队等项目的资助。(生态系统微生物学组供稿)
耕作方式对矿质氮和微生物群落影响的模式图
免耕秸秆还田下微生物调控土壤有机碳固存的模式图