稻田土壤具有較大的固碳潛力，對(duì)全球碳循環(huán)具有重要意義。土壤有機(jī)碳礦化是關(guān)系碳固定效率的重要過(guò)程。水稻土干濕交替的特殊水分管理方式，導(dǎo)致水稻土物理、化學(xué)和生物條件與旱地土壤和濕地土壤迥異。然而，水稻土的有機(jī)碳礦化過(guò)程以及其中關(guān)鍵作用因子是否會(huì)因水分管理引起的氧氣條件變化而改變，目前仍無(wú)定論。
因此，中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所研究員吳金水團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)水稻土進(jìn)行氯仿熏蒸和不熏蒸處理，形成土壤微生物生物量差異；設(shè)置了干濕交替（0-30天不淹水，氧氣充足；31-78天淹水，氧氣受限）、持續(xù)淹水（氧氣受限）和厭氧淹水（氮?dú)馀趴湛諝猓瑹o(wú)氧氣）三種水分條件，進(jìn)行78天的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。研究人員監(jiān)測(cè)有機(jī)碳礦化量和土壤可溶性有機(jī)碳、亞鐵離子含量和氧化還原電勢(shì)等指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)除干濕交替的不淹水階段外，幾種淹水條件下的熏蒸土壤在培養(yǎng)末期的有機(jī)碳穩(wěn)定礦化速率均低于不熏蒸土壤；多元回歸顯示，可溶性有機(jī)碳的變化量只對(duì)干濕交替的不淹水階段的有機(jī)碳礦化量有顯著貢獻(xiàn)，對(duì)其他幾種淹水條件下的有機(jī)碳礦化量無(wú)顯著貢獻(xiàn)；土壤亞鐵含量和氧化還原電勢(shì)的變化量只在持續(xù)淹水和厭氧淹水條件下與有機(jī)碳礦化量顯著相關(guān)。綜上，該研究表明：水稻土氧氣條件決定有機(jī)碳礦化的關(guān)鍵限速因子。氧氣充足時(shí)，土壤有機(jī)碳可利用性是限速因子；氧氣受限或缺乏時(shí)，微生物生物量、有機(jī)碳形態(tài)組成和可利用電子受體是限制因子。該研究結(jié)果從土壤有機(jī)碳礦化的“調(diào)節(jié)閥”角度，進(jìn)一步豐富了稻田土壤有機(jī)碳積累的內(nèi)在生物化學(xué)機(jī)理，可為水稻土增碳及質(zhì)量提升提供科學(xué)基礎(chǔ)。
相關(guān)研究成果以O(shè)xygen availability determines key regulators in soil organic carbon mineralisation in paddy soils為題，發(fā)表在Soil Biology and Biochemistry上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、湖南省自然基金創(chuàng)新群體、亞熱帶生態(tài)所青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等的支持。
不同氧氣條件下水稻土有機(jī)碳礦化機(jī)制模型圖
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