外源有機物料性質對黑土農田土壤微生物碳組分的影響

摘要： 【目的】探索在不同性質和用量的有機物料輸入后黑土農田微生物碳組分的變化規律及其對土壤有機碳的貢獻，明確東北黑土農田固碳的微生物過程，為黑土培肥和可持續發展提供理論支持。【方法】采用室內培養方法，供試黑土采自黑龍江省克山試驗站的典型黑土農田，供試有機物料包括玉米秸稈（S）、生物炭（B）、水溶性有機肥（D），各有機物料均設3 個施用量水平（低量、中量和高量），并以施化肥（F） 和不施肥（CK） 為對照，共計11 個處理。在培養開始后的第5、15、30、60、105 天分別采樣，測定土壤有機碳（SOC） 含量、微生物生物量碳（MBC） 含量、細菌生物量（Ba）、真菌生物量（Fu） 和微生物殘體碳（MRC） 含量。細菌與真菌生物量以其特征磷脂脂肪酸含量表征，微生物殘體碳由不同土壤氨基糖含量表征的細菌與真菌殘體量轉換計算。【結果】與CK 和F 處理相比，3 類有機物料輸入均增加了土壤SOC、MBC 和MRC 含量，提升了MRC 對SOC 的貢獻（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，隨水溶性有機肥施用量的增加而下降。在105 天培養期內，所有處理MBC、MRC 峰值均出現在培養第30、60 天，3 個有機物料分別以S3、B3 和D1 的提升效果最大。與CK 相比，培養105 天時S3、B3 和D1 處理的MBC 分別提高了39.1%、8.2% 和28.9%，真菌殘體碳（FRC） 含量分別提高了47.9%、43.5% 和58.1%，S3 和D1 處理的細菌殘體碳（BRC） 含量分別提高了18.5% 和16.5%。9 個有機物料C/N 和全氮（TN） 含量與微生物碳組分的回歸分析發現，有機物料C/N 低于29.89、28.57 時，分別與培養105 天的MBC 和BRC 呈正相關關系，高于該閾值時呈負相關關系 （Plt;0.05）；有機物料TN 含量低于0.18、0.11 g/kg 時，分別與MBC 和FRC 呈正相關關系 （Plt;0.05），超過該閾值時呈負相關關系 （Plt;0.05），而BRC 始終與有機物料TN 含量呈正相關關系 （Plt;0.05）。在9 個有機物料處理中，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；秸稈和水溶性有機肥輸入顯著提升了MBC 和MRC 占SOC 的比例。【結論】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體碳含量及其對有機碳的貢獻，且高施用量時效果更顯著；氮含量和碳氮比值低的生物炭增加了土壤有機碳含量，促進了真菌生物量和殘體碳增加，但未提升微生物生物量碳對有機碳的貢獻；含氮量高的水溶性有機肥低施用量時有利于提升微生物生物量碳和殘體碳含量及其對土壤有機碳的貢獻，但高施用量作用相反。因此，增加秸稈和生物炭投入量，控制水溶性有機肥投入量有利于微生物碳組分的積累，促進土壤有機碳的固定。

關鍵詞： 東北黑土； 有機物料含氮量； 有機物料碳氮比； 土壤有機碳； 微生物殘體碳； 微生物生物量碳

農田土壤有機碳是土壤有機碳庫的重要存在形式，增加農田土壤碳固定對減緩碳排放和維護糧食安全至關重要[1]。東北黑土區作為我國重要的糧食生產基地，由于高強度利用，其農田耕作層土壤有機碳含量明顯下降，嚴重威脅我國農業可持續發展[2]。研究表明，土壤有機碳的動態變化在很大程度上由外源基質和土壤微生物之間的相互作用控制[3]。微生物在土壤有機質分解、轉化和固定過程中發揮著關鍵性的作用[4?5]。微生物對土壤有機碳固定的貢獻來自于微生物生物量碳和微生物殘體碳[6?7]。微生物生物量碳作為土壤活性有機物質的重要組成部分，能引起土壤活性碳庫的快速變化[8]，而微生物死亡后形成的微生物殘體碳是土壤穩定性有機碳庫的重要組分[7， 9]。二者共同組成了微生物碳組分，其數量和組成的變化對土壤有機碳固定有重要影響[10]。因此，探索土壤微生物碳組分的變化及其調控措施對了解土壤有機碳積累的微生物過程，促進東北黑土區農田土壤固碳功能的提升有重要意義。