SCI TOTAL ENVIRON | 草地轮作时间改变温带农业生态系统土壤微生物群落组成和功能，增加了土壤固碳潜力

推荐：江舜尧

编译：艾奥里亚

编辑：十九

甘肃农业大学草业学院张德罡（Gansu Agricultural University）团队于2019年9月4日在Science of The Total Environment发表题目为《Time in pasture rotation alters soil microbial community composition and function and increases carbon sequestration potential in a temperate agroecosystem》的文章，该文章采用时间间隔法探究了土壤碳以及土壤微生物对轮作方式的响应，研究发现，草地轮作过程中，总有机碳、总氮、粗细颗粒有机质以及微生物生物量均随轮作时间的延长而增加，草地轮作增强了不稳定和难降解碳的固存能力，同时草地轮作在时间上与土壤氮含量和微生物群落的变化具有相关性，潜在的碳矿化和颗粒有机质是影响和响应微生物群落组成的关键因素。同时提出，进一步审查包括相关温室气体通量在内的C固存调节所涉及的相关机制，对于了解全世界范围内的作物-牧场轮作的生物地球化学意义至关重要。

文章摘要

土壤碳（C）的固定在缓解全球气候变化方面发挥着重要作用，某些土地利用方式可以对碳的固定产生显著影响。包括将以前种植过的土地种植成多年生草地的土地利用方法，可以增加土壤C的固定；然而，土壤C库对土地利用的这种变化在时间范畴上的响应相对复杂，同时没有很好地得到量化。本研究中，通过在Kentucky州中部一个农场，采用时间间隔法评估了土壤C固定以及微生物群落组成对三年蔬菜种植后进行为期五年的牧草轮作这种土地利用方式的响应。放牧5 年后，土壤顶层15cm的土壤有机C和N分别比第1年增加20.6%和20.1%，同时颗粒有机质C（POMC）也增加了53.5%。碳矿化（CM）分析表明，在牧草轮作过程中，CO2的潜在释放也随着时间的推移而有所增加。与永久牧草（以前未用于蔬菜生产）相比，这种土地利用方式中土壤微生物群落组成在轮作1-3年间表现出差异，但在第4年和第5年两中方式间具有相似性。多响应置换过程（MRPP）分析表明CM和POM是影响微生物群落组成的关键因素。土壤微生物群落组成也随季节的变化而变化，但这种变化程度要小于放牧年限。总体而言，将多年生牧草纳入种植系统可以对微生物群落组成和功能产生深远的影响，可以增加土壤有机碳含量，从而增强C的固存潜力；然而，这些C固定的增加是否会在整个种植过程中得到持续，或者说这些变化如何影响随后的蔬菜种植仍有待进一步评估。

文章中重要图片说明

图1 | 5个牧场轮作期间（R1至R5）和永久草地（P）0-15cm深度中，土壤有机碳总量（SOC）、土壤总氮（总N）、颗粒有机质碳（POMC）、颗粒有机质氮（POMN）、非颗粒状有机物质碳（N-POMC）和非颗粒有机物氮（N-POMN）含量。柱状图上的线代表标准误差（n=12），字母代表显著差异。

图2 | 采样土壤样本中FAMEs的相对丰度>1%的PC-ORD非度量多维标度（NMS）排序双图。虚线椭圆表示在轮换年份（a）和季节（b）之间不同的微生物群落的分离，MRPP的p值与之相同（仅显示p<0.05比较）。箭头代表与微生物群落组成显着相关的环境因子的强度（箭头长度）和方向。轴1和轴2累计解释了数据集zhong 83.4%的总变异度。POM：颗粒有机质，CM：碳矿化，Sp：春季，Su：夏季，F：秋季，W：冬季。

表1 | 不同牧草轮作期间（R1至R5）和永久草地（P）土壤中主要微生物群体的磷脂脂肪酸浓度（nmol FAMEs g/1土壤）和累积呼吸（μg CO2-C g-1土壤）。R：轮作年份、S：季节、R*S：轮作年份和季节的交互作用。

表2 | 不同牧草轮作年限（R1至R5）和永久牧草（P）的土壤pH值、容重、质地、含水量和持水能力。R：轮作年份、S：季节、R*S：轮作年份和季节的交互作用。

表3 | 不同牧草轮作期间（R1至R5）和永久草地（P）土壤中土壤阳离子交换容量（CEC）、碱饱和度、交换性钾，可交换钙以及可交换钠的含量。R：轮作年份、S：季节、R*S：轮作年份和季节的交互作用。

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