秸稈還田後木質素和纖維素降解動態特徵與機制研究取得進展

2020-11-25 中國科學院

　　農作物秸稈中木質素和纖維素合計佔秸稈乾物質的40～70%。大量的木質素和纖維素隨秸稈還田或植物根系進入農田土壤，進而影響農田生態系統的碳轉化與固定過程。

　　中國科學院亞熱帶農業生態研究所研究員蘇以榮團隊基於長期定位試驗，觀測紅壤丘陵區和喀斯特山區旱地和水旱輪作地兩種土地利用方式下秸稈還田配施化肥及單施化肥后土壤中纖維素和木質素含量及其對土壤有機碳貢獻的動態變化。結果表明：與長期定位試驗前相比，連續13年秸稈還田後旱地土壤中纖維素的含量未發生顯著改變，而水旱輪作地中纖維素含量顯著降低，表明纖維素不是有機質積累的主要形式。一年定位觀測發現，秸稈還田後旱地和水旱輪作地中纖維素分別在6和3個月內完全轉化為其他非纖維素形態。對於木質素，研究發現：長期單施化肥對石灰土木質素總量無顯著影響，但紅壤木質素總量顯著增加55%；秸稈配施化肥均顯著增加了紅壤旱地、紅壤水旱輪作地及石灰土旱地木質素的總量，分別由長期定位試驗前414.5、201. 6、337.1 μg kg-1增至2092.4、1972.2、2096.5 μg kg-1，表明秸稈配施化肥更有利於亞熱帶農田土壤中木質素的積累。長期施肥顯著增加了紅壤中木質素組分C類單體的比例，其中水旱輪作地中C類單體含量及其佔木質素總量的比例均顯著低於旱地，石灰土則表現為V類單體比例的增加，表明農田土壤中木質素的積累具有單體特異性，且由於木質素的穩定性高於纖維素，幾種供試土壤中，以石灰土的木質素穩定性最高，更有利於穩定性有機碳組分的積累。通過相關分析和結構方程模型分析，發現氮素是影響農田土壤中纖維素和木質素降解動態的最關鍵因子。

　　該項研究以Lignin and cellulose dynamics with straw incorporation in two contrasting cropping soils 和Effects of long-term straw incorporation on lignin accumulation and its association with bacterial laccase-like genes in arable soils 為題分別發表在Scientific Reports 和Applied Microbiology and Biotechnology 上。該研究得到國家重點研發計劃 (2016YFD0200106-5)、國家自然科學基金(41301273, 41671298, 41430860)和廣西面上基金（017JJA150086y）的支持。

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