以免耕及秸稈覆蓋還田為主的保護(hù)性耕作措施能夠有效減輕土壤風(fēng)蝕水蝕、提高土壤肥力和促進(jìn)土壤有機(jī)碳截獲。然而目前，保護(hù)性耕作對土壤微生物群落及其如何調(diào)控碳氮轉(zhuǎn)化過程尚缺乏全面的認(rèn)識，這決定著土壤健康和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的整體功能。鑒于此，沈陽生態(tài)所生態(tài)系統(tǒng)微生物學(xué)組研究團(tuán)隊(duì)依托位于我國東北黑土區(qū)的中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所保護(hù)性耕作研發(fā)基地（吉林梨樹），在連續(xù)運(yùn)行10年的保護(hù)性耕作試驗(yàn)區(qū)，以常規(guī)壟作（CT）為對照，從不同角度探究了免耕及秸稈覆蓋還田在促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展上發(fā)揮的作用。
保護(hù)性耕作對土壤微生物群落的影響是一直以來的研究熱點(diǎn)，但大多數(shù)研究主要集中在1m深度以內(nèi)。深度>1m的土壤，有機(jī)碳儲量超過了表層土壤有機(jī)碳儲量的56%，卻一直被忽略。為了探究保護(hù)性耕作是否有益于深層土壤關(guān)鍵區(qū)的健康，我們比較了不同耕作對3m土壤剖面細(xì)菌群落和土壤性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，與常規(guī)耕作相比，免耕及秸稈覆蓋還田的保護(hù)性耕作措施可促進(jìn)3m土壤剖面細(xì)菌群落的多樣性和潛在功能的提升；提高深層土壤對水分和氮素養(yǎng)分的持有能力，降低氮肥對深層地下水的污染，具有降低能源消耗和溫室氣體排放的潛勢，有利于黑土區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
微生物殘體是土壤有機(jī)碳庫的重要來源，而微生物群落是控制其生成和積累的重要內(nèi)在因素。然而目前尚缺乏對“農(nóng)田管理措施—微生物群落特征—微生物殘體碳—土壤有機(jī)碳動態(tài)”這一完整鏈條的研究。為此，我們分析了0-40cm土層中土壤有機(jī)碳與微生物殘體碳的儲量和變化，并探究了土壤有機(jī)碳動態(tài)和穩(wěn)定過程與微生物群落特征的聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)耕作相比，免耕結(jié)合中量或高量秸稈還田下0-40cm土壤有機(jī)碳儲量每年增加大于0.4%。保護(hù)性耕作主要通過微生物群落調(diào)控真菌殘體碳來促進(jìn)土壤有機(jī)碳積累，對微生物殘體的研究有助于完善我們對土壤有機(jī)碳固存及其與微生物群落相關(guān)聯(lián)機(jī)制的理解。免耕結(jié)合中量秸稈覆蓋既可以有效地促進(jìn)土壤有機(jī)碳固存，同時能將更多的秸稈用做可再生能源或畜牧飼料來增加經(jīng)濟(jì)價值，優(yōu)化秸稈的綜合利用。
上述結(jié)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”為題分別發(fā)表在2022年的Science of the Total Environment和Soil Biology and Biochemistry雜志上。生態(tài)系統(tǒng)微生物學(xué)組博士研究生鄧芳博和楊雅麗分別為第一作者，梁超研究員為通訊作者，解宏圖、鮑雪蓮、何紅波、張旭東研究員等為共同作者。研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、面上項(xiàng)目和王寬誠率先人才計劃盧嘉錫國際團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目的資助。 耕作方式對礦質(zhì)氮和微生物群落影響的模式圖
免耕秸稈還田下微生物調(diào)控土壤有機(jī)碳固存的模式圖
