秸秆还田是提高土壤有机碳储量的重要农艺措施。秸秆降解是一个复杂的生化过程，其中的中间产物是土壤有机质的重要组成部分。这一过程受秸秆化学成分、土壤微生物和土壤理化性质的影响。秸秆碳氮转化为有机碳库影响土壤有机碳的化学组成和稳定性。

目前，秸秆碳氮影响土壤有机碳固定和稳定性的微生物机制研究主要采用高通量测序技术，探索微生物群落结构与土壤碳氮循环的相关性。基于宏基因组学的秸秆碳氮转化为土壤有机碳库过程中碳氮代谢功能特征的研究还很少。因此，中国科学院东北地理与农业生态研究所农田分子生态学学科组利用微宇宙培养实验结合宏基因组测序技术，追踪秸秆氮素转化为黑土碳库，阐明秸秆降解介导的碳氮循环的微生物作用机制。结果表明，秸秆添加条件下，黑土微生物氮素矿化和碳降解协同促进了颗粒有机碳库的碳积累(图1)，维持了有机碳的稳定性(图2)。矿化基因与颗粒有机碳和矿物结合有机碳库中的碳和氮积累以及有机碳中植物来源的脂肪碳密切相关(图3)。本研究在农作物秸秆还田提高黑土区土壤有机碳库稳定性的微生物生态机制方面取得了进展。

相关研究成果发表在《npj生物膜和微生物组》上。本研究得到了国家项目和中科院战略性先导科技项目的资助。

图一。培养250天后土壤有机质中碳(A)、氮(B)和秸秆源氮(C)的含量。