免耕結(jié)合玉米秸稈覆蓋可促進土壤有機質(zhì)積累。土壤細菌群落對生境變化敏感，通過調(diào)控碳氮循環(huán)控制土壤有機質(zhì)庫形成過程。但是，在長期保護性耕作條件下，細菌介導(dǎo)土壤有機質(zhì)量質(zhì)變化的時效性及控制機制尚不明確。本研究通過對不同秸稈覆蓋年限(0年、6年、10年和14年)下土壤細菌群落結(jié)構(gòu)和代謝功能潛力進行系統(tǒng)分析，揭示了我國東北地區(qū)長期玉米秸稈覆蓋對細菌群落特征和演變規(guī)律的影響。相較于地上部秸稈全部移除處理，秸稈連續(xù)還田6年后，細菌群落呈現(xiàn)出活躍生長代謝特征，表現(xiàn)為系統(tǒng)發(fā)育多樣性提升、富營養(yǎng)和寡營養(yǎng)細菌比值增高、種間互作網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度增加，以及生物合成潛力增強;秸稈連續(xù)還田10年后，細菌群落變化趨勢類似，但伴隨放線菌門與其他菌種間競爭加劇;至秸稈連續(xù)還田14年時，細菌群落碳水化合物合成效率降低。與此同步，土壤有機質(zhì)含量在秸稈還田10和14年后分別增加了42.7%和53.6%，碳氮比升高，且秸稈還田14年時，活性碳組分顯著提升。

上述細菌群落與土壤有機質(zhì)庫演變的時序協(xié)同規(guī)律表明，保護性耕作條件下土壤有機質(zhì)庫的構(gòu)建經(jīng)歷了從細菌初始饑餓緩解的穩(wěn)定周轉(zhuǎn)階段，到群落功能競爭性重塑推動的快速積累階段，最終到群落碳代謝效率權(quán)衡時期實現(xiàn)有機質(zhì)量與碳可利用性的同步提升。結(jié)構(gòu)方程模型進一步證實，土壤富營養(yǎng)和寡營養(yǎng)細菌的比值以及細菌生長策略對碳有效性反饋的時間特征，是調(diào)控土壤有機質(zhì)質(zhì)量演變的核心路徑。本研究將細菌群落特征與土壤有機質(zhì)積累階段進行了關(guān)聯(lián)，為深入解讀黑土地保護性耕作技術(shù)維持和提升土壤有機質(zhì)的機制提供了微生物學(xué)參考。

研究成果以How bacterial traits scale to soil organic matter pool buildup revealed by long-term maize straw mulching experiment為題于2025年6月發(fā)表在Agriculture, Ecosystems & Environment期刊上。中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所博士研究生賀章咪和副研究員朱雪峰為共同第一作者，何紅波研究員為通訊作者。該研究得到中國科學(xué)院先導(dǎo)專項A類項目、國家自然科學(xué)基金區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金、青年科學(xué)基金以及沈陽市科學(xué)技術(shù)計劃自然科學(xué)基金專項的資助。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167880925003482?via=ihub

玉米秸稈覆蓋不同持續(xù)時間下土壤細菌群落與有機質(zhì)量質(zhì)協(xié)同機制示意圖