大气CO₂浓度和温度升高是气候变化最主要的特征。气候变化条件下，定量研究土壤中秸秆氮转化的特征，以及其与根际土壤微生物群落多样性的关系，对于揭示秸秆氮转化的微生物机制和改善未来气候条件下作物秸秆的田间管理具有重要意义。

东北地理所农田分子生态学科组研究人员利用Open-Top Chamber (OTC)模拟大气CO₂升高（700 ppm）和升温（比环境气温高2℃）条件，采用¹⁵N稳定同位素示踪技术和扩增子测序技术，设置添加¹⁵N秸秆以及无秸秆对照，探究大气CO₂和温度升高对秸秆添加后秸秆氮矿化和水稻根际氮矿化微生物群落特征的影响。研究发现，大气CO₂和温度共同升高虽然对水稻秸秆氮的利用效率没有显著影响，但可以显著增加根际秸秆氮矿化量和土壤氮矿化量，而且根际土壤氮矿化量显著高于秸秆氮矿化量。气候变化增加根际秸秆氮向微生物量氮、可溶性有机氮和矿质氮库中的转化（图1A）。在秸秆添加的条件下，CO₂浓度和温度升高显著增加了亮氨酸氨肽酶（pepA）基因的丰度，同时显著改变了根际和非根际土壤中与脲酶（ureC）和亮氨酸氨肽酶（pepA）相关的微生物群落组成，并且与秸秆氮矿化以及土壤氮矿化均显著相关（图1B）。大气CO₂浓度和温度升高通过改变水稻根际氮矿化酶合成相关微生物群落，加快了根际土壤氮和秸秆氮的矿化过程，并且添加秸秆不能有效缓解气候变化对根际土壤氮素矿化的促进作用。

研究成果近期发表在农林科学国际期刊《Geoderma》上。农田分子生态学科组特别研究助理张锦源为第一作者，金剑研究员为通讯作者。研究得到国家自然科学基金(42177435)、中国科学院国际合作项目(131323KYSB20210004)和黑龙江省自然科学基金重点项目(ZD2021D001)联合资助。

图1 大气CO₂和温度升高对秸秆氮去向的影响（A）；水稻根际土壤氮矿化酶功能基因的微生物群落和环境因子的相关性（B）

论文信息：

Zhang JY, Yu ZH, Li YS, Sima XQ, Wang GH, Liu XB, Tang CX, Liu JJ, Liu JD, Hu XJ, Stephen J, Jin J*. Acceleration of straw-nitrogen mineralization under co-elevation of CO₂ and temperature is associated with microbial attributes in the rhizosphere of rice. Geoderma, 2024, 443, 116834.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2024.116834