长期延迟施肥通过加速木质素降解和增加微生物残体促进水稻土中的土壤有机碳固存
背景介绍
从土壤通气状况与养分变化，稻根的生长与土壤环境条件这两个方面分析水稻生育与土壤的联系，改良土壤，为水稻生长提供良好的环境
水稻的生育与土壤有着密切的联系。如果土壤当中，存在着大量水稻生长所需的元素，那么水稻自然就会长势就会好。小编不多说了，咱们看看具体内容吧！
稻体内所含氮、磷、钾、钙、硫、铁、锰、硅等元素，都是通过根系从土壤中吸收的。所以水稻土中这些元素的含量、存在状态以及根系发育的好坏，对水稻生育都有重大影响。
1、土壤通气状况与养分变化：
氧化还原电位：稻田淹水以后，仅表层数毫米厚土壤因与新鲜灌溉水接触和受藻类生长影响，仍保持氧化状态；在稻根周围因根分泌氧气而使土壤呈氧气状态，除此而外，整个耕层都是处于还原状态，氧化还原电位一般均在250毫伏以下，有时甚至达到负值。这种氧化还原的层次分化，在水稻生长全过程中，一直比较明显，只有在排水露田、晒田时，通气条件转好，氧化还原电位值方能提高。
有机质的分解和转化：在淹水条件下，稻田有机质的分解主要是嫌气性分解，在分解产物中，常有二氧化碳、沼气、硫化氢以及有机酸等，这些物质含量多时则对根系产生毒害作用，妨碍养分的正常吸收，需及时采取措施改善通气。但在嫌气条件下，含氦有机物分解产生铵态氮，有利于稻根吸收和土壤保存；同时在嫌气分解过程中，土壤微生物本身需要的氮素较少，因此对于一些碳氦比高的新鲜稿秆，也可直接用作稻田肥料，如生产中采用早稻稻草还田，并未因其碳氮比高（约60：1），而对晚稻产生不良影响，且稻田在长期淹水条件下有机质分解慢，土壤潜在肥力高，经过排水干燥后，有效养分可以大为增多。所以把稻田掩水、露田、晒田等措施结合起来运用，就更能为水稻生育创造良好土壞条件。
土壤酸碱度的变化：土壤酸碱度愈近中性，对于稻根的生育与土壤有益微生物的活动愈有利。稻田浸水后，对酸性水稻土pH值有所升高，而对碱性水稻土则有下降的趋势。这种向中性调节酸碱度的变化，可使磷酸铁铝形态存在的磷酸盐与硅的溶解度增加，有利于稻根的吸收。其他如一定量的铁、锰还原，除作为水稻营养元素外，还能减轻碗化氢对稻根的毒害，因亚铁可与硫化氢结合成硫化铁而沉淀。
总之，稻田在淹水情况下，土壤耕作层的通气状况、养分转化、酸碱度等产生一系列变化。这些变化，对水稻生育有有利的一面，也有不利的一面。关键是认识这些变化规律，采取措施，创造条件，使之朝向有利于水稻生长发育的方面发展。
2、稻根的生长与土壤环境条件：
稻根生长的好坏，直接影响地上部的生长发育。生长健壮、分布深广的根系是水稻高产的基础。稻田土壤的水分、温度、氧气、营养状况以及耕作层的深线等，都直接影响稻根的生长。
稻根生长需要氧气，也需要水分。在采取湿润灌溉条件下，土壤氧气充足，稻根因追求水分而向下伸长，根系分布深，根形粗大而分枝较多，根群发达，吸收能力强；若土壤过砂，则根数减少，根呈韧状，多弯曲，根毛发达。反之，经常溃水，一般稻根表皮细胞被破坏，无根毛，而根的表皮暴露在土壤中，再加土壤透性差，造成强烈还原条件，严重影响根的生长与吸收能力。
稻根生长与吸收能力之所以与士壤通气状况密切相关，是由于稻根生长与吸收活动都与根系有氧呼吸有关。如果根的有氧呼吸作用衰退，尤其对钾、硅酸、磷酸等的吸收不良，从而造成稻体内各种成分比例不协调，妨碍水稻正常生长。
稻根的分布，一般约有90%的根（重量）分布在耕作层20厘米以内。但深耕与多施肥料，可使下层的根系分布比重增加。下层的根系虽远比上层的根系少，但由于这类根系多是新生的枝根，吸收能力比老根强，加之分布范围广，吸收面大，所以下层根系对吸收养分有重大作用。据用磷S2研究测定，在水稻分蘖与拔节两个时期，上层90%的根系吸收约60%的磷酸，而下层约10%的根系吸收磷酸量达40%左右。因此在生产实践中，如何改善土壤条件，促使水稻中、后期根系发生多，分布广，保持旺盛的吸收机能，这对于保穗、增粒与谷粒饱满，都具有十分重要的作用。
土壤的营养元素，以氮素对根系生育的影响为大，若氮素集中施于土壤表层，则稻根的分布也常集中于表层，呈浅根型。磷酸与钾对根数、根重增加有利；而且因其与根内糖的积累有关，影响到根的吸收能力与抗性。在缺磷的地区及一些翻秋田，施磷肥效果显著。
文章内容：
水稻土中的土壤有机质（SOM）对于实现作物高产可持续性和缓解气候变化至关重要。我们先前的研究表明，长期延迟施肥（FP）通过改善SOM提高产量。因此，在本研究中，通过长期试验（）研究了肥料延迟施用增加SOM的机制。长期FP通过增加根残渣输入显著增加SOM（14.5%）。FP增加了土壤酚氧化酶活性和过氧化物酶活性，但不影响β-葡萄糖苷酶活性，表明FP加速了木质素降解而不是纤维素降解。
图1试验设计
宏基因组分析还表明，FP通过激活相关微生物的生长，显著增加了木质素降解基因的相对丰度，如土壤过氧化氢酶、过氧化物酶基因。此外，长期FP通过提高微生物生物量，显著增加了细菌残体碳（17%）和真菌残体碳。冗余分析和随机森林模型进一步表明，木质素降解基因（代表木质素的贡献）和细菌坏残体碳分别在植物和微生物来源的碳中占主导地位。我们进一步确认，土壤NH4±N含量是高木质素降解和微生物残体量变化的主要驱动因素。结构方程模型和随机森林模型表明，在高根残茬输入和土壤NH4±N含量下，土壤碳固存主要通过木质素降解和微生物坏死量的增加来实现。总之，该研究结果表明，长期FP是一种可持续的农业管理策略，通过加速木质素降解和增加微生物坏死来改善SOM。
主要结果
Fig. 1. Effect of long-term nutrient management on SOM (a), the sum of humic acid and fulvic acid (b), soil dissolved organic carbon ©, rice root weight (d), MBC (e), microbial necromass C (f), soil β-glucosidase (g), soil phenol oxidase (h), and soil peroxidase (i)
Fig. 2. Effects of long-term nutrient management on soil cellulose and lignin metabolisms
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