【摘 要】
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土壤是陆地生态系统中有机碳的最大储藏库,也是大气中二氧化碳（CO2）的重要来源。微生物作为土壤有机碳（SOC）周转的主要驱动者,对SOC的矿化和固持起到关键的作用,特别是微生物碳利用效率（CUE）在很大程度上决定着土壤碳的储存与排放,因此,关于CUE的研究已成为当前土壤碳循环研究的前沿和热点问题。东北黑土虽然土质肥沃、有机质含量丰富,但由于人类不合理的开采和利用,导致了严重的土壤侵蚀问题,严重影响
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土壤是陆地生态系统中有机碳的最大储藏库,也是大气中二氧化碳（CO2）的重要来源。微生物作为土壤有机碳（SOC）周转的主要驱动者,对SOC的矿化和固持起到关键的作用,特别是微生物碳利用效率（CUE）在很大程度上决定着土壤碳的储存与排放,因此,关于CUE的研究已成为当前土壤碳循环研究的前沿和热点问题。东北黑土虽然土质肥沃、有机质含量丰富,但由于人类不合理的开采和利用,导致了严重的土壤侵蚀问题,严重影响了当地农业的可持续性发展。为治理土壤侵蚀问题,相关部门推出了秸秆还田等整治措施。到目前为止,关于土壤侵蚀程度和秸秆还田量对东北黑土碳库的影响已有一些研究,但是对其内在微生物机制的理解还远远不够。基于此,本研究从CUE角度出发探究土壤侵蚀程度和秸秆还田量对CUE的影响,为有效遏制农田SOC库流失以及促进土壤固碳提供重要的理论依据。本研究在吉林省地区采集了具有不同土壤侵蚀程度（ER1:轻度侵蚀;ER2:中度侵蚀;ER3:重度侵蚀;ER4:剧烈侵蚀）以及不同秸秆还田量（SR0:对照;SR33:还田量为33%;SR67;还田量为67%;SR100:还田量为100%）的农田土为研究对象,采用H218O标记法测定土壤微生物碳利用效率,并利用方差分析、皮尔森相关分析、随机森林和结构方程模型等方法,揭示不同土壤侵蚀程度和不同秸秆还田量对土壤微生物碳利用效率的作用机制。主要研究结果和结论如下:（1）土壤侵蚀程度的增加会导致微生物CUE的降低。高土壤侵蚀程度主要通过增大微生物对底物碳的吸收和微生物呼吸降低微生物CUE,从而加快土壤SOC的矿化,不利于土壤SOC的储存。随机森林结果表明,土壤侵蚀程度主要通过以下因子显著地影响土壤微生物CUE,作用强度依次为:qGrowth>qCO2>微生物量碳（MBC）>MBC/MBN。结构方程模型（SEM）表明,土壤侵蚀程度（ER）、总碳（TC）、总氮（TN）、可溶性有机氮（DON）、pH、MBC和β-1,4-葡萄糖苷酶酶活性（βG）可解释CUE变化24%的变异。土壤侵蚀程度对CUE产生直接负影响,也会通过影响土壤理化指标间接影响CUE,这些因素综合影响着CUE。（2）秸秆还田量显著地影响微生物CUE,且高秸秆还田量（SR67和SR100）降低微生物CUE,但不同的土壤层对微生物CUE影响的内在机制存在差异。0-5 cm土壤层主要通过降低微生物对底物碳的吸收和微生物生长来降低CUE,5-20 cm则通过增加微生物对底物碳吸收和增加微生物呼吸来降CUE。尽管高的秸秆还田量导致CUE的降低,但是并没有促进SOC的储存。一个可能的原因是微生物源碳对SOC的贡献比例远低于秸秆还田输入源碳的贡献比例,因此秸秆还田条件下微生物CUE的减少并不会造成SOC的降低。随机森林结果表明,秸秆还田量主要通过以下因子显著地影响土壤微生物CUE,作用强度依次为:qGrowth>qCO2>qUptake>黏粒（Clay）。结构方程模型结果表明,秸秆还田量对CUE产生直接负影响,也会通过影响土壤理化指标间接影响CUE,这些因素综合影响着CUE。综上所述,土壤侵蚀程度和秸秆还田量的增加都显著地降低微生物CUE,但对微生物CUE的作用机制以及对土壤有机碳储存的影响具有显著差异。土壤侵蚀程度主要通过影响理化性质TC、TN、DON和pH来影响MBC和酶活,进而影响CUE;而秸秆还田量主要通过影响土壤理化性质SOC、SOC/TN和含水率来影响MBC和酶活,进而影响CUE。但两个处理都是由物理化学生物因素综合影响着微生物CUE。尽管两个处理都降低微生物CUE,但土壤侵蚀程度的增加会加快土壤SOC的矿化,不利于土壤SOC的储存,而高的秸秆还田量并没有影响SOC的储存。该研究系统地阐述了土壤侵蚀程度和秸秆还田量对农田生态系统微生物CUE的作用机制,对于深入理解农田生态系统SOC的变化提供了重要的理论依据。
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