“球囊霉素（glolomin）”最初用于描述一种假设的丛枝菌根真菌（AMF）的基因产物，是由丛枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi, AMF）的菌丝壁和孢子壁降解后释放到土壤中的一种耐热、难降解的糖蛋白。它被认为是土壤中几乎普遍存在的且大量沉积的组分，并指示着土壤的健康和质量。它作为在操作上被定义的土壤有机质(SOM)馏分，可由热柠檬酸缓冲液提取，后来，人们认识到这种提取物中含有多种化合物，包括一些非AMF来源的化合物，这导致重新描述这个操作定义的SOM馏分为“球囊霉素相关的土壤蛋白(GRSP)”。
根据提取条件和化学性质，GRSP 主要分为三类：
•易提取 GRSP（EE-GRSP）：在相对温和的条件下即可提取出的部分，相对较易提取，化学结构相对较不稳定。
•难提取 GRSP（DE-GRSP）：在较严苛的条件下才能提取出的部分，因含有高比例的芳香碳和疏水性脂肪族，化学结构更稳定，难提取。
•总 GRSP（T-GRSP）：土壤中 GRSP 的总量，为 EE-GRSP 和 DE-GRSP 的总和。
核心生态功能可以分为以下三个方面：
1. 促进土壤团聚与稳定：GRSP 对土壤颗粒具有极强的“超级胶结”作用（其结合能力远超腐殖酸等常见有机质），能有效促进土壤团聚体的形成并增强其稳定性，改善土壤结构，防止水土流失。
2. 固碳与碳汇作用：GRSP 是土壤有机碳（SOC）库的重要组成部分，其碳结构高度稳定，在土壤中的周转时间长达数年（6~42年），对土壤碳固存具有显著贡献，有助于缓解气候变化。
3. 改善土壤质量与生态修复：GRSP 能螯合重金属，降低重金属在土壤中的毒害作用，有助于土壤污染修复；同时，其形成的良好土壤结构为植物生长提供了更优的土壤环境，有助于提升植物抗逆能力。
本期挑选其应用的文献解读供大家参考。
英文题目：Long-term ditch-buried straw return increases functionality of soil microbial communities
中文题目：长期沟埋秸秆还田提升土壤微生物群落功能
期刊名称：Catena
影响因子：6.6
作者单位：南京农业大学农学院
DOI：https://doi.org/10.1016/j.catena.2021.105316
沟埋秸秆还田（DB-SR）是稻麦一年两熟种植体系中，将秸秆还田与轮耕相结合的新型培肥土壤技术。已有研究证实沟埋秸秆还田具备固碳、保氮、改良土壤团粒结构等多重效益，但长期实施该措施如何影响土壤微生物群落的代谢活性与多样性尚不明确。本研究分别在稻季（实施5年）、麦季（实施5.5年）采样，探究沟埋秸秆还田对土壤微生物功能特征的影响，指标包括：以荧光素二乙酸酯水解酶（FDA）活性表征土壤整体功能活性、以土壤呼吸速率表征微生物整体生长活性、各元素循环胞外酶活性、球囊霉素含量，以及不同土层的微生物代谢多样性。研究结果表明：第一，沟埋秸秆还田可显著提升10-20cm、20-30cm土层的FDA水解酶活性与土壤呼吸速率；第二，不同土层中β-葡萄糖苷酶、脂肪酶、酸性磷酸酶、芳基硫酸酯酶活性均因沟埋秸秆还田处理显著上升；而脲酶活性仅在麦季土壤中显著提高，稻季0-10cm、20-30cm土层脲酶活性反而降低；第三，沟埋秸秆还田显著提升土壤总球囊霉素与易提取球囊霉素含量；最后，该处理可显著提高各土层微生物对碳源的代谢多样性。总体来看，相较于0-10cm表层、20-30cm底层土壤，秸秆层上方10-20cm土层微生物群落的代谢活性与多样性提升幅度更大；且微生物相关功能指标整体随秸秆埋置年限延长呈上升趋势。上述结果表明，长期实施沟埋秸秆还田能够驱动土壤物质转化、提升土壤养分供应能力，最终有利于稻麦轮作体系的作物生产。
本研究以江苏沿江稻麦轮作砂壤土长期定位试验为对象，设置少耕秸秆移除为对照，探究持续5年（稻季）、5.5年（麦季）沟埋秸秆还田（DB-SR）对0-10、10-20、20-30cm三层土壤微生物功能特征的影响，测定了FDA水解酶活性、土壤呼吸、碳氮磷硫循环关键土壤酶、两类球囊霉素相关土壤蛋白及微生物碳源代谢多样性，并结合秸秆埋置时长、秸秆类型（稻/麦秸秆）、作物季分析差异，结果显示沟埋秸秆还田显著提升亚表层与深层土壤微生物整体活性、多数养分循环酶活性、球囊霉素含量和微生物代谢多样性，10-20cm秸秆层附近土壤提升效果最突出，指标整体随秸秆埋藏年限延长而升高；仅稻季浅层、深层土壤脲酶活性受短期埋秆抑制，麦季脲酶则显著提升，同时球囊霉素与酸性磷酸酶存在显著正相关，研究证实长期沟埋秸秆还田可优化土壤微生物代谢功能、促进土壤物质循环与养分供给，也指出试验仅设秸秆移除对照、配套专用农机尚不完善等局限，为稻麦轮作体系秸秆资源化培肥土壤提供微生物学理论依据。
试验于2008年11月在江苏沿江农科所试验基地开展定位试验，设置少耕秸秆移除（CK）与沟埋秸秆还田（DB-SR）两个处理，每处理3次重复，分别于秸秆还田实施5年后水稻收获后（2013年10月25日）、实施5.5年后小麦收获后（2014年5月25日）采集土壤样品，分0-10cm、10-20cm、20-30cm三层取土，其中10-20cm土层包含秸秆埋置层；对照小区沿对角线取10个土芯混合为1份混合样，沟埋秸秆还田小区先通过土壤剖面定位不同埋置年限秸秆沟，在每条秸秆沟中心取土，同一茬口3条沟土样混合为一份，共采集不同埋藏时长土壤样品，新鲜土样密封冷藏运回实验室，过2mm筛去除秸秆残体、根系与石块，4℃低温保存备用，后续分别测定土壤微生物整体活性、碳氮磷硫循环酶活性、球囊霉素相关蛋白与微生物碳源代谢多样性相关指标，所有数据先进行方差齐性检验，方差不齐时做对数转换，采用双因素、单因素方差分析结合Fisher’s LSD多重比较（P＜0.05）开展统计分析。
本研究采用荧光素二乙酸酯（FDA）水解酶活性与土壤微生物呼吸速率两项指标表征土壤微生物整体活性。对于0-10cm表层土壤，刚沟埋入的水稻、小麦秸秆会使FDA水解酶活性出现下降，但随着秸秆埋藏时间延长，该酶活性会逐步恢复，甚至高于对照；而秸秆层邻近的10-20cm、20-30cm土层中，FDA水解酶活性的提升幅度更为显著。水稻收获后土壤中，水稻秸秆沟埋处理使10-20cm土层FDA水解酶活性显著提升107.19%~124.06%，20-30cm土层提升33.83%~37.78%（P＜0.05，图1a）；小麦秸秆沟埋处理则使10-20cm土层提升63.27%~112.33%，20-30cm土层提升21.35%~63.48%（P＜0.05，图1b）。小麦收获后土壤中，水稻秸秆沟埋处理显著提高10-20cm土层FDA水解酶活性28.68%~67.13%，20-30cm土层提升27.00%~74.26%（P＜0.05，图1c）；小麦秸秆沟埋处理下，10-20cm土层提升22.94%~52.64%，20-30cm土层提升45.45%~58.64%（P＜0.05，图1d）。无论何种作物季、何种秸秆类型，10-20cm与20-30cm土层的FDA水解酶活性均随秸秆埋藏时长增加而升高（图1）。
沟埋秸秆还田（DB-SR）同样显著提升土壤微生物呼吸速率，该效应主要体现在10-20cm、20-30cm土层（图1e-h）。水稻季土壤中，水稻秸秆沟埋使10-20cm土层微生物呼吸速率显著上升38.33%~49.44%，20-30cm土层上升67.19%~107.81%（P＜0.05，图1e）；小麦秸秆沟埋使10-20cm土层提升26.67%~68.89%，20–30cm土层提升53.13%~70.31%（P＜0.05，图1f）。小麦季土壤中，水稻秸秆沟埋处理下10-20cm土层呼吸速率提升18.35%~41.55%，20-30cm土层提升10.54%~53.31%（P＜0.05，图1g）；小麦秸秆沟埋处理使10-20cm土层提升6.12%~35.43%，20-30cm土层提升10.24%~54.23%（P＜0.05，图1h）。整体上微生物呼吸速率随秸秆埋藏年限延长呈上升趋势，仅小麦季水稻秸秆处理例外（图1g）。水稻季土壤（R2=0.69，P＜0.01）与小麦季土壤（R2=0.80，P＜0.01）中，土壤呼吸速率与FDA水解酶活性均呈极显著线性正相关（图2）。
图1.沟埋秸秆还田（DB-SR）对荧光素二乙酸酯（FDA）水解酶活性与土壤呼吸速率的影响：水稻收获后水稻秸秆沟埋处理FDA水解酶活性（a）、水稻收获后小麦秸秆沟埋处理FDA水解酶活性（b）；小麦收获后水稻秸秆沟埋处理FDA水解酶活性（c）、小麦收获后小麦秸秆沟埋处理FDA水解酶活性（d）；水稻收获后水稻秸秆沟埋处理土壤呼吸速率（e）、水稻收获后小麦秸秆沟埋处理土壤呼吸速率（f）；小麦收获后水稻秸秆沟埋处理土壤呼吸速率（g）、小麦收获后小麦秸秆沟埋处理土壤呼吸速率（h）。图中数据为平均值±标准误（SE）；不同字母代表经Fisher最小显著差数（LSD）检验后组间在P＜0.05水平存在显著差异。
水稻收获后沟埋秸秆还田（DB-SR）可显著提升各土层β-葡萄糖苷酶活性，稻秸秆处理0-10、10-20、20-30cm土层分别提升27.96%~33.17%、89.19%~141.17%、46.75%~55.68%，麦秸秆三层增幅依次为32.62%~45.18%、67.34%~112.18%、37.65%~50.39%，且稻季秸秆埋藏时长对该酶无显著影响，小麦收获后仅0-10cm表层β-葡萄糖苷酶活性显著上升，稻、麦秸秆处理分别提升10.10%~21.12%、3.83%~14.14%，表层酶活性随秸秆埋藏年限延长增幅变大，秸秆种类对 β- 葡萄糖苷酶影响微弱，作物季是关键影响因子且稻季酶活性降幅高于麦季；水稻季DB-SR仅显著提高0-10、10-20cm土层脂肪酶活性（图3），稻秸秆两层分别提升18.99%~60.56%、23.26%~34.09%，麦秸秆两层增幅为27.00%~43.93%、34.87%~59.46%，对20–30cm深层无显著作用，稻季0–10、10–20cm脂肪酶活性随埋藏时间延长升高，小麦季三层土壤脂肪酶均显著提升，稻秸秆三层增幅25.57%~38.93%、14.42%~23.67%、24.11%~39.79%，麦秸秆三层提升24.12%~38.46%、41.26%~65.67%、42.39%~55.36%，麦季稻秸秆深层、麦秸秆全土层脂肪酶活性随埋藏时长增加而上升；稻季新埋秸秆会抑制脲酶活性，随埋藏年限增加抑制效果缓解甚至转为提升，埋置12个月稻秸秆、6个月麦秸秆处理下三层土壤脲酶活性均显著下降，埋藏30~60个月后降幅缩小或活性升高，麦季DB-SR显著提升0-10、10-20cm土层脲酶活性（图4），稻秸秆两层分别提升53.42%~77.74%、62.21%~68.93%，麦秸秆两层增幅42.06%~78.96%、22.21%~64.97%，稻秸秆0-10、20-30cm、麦秸秆10-20cm脲酶活性随埋藏时长呈上升趋势；水稻季三层土壤酸性磷酸酶活性均显著提高，稻秸秆三层增幅9.62%~17.01%、36.26%~45.12%、7.66%~8.71%，麦秸秆三层提升18.28%~22.20%、21.21%~37.34%、9.86%~19.00%，小麦季仅10–20、20–30cm土层酶活性显著上升，稻秸秆两层增幅17.11%~47.91%、24.61%~42.60%，麦秸秆两层提升10.10%~19.91%、24.77%~54.43%，全作物季麦秸秆20–30cm土层酸性磷酸酶活性随埋藏时长显著升高；水稻季稻、麦秸秆沟埋均可显著提升全土层芳基硫酸酯酶活性（图5），稻秸秆三层增幅6.45%~33.55%、51.41%~81.82%、52.99%~97.44%，麦秸秆三层提升10.00%~26.77%、36.05%~62.70%、38.46%~95.73%，小麦季仅稻秸秆处理能显著提高10–20、20–30cm芳基硫酸酯酶活性，增幅11.82%~29.89%、9.57%~29.35%，麦秸秆处理无明显效果，稻季稻秸秆0–10、20-30cm，两季麦秸秆20-30cm土层芳基硫酸酯酶活性均随秸秆埋藏年限延长而上升。
图2.水稻收获后土壤（红线）、小麦收获后土壤（蓝线）中FDA水解酶活性与土壤呼吸速率的线性回归关系。
图3.沟埋秸秆还田（DB-SR）对β-葡萄糖苷酶与脂肪酶活性的影响：水稻收获后水稻秸秆沟埋处理β-葡萄糖苷酶活性（a）、水稻收获后小麦秸秆沟埋处理β-葡萄糖苷酶活性（b）；小麦收获后水稻秸秆沟埋处理β-葡萄糖苷酶活性（c）、小麦收获后小麦秸秆沟埋处理β-葡萄糖苷酶活性（d）；水稻收获后水稻秸秆沟埋处理脂肪酶活性（e）、水稻收获后小麦秸秆沟埋处理脂肪酶活性（f）；小麦收获后水稻秸秆沟埋处理脂肪酶活性（g）、小麦收获后小麦秸秆沟埋处理脂肪酶活性（h）。图中数据为平均值±标准误（SE）；不同字母代表经Fisher最小显著差数（LSD）检验后组间在P＜0.05水平存在显著差异。
图4.沟埋秸秆还田（DB-SR）对脲酶、酸性磷酸酶活性的影响：水稻收获后水稻秸秆沟埋处理脲酶活性（a）、水稻收获后小麦秸秆沟埋处理脲酶活性（b）；小麦收获后水稻秸秆沟埋处理脲酶活性（c）、小麦收获后小麦秸秆沟埋处理脲酶活性（d）；水稻收获后水稻秸秆沟埋处理酸性磷酸酶活性（e）、水稻收获后小麦秸秆沟埋处理酸性磷酸酶活性（f）；小麦收获后水稻秸秆沟埋处理酸性磷酸酶活性（g）、小麦收获后小麦秸秆沟埋处理酸性磷酸酶活性（h）。图中数据为平均值±标准误（SE）；不同字母代表经Fisher最小显著差数（LSD）检验，在P＜0.05水平下组间存在显著差异。
图5.沟埋秸秆还田（DB-SR）对芳基硫酸酯酶（ArylS）活性的影响：水稻收获后水稻秸秆沟埋处理（a）、水稻收获后小麦秸秆沟埋处理（b）；小麦收获后水稻秸秆沟埋处理（c）、小麦收获后小麦秸秆沟埋处理（d）。图中数据为平均值±标准误（SE）；不同字母表示经Fisher最小显著差数（LSD）检验后，各组在P＜0.05水平存在显著差异。
水稻收获后沟埋秸秆还田（DB-SR）可显著提升土壤总球囊霉素（T-GRSP）含量，水稻秸秆沟埋处理下0-10cm、10-20cm、20-30cm土层总球囊霉素分别提升6.08%~36.75%、30.99%~63.65%、27.55%~121.94%，小麦秸秆沟埋处理三层土层依次提升11.44%~19.90%、22.28%~59.54%、42.66%~105.71%（P＜0.05，图6a、6b）；小麦收获后水稻秸秆沟埋仅显著提高10–20cm、20–30cm土层总球囊霉素，增幅分别为28.42%~48.02%、25.97%~77.31%，小麦秸秆沟埋则使0-10cm、10-20cm、20-30cm土层总球囊霉素分别提升8.30%~19.27%、8.72%~29.57%、15.96%~53.11%（P＜0.05，图6c、6d）；水稻季土壤中，水稻秸秆沟埋处理下易提取球囊霉素（EE-GRSP）在0-10cm、10-20cm、20-30cm土层分别提升13.09%~17.92%、79.73%~123.01%、157.01%~185.98%，小麦秸秆沟埋三层土层增幅为14.06%~25.43%、120.96%~190.66%、8.37%~58.57%（P＜0.05，图6e、6f）；小麦季土壤中水稻秸秆沟埋使三层土层易提取球囊霉素依次提升19.20%~50.16%、42.22%~54.70%、28.73%~97.84%，小麦秸秆沟埋三层分别提升15.52%~63.07%、45.61%~131.28%、25.05%~79.70%（P＜0.05，图6g、6h）；相关性分析结果显示，水稻季（R2=0.88，P＜0.01）、小麦季（R2=0.75，P＜0.01）土壤总球囊霉素含量与酸性磷酸酶活性呈极显著线性正相关，水稻季（R2=0.81，P＜0.01）、小麦季（R2=0.62，P＜0.01）易提取球囊霉素含量同样与酸性磷酸酶活性呈极显著线性正相关。
图6.沟埋秸秆还田（DB-SR）对总球囊霉素相关土壤蛋白（T-GRSP）与易提取球囊霉素相关土壤蛋白（EE-GRSP）含量的影响：水稻收获后水稻秸秆沟埋处理总球囊霉素（a）、水稻收获后小麦秸秆沟埋处理总球囊霉素（b）；小麦收获后水稻秸秆沟埋处理总球囊霉素（c）、小麦收获后小麦秸秆沟埋处理总球囊霉素（d）；水稻收获后水稻秸秆沟埋处理易提取球囊霉素（e）、水稻收获后小麦秸秆沟埋处理易提取球囊霉素（f）；小麦收获后水稻秸秆沟埋处理易提取球囊霉素（g）、小麦收获后小麦秸秆沟埋处理易提取球囊霉素（h）。图中数据为平均值±标准误（SE）；不同字母代表经Fisher最小显著差数（LSD）检验，各组在P＜0.05水平存在显著差异。
水稻收获后，沟埋秸秆还田（DB-SR）处理可显著提升土壤微生物代谢多样性（香农指数H），水稻秸秆沟埋使0-10cm、10-20cm、20-30cm土层分别提升34.81%~45.19%、15.38%~52.14%、74.70%~125.30%，小麦秸秆沟埋三层土层依次提升37.04%~42.96%、40.17%~68.38%、8.43%~56.63%（P＜0.05）；小麦收获后的土壤中，水稻秸秆沟埋显著提高0-10cm、10-20cm、20-30cm土层代谢多样性，增幅分别为14.95%~25.70%、13.66%~63.98%、27.33%~33.14%，小麦秸秆沟埋处理下三层土层增幅依次为18.22%~33.64%、13.04%~34.16%、5.23%~32.56%（P＜0.05）。
本研究结果表明，沟埋秸秆还田能够提升土壤微生物代谢多样性与微生物活性，有助于促进土壤物质转化、增加作物可利用养分供给，但本试验仍存在一定局限性：试验仅在单一土壤类型、面积18m2的小型人工操作试验小区开展，对照仅设置少耕秸秆移除处理，未增设旋耕秸秆还田组别进行对比；尽管已有配套研究证实沟埋秸秆还田能够规避旋耕秸秆还田带来的小麦出苗率下降、氮素固定过度、病虫害加剧等问题，但若增设多组处理对比，可更直观体现该技术的综合优势；此外，沟埋秸秆还田一体化专用机械设备仍处于研发与性能评估阶段，后续需开展多点、规模化大田试验，进一步探究机械作业下沟埋秸秆还田对土壤理化性质、土壤微生物介导的各类生物地球化学循环过程的长期影响。Haishui Yang, Chun Fang, Yi Meng, Yajun Dai, Jian Liu,
Long-term ditch-buried straw return increases functionality of soil microbial communities,
CATENA,Volume 202,2021,105316,ISSN 0341-8162,
https://doi.org/10.1016/j.catena.2021.105316.