期刊名称：Soil Biology and Biochemistry

影响因子:12.2

DOI:10.1016/j.soilbio.2026.110297

检测指标：温室气体（CO₂、CH₄、N₂O）、氨基糖及¹³C丰度、DOC、MBC、SOC、¹³C-MBC、¹³C-SOC；宏基因组和qPCR

文章通过¹³C标记紫云英微生态培养实验，研究绿肥翻压后延迟淹水对水稻土碳转化、微生物残体形成和激发效应的影响。试验设4个处理：Control（不施绿肥立即淹水）、DW（不施绿肥延迟5天淹水）、GM（¹³C紫云英立即淹水）和GMDW（¹³C紫云英延迟5天淹水），25℃黑暗培养80天。

方法上，用气相色谱测CO₂、CH₄、N₂O浓度，Picarro同位素气体分析仪测¹³C-CO₂和¹³C-CH₄，计算累积排放及原生SOC激发效应；用TOC分析仪和TOC-IRMS测表层水与土壤DOC、¹³C-DOC，EA-IRMS测MBC、SOC及¹³C丰度；用GC及GC-C-IRMS测氨基糖含量及其¹³C-氨基糖，估算细菌、真菌和总微生物残体及残体积累系数NAC；qPCR测16S rRNA和ITS基因丰度，宏基因组测序结合KEGG、CAZy分析碳同化途径和碳降解基因；并用PLS-PM和随机森林解析关系。

结果表明，与GM相比，GMDW使原生SOC激发CO₂和CH₄分别降低12.4%和97.1%，紫云英来源CO₂增加21.0%，CH₄降低96.6%；真菌和细菌残体分别提高204.5%和64.0%，NAC提高135.4%。机制是延迟淹水创造短暂好氧期，促进紫云英DOC释放、r策略者（r策略微生物通常具有较高的生长和繁殖潜力，对环境中新增加的易利用资源响应迅速）和真菌生长，加速植物碳向微生物残体转化；随后淹水抑制微生物碳降解基因，增强残体保存。结论：绿肥翻压后延迟淹水可协同增强微生物残体形成与稳定，减少CH₄排放和原生SOC损失。

2.样本处理

土壤采自安徽池州长期稻田0-20cm，5块田各3点混匀，过2mm筛，4℃保存；实验前调至60%持水量，25℃黑暗预培养7天。绿肥为¹³C标记紫云英，标记60天后收获，部分烘干研磨测养分，其余切碎备用。称100g干土入500mL瓶，GM/GMDW每瓶加2g鲜紫云英混匀，Control/DW不加。Control和GM第1天淹水100mL，DW和GMDW第6天淹水，25±2℃黑暗培养80天，每周补水。每处理16重复；气体多时间点采集，第3、13、34、80天破坏性取样，测Eh、pH、DOC、MBC、SOC及¹³C，部分土样-80℃保存用于DNA/宏基因组，部分风干测氨基糖。

3.研究结果

（1）紫云英来源碳的去向

气体排放与激发效应：GMDW在第1、3天CO₂排放高于GM，但整个培养期CH₄排放低于GM。与GM相比，GMDW使紫云英来源CO₂增加21.0%（1.3mg·kg^-1），CH₄降低96.6%（0.606mg·kg^-1）；原生SOC激发CO₂和CH₄分别降低12.4%和97.1%，使原生SOC损失减少29.9%（27.0mg·kg^-1 C）。GM激发效应除第34天外多为正，GMDW第50天后转为负激发。

易分解碳：Control和DW的DOC、MBC较稳定；GM和GMDW变化明显。GMDW第13、34、80天表层水和土壤DOC低于GM，第3、13、80天MBC高于GM（第3天+72.2%）。淹水后GMDW紫云英来源DOC和MBC多低于GM，但第3天高于GM，说明好氧期早期分解和微生物同化增强。

残体与NAC：GM与GMDW的细菌残体无显著差异；GMDW显著提高真菌残体，第3、13、80天分别增加30.4、25.5、23.0mg·kg⁻¹。细菌和真菌残体均随时间下降。GMDW的NAC比GM高135.4%，表明延迟淹水提高了植物碳向微生物残体的转化效率。

（2）微生物群落

GMDW第3天细菌Chao1降低，真菌丰度第3、13天分别增加4.6倍和4.4倍。GM与GMDW的细菌、真菌群落组成明显分离。在GMDW条件下，第3天和第34天时r/K策略型个体比例均高于GM（P<0.05；图4G）。

（3）微生物碳同化

DW和GMDW第3天脂肪酸合成、氨基酸代谢基因丰度增加，第13、34天氨基酸和核苷酸代谢增强。整个培养期GMDW高于GM：其中脂肪酸、氨基酸及核苷酸代谢相关的基因丰度分别增加了24.2%、150.6%和55.1%。

（4）碳降解基因

植物来源碳降解基因总体多于细菌、真菌来源。GMDW第3天提高植物碳降解基因（GH10、GH16、GH39等），第13天部分上调、部分下调，第34天多数下降；CBM50在所有时间点均较低。总体上，延迟淹水早期增强植物碳降解潜力，后期抑制微生物碳降解潜力。无绿肥时，延迟淹水反而增加后期微生物碳降解基因丰度。

（5）整合关系

PLS-PM显示：微生物生物量碳和真菌特征正向影响真菌残体；细菌特征和碳降解基因促进细菌残体。激发效应受真菌特征正调控，受碳降解基因和细菌特征负影响。随机森林表明厚壁菌门、变形菌门（细菌r策略者）和子囊菌门（真菌r策略者）是主要贡献者。真菌r策略者与真菌残体正相关，r/K比与激发强度负相关（r策略微生物通常具有较高的生长和繁殖潜力，对环境中新增加的易利用资源响应迅速。K策略微生物通常生长相对缓慢，但更加适应资源有限的环境）。总体上，延迟淹水增强早期DOC释放，刺激真菌生长和碳同化，促进微生物生物量和残体形成，并减少原生SOC激发。

图1延迟淹水改变气体通量并减少原生SOC激发。（A–B）培养期间土壤CO₂和CH₄通量的时间动态。（C）不同处理下激发效应（SOC来源CO₂+CH₄）随时间的变化。（D–E）不同处理下的累积CO₂和CH₄排放。（F）GM和GMDW处理下的累积激发效应（CO₂+CH₄）。误差棒表示标准误（n=4）。不同字母表示显著差异（P<0.05）。Control：无紫云英，立即淹水；DW：无紫云英，延迟5天淹水；GM：¹³C标记紫云英翻压，立即淹水；GMDW：¹³C标记紫云英翻压，延迟5天淹水。PE：激发效应。

图2延迟淹水改变易分解碳动态和微生物同化。（A）、（C）和（E）分别代表表层水DOC浓度以及土壤DOC和MBC含量。（B）、（D）和（F）分别代表紫云英来源的表层水DOC浓度、土壤DOC和土壤MBC含量。误差棒表示均值标准误（n=4），不同字母和表示样品间在P<0.05水平差异显著，表示P<0.01，表示P<0.001，Ns表示无显著差异。

图3延迟淹水增强植物来源碳的微生物残体形成。GM和GMDW处理下的细菌残体（A）、真菌残体（B）、紫云英来源的微生物介导总碳（C）含量、NAC（D）。误差棒表示均值标准误（n=4），不同字母表示样品间在P<0.05水平差异显著，表示P<0.05，表示P<0.01，表示P<0.001。NAC：微生物残体积累系数。

图4延迟淹水重构微生物群落和生活史策略。不同处理在不同时间下的土壤细菌丰度（A）、Chao1指数（B）、基于Bray-Curtis距离的细菌群落组成（C），以及真菌丰度（D）、Chao1指数（E）、基于Bray-Curtis距离的真菌群落组成（F），以及r/K策略者比（G）。不同处理在第3天、第13天、第34天及三个时期平均的土壤微生物碳分配基因丰度特征（H）。误差棒表示均值标准误（n=4），不同字母表示样品间在P<0.05水平差异显著。Abundance(Z-sources)表示基于KEGG数据库注释的微生物碳分配基因丰度的标准化水平。

图5延迟淹水暂时改变碳降解基因丰度。（A）不同处理和时间点特定碳降解基因家族的变化。（B）植物、细菌和真菌来源碳降解基因对水分管理的相对响应。Abundance（Z-source）s表示基于CAZyme数据库注释的碳降解基因的标准化丰度，而Total Abundance （Z-sources）表示所有处理和采样时间点每个碳降解基因的累积丰度。

图6连接水分管理与残体形成及激发效应的微生物途径。（A）和（B）展示了由PLS-PM模型揭示的水分管理、真菌和细菌特征、微生物生物量碳对真菌残体碳、细菌残体碳和激发效应的影响。（C）和（D）展示了由PLS-PM模型揭示的水分管理、碳同化代谢基因（淀粉和糖类、脂肪酸、核酸和氨基酸）、碳降解基因（植物来源碳降解、真菌来源碳降解和细菌来源碳降解）、微生物生物量碳对真菌残体碳、细菌残体碳和激发效应的影响。蓝色箭头表示正路径系数，红色箭头表示负路径系数（P<0.05，P<0.01，P<0.001）。R²表示模型中每个变量的方差解释比例。

意义与局限性：

结果认为绿肥翻压后延迟淹水是一种可兼顾SOC固持和减少CH₄排放的实用策略，但效果依赖易分解有机碳输入；局限性包括仅研究低C/N紫云英、实验室微宇宙条件、r/K策略分类为简化分类学代理，未来需田间和多残体类型验证。

4.研究结论

本研究用¹³C标记紫云英示踪不同水分管理下碳周转。延迟淹水创造短暂好氧阶段，加速植物来源碳转化为微生物生物量，尤其是稳定的真菌残体碳；随后淹水抑制微生物残体降解，降低新形成残体的分解风险。虽然早期可能暂时增强原生SOC激发，但整个培养期CO₂和CH₄激发显著降低，原生SOC损失减少。

因此，绿肥翻压后延迟淹水可同步实现：①促进植物输入向稳定微生物残体转化；②限制残体后续分解；③减少CH₄排放和原生SOC损失。这为水稻土SOC形成提供了一种实用水分管理策略，但结果基于实验室微生态，长期田间效果仍需多年多点试验验证。