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微生物同化無機氮作用是構(gòu)成土壤氮素保蓄能力的重要組成。合理恢復退化生態(tài)系統(tǒng)的土壤微生物同化無機氮作用可有效提高土壤氮素保蓄能力,減少氮素損失風險。然而,真菌和細菌作為土壤微生物的兩大主要類群,如何真實有效地區(qū)分并量化兩者對無機氮的同化速率是個未解難題。
 
中國科學院華南植物園生態(tài)中心助理研究員李曉波在研究員李志安的指導下,與中科院沈陽應用生態(tài)研究所等的科研人員合作,打破了常規(guī)采用選擇性抑制劑的方法框架,創(chuàng)新性地將“氨基糖穩(wěn)定同位素探針(AS-SIP)”技術(shù)發(fā)展來區(qū)分和表征土壤真、細菌各自對無機氮的同化速率(Li et al., Soil Biology and Biochemistry, 2019)。
 
AS-SIP技術(shù)的創(chuàng)新性應用解決了區(qū)分和量化土壤真、細菌同化無機氮的方法和理論難題?;诖?,研究人員進一步揭示了農(nóng)業(yè)利用導致土壤硝態(tài)氮微生物同化能力下降的內(nèi)在機制,即:農(nóng)業(yè)利用同時降低土壤真、細菌硝態(tài)氮同化能力,前者降幅高于后者;土壤有機碳和碳氮比下降,有效磷和pH升高可能是主要成因(Li et al., Soil Biology and Biochemistry, 2019)。在此基礎上,研究人員首次區(qū)分并量化了外源碳輸入對土壤真菌和細菌同化硝態(tài)氮活性的影響,證實并初步闡明了外源碳輸入、微生物群落結(jié)構(gòu)、微生物硝態(tài)氮同化功能三者變化之間的內(nèi)在關聯(lián),進一步揭示了外源碳輸入增強土壤微生物同化硝態(tài)氮能力的作用機制(Li et al., Geoderma, 2020)。
 
然而,由于土壤微生物的氨基糖含量及微生物體不同含氮組分的周轉(zhuǎn)速率不易獲取,AS-SIP仍無法測定土壤真、細菌對無機氮的真實同化速率。針對該方法存在的問題,研究人員基于最優(yōu)化思想,采用線性回歸解析法,結(jié)合實驗可測的總無機氮同化速率和真、細菌同化無機氮速率的表征值,創(chuàng)建了可估算土壤中真、細菌各自同化無機氮真實速率的數(shù)學框架。新方法的創(chuàng)立首次為土壤真、細菌對無機氮的真實同化速率的區(qū)分和量化提供了有效途徑,將推進微生物介導的土壤氮素保蓄研究