长期玉米秸秆覆盖下细菌性状与土壤有机质库构建的时空耦合机制

为揭示保护性耕作中土壤有机质(SOM)积累的微生物驱动机制，中国科学院团队通过16年定位试验，解析了玉米秸秆覆盖下细菌群落结构(Copio/Oligo比率)、共现网络特征及代谢潜能(碳水化合物合成效率)的时序演变规律，发现细菌性状通过"稳定-转化-增效"三阶段调控SOM数量(增幅53.6%)与质量(C/N比提升)，为黑土区碳汇农业提供理论支撑。

　　

东北黑土区因长期传统耕作导致土壤退化，如何通过保护性耕作提升土壤有机质(SOM)成为农业可持续发展的关键课题。中国科学院沈阳应用生态研究所团队在《Agriculture, Ecosystems 》发表的研究，通过16年玉米秸秆覆盖定位试验，首次系统揭示了细菌性状与SOM库构建的时空耦合机制。

研究采用16S rRNA高通量测序技术，分析不同覆盖年限(0/6/10/14年)黑土细菌群落的演化特征。通过测定土壤化学指标(SOM、TN、C/N比、ROC)、构建共现网络、计算功能群比率(Copio/Oligo)及预测代谢通路，解析微生物驱动SOM积累的动态过程。

土壤化学性质显示：SOM在M10(10年)和M14(14年)分别增长42.7%和53.6%，C/N比从10.01升至11.17-11.72，M14年活性碳(ROC)含量翻倍，表明长期覆盖同时提升SOM数量与质量。

细菌群落时序演变呈现三阶段特征：M6年细菌表现为高系统发育多样性(MNTD/MPD上升)、Copio/Oligo比率提升(1.8倍)和强化种间互作，反映可利用碳激发的快速生长策略；M10年放线菌(Actinobacteria)竞争加剧，伴随碳水化合物合成效率峰值；至M14年细菌转向复杂底物利用策略，合成效率下降但碳获取能力增强。

结构方程模型证实：细菌性状通过"初始稳定-中期转化-后期增效"三阶段驱动SOM积累。早期Copio/Oligo比率变化(β=0.52)主导群落重组，中期代谢潜能调整(β=0.41)加速碳转化，后期网络互作(β=0.63)促进碳库扩容。

该研究创新性提出微生物性状可尺度上推(scaling up)至生态系统功能的理论框架，为黑土保护提供了"微生物调控-碳库构建"的精准管理路径。发现细菌代谢投资从生物合成向底物降解的时序转变规律，解释了SOM积累的非线性特征。研究结果对实现"双碳"目标下的农田固碳具有重要指导价值。