泥炭藓种植：改善低产稻田土壤生态的新途径

研究人员为探究泥炭藓（Sphagnum）种植对低产稻田影响，开展相关研究，发现其可改变土壤微生物群落，增加土壤碳储量。

　　泥炭藓，这种在湿地中并不起眼的苔藓植物，却在生态系统中扮演着重要角色。全球对可持续农业的追求愈发强烈，人们渴望找到既环保又能提升农作物产量和土壤健康的方法。泥炭藓凭借其独特的生化特性，不仅能大量固存大气和土壤中的碳（C），还拥有强大的保水和养分吸收能力，这使其成为提升土壤肥力、减少农业用地养分流失的理想选择。

在我国，长期以来泥炭藓的生产主要依赖野生采集，但这种方式面临着可持续性和生态保护的严峻挑战。于是，在西南地区，研究人员开始尝试在低产冷浸田种植泥炭藓，这一举措既满足了市场对泥炭藓的需求，又为低产田的改造带来了新希望。冷浸田，作为南方山区、丘陵及冲积平原常见的低产稻田，因其长期积水，导致土壤中有机物分解缓慢、微生物活性降低、养分难以被植物吸收，农作物生长受到严重抑制。此前，虽有不少改造冷浸田的策略，但关于泥炭藓种植对冷浸田土壤 C、N、P 循环的影响，以及微生物功能与土壤元素周转之间的联系，仍存在大量未知。

为了揭开这些谜团，来自相关研究机构的研究人员在贵州独山紫林山村开展了深入研究。该地区作为西南地区重要的泥炭藓种植中心，拥有丰富的研究样本。研究人员收集了不同种植年限（1 年、3 年、10 年、20 年）的泥炭藓种植稻田土壤样本，同时选取了原始泥炭藓湿地和相邻百年未种植泥炭藓的稻田土壤作为对照。此次研究成果发表在《Agriculture, Ecosystems》杂志上。

在研究过程中，研究人员采用了多种关键技术方法。首先是土壤采样与分析，在不同样地采集土壤样本，测定土壤的 pH、铁（Fe）含量、容重（BD）、含水量（SWC）等多种理化性质。其次，通过特定技术测定土壤中参与 C、N、P 获取的酶活性，以及利用酶活性计算出的酶化学计量比，以此来评估微生物的养分限制情况。再者，运用高通量测序技术分析土壤微生物群落的结构和多样性，同时借助基于高通量定量 PCR 的 SmartChip 技术，对与 C、N、P、S 循环相关的 67 个功能基因进行定量分析。

研究结果如下：

1. 土壤性质和酶活性：随着泥炭藓种植年限增加，土壤 pH、溶解性有机碳（DOC）、β-1,4 - 葡萄糖苷酶（BG）和亮氨酸氨基肽酶（LAP）降低，多酚（PHE）增加；SWC、总氮（TN）和总磷（TP）先降低后升高；活性有机碳（LOC）、Fe、磷酸酶（AP）、β-1,4-N - 乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）和纤维二糖水解酶（CBH）先升高后降低；土壤有机碳（SOC）和难降解有机碳（ROC）在种植 10 年和 20 年时较高。SOC 储量在种植 10 年和 20 年时显著高于对照稻田。土壤中 C、N、P 获取酶的活性呈现先升高后降低的趋势，且原始泥炭藓湿地的酶活性显著高于种植稻田。
2. 土壤酶化学计量和微生物代谢限制：与 C 和 N 循环、C 和 P 循环相关的酶活性比值先降低后升高，与 N 和 P 循环相关的酶活性比值升高。向量分析表明，研究区域土壤微生物代谢受 P 限制而非 N 限制。随着种植年限增加，微生物 C 代谢限制增加，P 限制缓解。
3. 微生物群落组成和功能基因：泥炭藓种植显著降低了原核生物和真菌的香农指数和 Chao1 指数，改变了微生物群落结构。在门水平上，原核生物中变形菌门、酸杆菌门等占优势，真菌中子囊菌门、被孢霉门等占优势。泥炭藓种植使微生物群落从 r - 策略生物向 K - 策略生物转变。主成分分析（PCA）显示，不同种植年限的功能基因结构存在显著差异，与 C、N、P、S 循环相关的基因丰度在对照稻田和泥炭藓种植稻田之间差异显著。
4. 土壤微生物代谢限制与其潜在调节因子的关系：功能菌群基因丰度和微生物多样性指数与土壤性质显著相关。向量长度与 SOC、K:r 比等显著相关，向量角度与 pH、DOC 等显著相关。随机森林模型表明，K:r 比与向量长度和向量角度均显著相关。分段结构方程模型（piecewiseSEM）分析显示，微生物功能特征是土壤微生物代谢限制对泥炭藓种植响应的主要驱动因素。

研究结论和讨论部分指出，泥炭藓种植可通过缓解微生物 P 限制来增加 SOC 储量，尽管这与研究假设不完全一致，但研究发现种植泥炭藓改变了土壤有机 C 的组成，增加了被动 C，从而提高了土壤 C 库的稳定性。同时，微生物功能属性是影响土壤微生物代谢限制的关键因素，泥炭藓种植改变了微生物群落结构和功能，影响了土壤元素循环。这些研究结果为深入理解泥炭藓种植对土壤生态系统的影响提供了重要依据，为生态修复和农业可持续发展提供了科学指导，有助于制定更合理的土壤管理策略，在提升土壤肥力、促进碳固存和应对全球气候变化等方面具有重要意义。