农业资源研究中心揭示稻田温室气体排放的碳-铁耦合机制

稻田土壤有机碳密度一般显著高于旱地土壤，因此其有机碳矿化的加剧将向大气释放大量温室气体CO₂，进而影响全球气候变化。水稻根部表面通常沉积一层无定型铁氧化物（简称为铁膜，Fe plaque）。铁膜处于稻田好氧/厌氧交替界面，并且铁膜中的铁主要以微生物能利用的活跃非晶质氧化铁的形式存在，因此，铁膜上铁的氧化还原过程可能与稻田有机碳的矿化过程相耦合。目前，尚不清楚水稻根表铁膜是否显著影响稻田CO₂排放，其中的具体机制缺乏深入研究。

中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心研究员秦树平研究团队以典型水稻土为研究对象，探明了水稻根表铁膜对稻田CO₂排放速率、Fe-SOC浓度、微生物群落结构以及碳分解/铁循环功能基因表达的影响规律；通过¹³C同位素标记等技术明确了铁膜对稻田土壤有机碳矿化的影响机制。研究发现，与无铁膜水稻之对照处理相比，根表诱导铁膜之水稻处理显著提高了CO₂排放量以及与土壤有机碳降解相关基因的表达水平。以上结果表明，水稻根表铁膜促进了水稻土有机碳的微生物矿化过程。室内控制实验证明，铁膜中的三价铁作为有机碳矿化的电子受体加速了稻田有机碳的矿化过程，进而提升了稻田CO₂排放速率。该研究为深入理解稻田土壤有机碳矿化的微生物过程提供了新视角，为降低稻田温室气体排放提供了新的理论依据。

相关研究成果以Rice root Fe plaque enhances oxidation of microbially available organic carbon via Fe(III) reduction-coupled microbial respiration为题，在Soil Biology and Biochemistry上发表。研究工作得到国家自然科学基金项目、国家重点研发计划青年科学家项目的资助。

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水稻根表铁膜影响稻田有机碳矿化机制示意图