热带和亚热带地区长期植稻过程中形成了特殊的人工湿地土壤，即水稻土。相比于旱地土，水稻土具有特殊的氧化还原过程，土壤中的有机质可以支撑更多的微生物生物量，然而，这一现象的内在机制还缺乏系统地解释。
中国科学院亚热带农业生态研究所吴金水研究团队从Web of Science数据库中筛选了129篇文章中通过氯仿熏蒸提取或培养法测定的水稻土（>1700个）和水旱轮作（>1100个）土壤微生物生物量碳（MBC）和微生物生物量氮（MBN）含量数据，对其进行了荟萃分析，并与邻近旱地土壤（>360个）进行比较，结果表明：水稻土MBC含量是旱地土壤的两倍。与旱地土壤相比，稻田MBC含量高的可能原因为：与旱地作物相比，1）水稻植物的根系碳和根沉积物输入量更高；2）氧气可利用率较低，因此微生物周转较慢；3） 水稻土微生物碳同化效率高；4）稻田铁氧化物的作用有利于碳稳定。水田轮作、水田和旱地土壤中MBC在土壤总有机碳中的比例分别为3.5%、2.5%和2.1%。与旱地（9.9 ± 0.21）相比，水稻土中较高的微生物生物量C/N比（12.4 ± 0.11）反映了与缺氧条件下较慢的C损失相关的大量N损失（通过硝酸盐淋溶和反硝化作用）。尽管水稻种植的热带和亚热带地区温度更高，灌水条件更好，但与旱地土壤相比，水稻土的微生物生物量周转慢1.1-1.6倍。多元逐步回归和冗余分析表明，在水稻土、水旱轮作土壤中，相似的土壤因子（如全氮和有机碳）影响微生物生物量，而pH和有机碳含量主要影响旱地土壤中的微生物生物量（图1）。水旱轮作土壤具有交替的好氧-缺氧循环，可以吸收有机化合物并与铁（羟基）氧化物共沉淀，这是有机碳稳定的另一个机制。因此，在氧气限制条件的淹水水稻土中，微生物活性降低和微生物周转缓慢导致水稻土中微生物生物量的含量比旱地高近两倍，这对于水稻土微生物多样性和碳汇效应的维持具有重要意义。
上述结果以Paddy soils have a much higher microbial biomass content than upland soils: A review of the origin, mechanisms, and drivers为题，发表在Agriculture, Ecosystems & Environment上。该研究得到国家自然科学基金、湖南省自然科学基金等项目资助。
图1 水田、水旱轮作和旱地土壤微生物生物量（碳、氮）含量差异的影响因素概念框架图