由中科院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所吳金水研究員領(lǐng)銜的農(nóng)業(yè)生態(tài)過程方向研究團(tuán)隊(duì)近日在水稻光合碳和微生物同化碳的礦化特征及其激發(fā)效應(yīng)獲新進(jìn)展。
土壤有機(jī)碳絕大部分來自光合碳的輸入與轉(zhuǎn)化，光合碳通過根系周轉(zhuǎn)與根系分泌物（根際沉積作用）等進(jìn)入土壤碳庫。來源于根系分泌物及其脫落物的根際沉積碳，由于其代謝周轉(zhuǎn)快，具有復(fù)雜性和多變性，目前已有的一些研究尚未能明確這部分碳的礦化特征。而且，微生物可以通過多條固碳途徑進(jìn)行CO2同化，并形成土壤有機(jī)質(zhì)，對土壤固碳起著重要作用。但是，目前少有研究系統(tǒng)闡述不同來源的光合碳和微生物同化碳輸入土壤后的礦化特征及其對土壤原有有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)的影響（激發(fā)效應(yīng)）。
基于此，該團(tuán)隊(duì)在前期研究的基礎(chǔ)上，采用碳同位素方法結(jié)合二元混合模型（two end-member mixing model），模擬不同來源的“新碳”在（13C-標(biāo)記的水稻秸稈、根系、根際沉積碳以及微生物同化碳）在水稻土中的礦化分解特性及其激發(fā)效應(yīng)。結(jié)果表明，盡管土壤中輸入水稻秸稈和根系的碳量大于根際沉積碳以及微生物同化碳，但是300天培養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)束后，根系（45.5%）和秸稈（31.9%）的礦化率顯著大于根際沉積碳（7.9%）和微生物同化碳（7.7%）；同時(shí)，根系和秸稈在土壤中的平均持留時(shí)間（mean residence time）是39.5天和50.3天，而根際沉積碳（66.3天），尤其是微生物同化碳的持留時(shí)間是195天，是根系和秸稈的4-5倍，說明根際沉積碳和微生物同化碳在土壤中由于表現(xiàn)出了較低的礦化速率和較長保留時(shí)間使得它們對土壤有機(jī)質(zhì)的累積的效應(yīng)更強(qiáng)。此外，水稻根系、秸稈的輸入促進(jìn)了土壤原有有機(jī)質(zhì)的礦化（正激發(fā)效應(yīng)），而根際沉積碳以及微生物同化碳則抑制了原有有機(jī)質(zhì)的分解，進(jìn)一步說明了土壤微生物同化碳在水稻土中的固碳效應(yīng)要比其他三種光合碳（秸稈、根系和根際沉積碳）效果好，其貢獻(xiàn)遠(yuǎn)大于他們碳同化量的差異。該研究為深入解析水稻土碳循環(huán)以及土壤微生物固碳潛力提供了重要的理論基礎(chǔ)。
該研究成果近期以題為Fate of rice shoot and root residues, rhizodeposits, and microbe-assimilated carbon in paddy soil–Part 1: Decomposition and priming effect發(fā)表在Biogeosciences上。該研究得到了中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所公共技術(shù)服務(wù)中心的大力支持，該研究得到了國家自然科學(xué)基金委、中科院先導(dǎo)專項(xiàng)、高端外國專家項(xiàng)目等的資助。
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圖1 水稻秸稈、根系、根際沉積碳以及微生物同化碳在300天培養(yǎng)試驗(yàn)后的累積礦化率（A）及其在水稻土中的平均持留時(shí)間（B）