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)隊近日在水稻光合碳輸入及其穩(wěn)定機(jī)制對水分管理和施氮的響應(yīng)方面取得了新進(jìn)展。
光合碳是"大氣-植物-土壤"系統(tǒng)碳循環(huán)的重要組成部分，也是土壤有機(jī)碳的重要來源，光合碳通過根系周轉(zhuǎn)與根系分泌物等進(jìn)入土壤碳庫，對維持稻田土壤的碳匯功能起到了十分重要的作用。影響水稻光合碳在土壤-作物系統(tǒng)中分配動態(tài)的因素很多，其中，水分和施肥（如施氮）是兩個重要的因素。但是迄今為止，更多的研究僅關(guān)注于單一管理措施或環(huán)境條件下下水稻光合碳的輸入和分配，而缺乏施肥和水分兩個因素對光合碳向地下部轉(zhuǎn)移及其穩(wěn)定機(jī)制的研究。
基于此，該團(tuán)隊利用碳同位素（13C-CO2）連續(xù)標(biāo)記技術(shù)結(jié)合土壤有機(jī)質(zhì)的粒徑組分分離技術(shù)，探討了水分管理（干濕交替、持續(xù)淹水）和施肥（不施氮、施氮）對水稻光合碳輸入及其在團(tuán)聚體內(nèi)分配的影響。結(jié)果表明，施氮（施尿素250 mg N kg-1）增加了水稻地上部生物量、根際沉積碳量以及光合新碳（13C）向根際土的傳輸量。連續(xù)標(biāo)記22d后，干濕交替和施氮的交互作用顯著增加了水稻地上部和根系的13C量，干濕交替施氮與持續(xù)淹水施氮相比，水稻地上部和根系13C量分別增加17%和22%；并且，干濕交替施氮處理的根際土13C量也比持續(xù)淹水施氮處理高46%。就水分管理而言，不施氮條件下，干濕交替較持續(xù)淹水根際土13C量增加43%。而相同水分條件下，施氮增加了根際土大團(tuán)聚體中的13C量，但是沒有增加大團(tuán)聚體本身的量；施氮還增加了微團(tuán)聚體及粉粒和粘粒中的13C沉積量和分配比例，且均表現(xiàn)為干濕交替條件下施氮處理較不施氮處理的增加幅度更大。施氮結(jié)合干濕交替處理時，對水稻根際沉積碳的固定效率比其余處理更強(qiáng)。因此，施氮與干濕交替有利于水稻的生長發(fā)育，既節(jié)水同時也能促進(jìn)光合碳向土壤的輸入及其穩(wěn)定性，從而提高土壤的固碳能力圖（圖1）。該研究可為深入解析稻田碳循環(huán)及水稻土的可持續(xù)管理提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐。
該研究近期以題為Rice rhizodeposition and carbon stabilisation in paddy soil are regulated via drying-rewetting cycles and nitrogen fertilisation發(fā)表在Biology and Fertility of Soils上。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委、英國皇家學(xué)會牛頓高級學(xué)者基金等項目的資助。
圖1 水稻根系生物量與根際沉積碳在土壤粒徑組分里的相關(guān)性