生態(tài)系統(tǒng)地下碳輸入與輸出過程是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳分配和轉(zhuǎn)化的核心, 并直接影響著全球碳循環(huán)。全球大約一半的光合同化碳輸入土壤中，每年約為60Gt碳，主要來自于植物殘?bào)w或活根系分泌物。因此，明確作物光合同化碳在作物地上地下的分配是評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)固碳的先決條件。
短期的碳同位素（13C或14C）脈沖標(biāo)記技術(shù)是常用的評(píng)估作物光合碳分配和向土壤輸入的手段。然而，由于標(biāo)記碳在作物-土壤系統(tǒng)的分配受到作物生長階段和標(biāo)記后取樣時(shí)間的雙重影響，嚴(yán)重限制了光合同化碳分配的準(zhǔn)確估算。盡管旱地作物的光合同化碳分配已經(jīng)出現(xiàn)系列綜述研究，然而關(guān)于水稻生態(tài)系統(tǒng)的研究尚且缺乏。
為解決該問題，中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所吳金水研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合德國哥廷根大學(xué)的研究人員結(jié)合文獻(xiàn)數(shù)據(jù)和該團(tuán)隊(duì)已開展的標(biāo)記試驗(yàn)數(shù)據(jù)，揭示了脈沖標(biāo)記下，水稻光合同化碳受標(biāo)記時(shí)間、取樣時(shí)間、和氮肥使用的影響（圖1,2）。并在此基礎(chǔ)上，綜合估算了稻田光合同化碳向土壤的輸入量（圖3）。
研究表明，水稻光合碳向根系和土壤的相對(duì)輸入隨著水稻生長而降低。脈沖標(biāo)記后立即取樣，水稻光合同化碳在地上部、根系、和土壤中的分配約為90±1%、6±1%、和4±1%（圖1）。脈沖標(biāo)記后，6h取樣水稻光合碳在地上部分的分配約為85%，60天后則降低到64%。脈沖標(biāo)記后，光合碳向根系的轉(zhuǎn)移在前10天隨著時(shí)間的延長而增加，之后處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，約占總光合碳的18%（圖1）。研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，根際沉積碳和根系碳含量有著很強(qiáng)的相關(guān)性。根際沉積碳占根際碳的比例不受標(biāo)記時(shí)間和取樣時(shí)間的影響，但是氮肥將其比例從0.30增加到0.44（圖2）。同時(shí)基于文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，研究表明光合同化碳向土壤的輸入量約占根系碳量的34%?；诖?，我們估算一季水稻的地下碳輸入量為630-1080 kg C ha-1，其中包括160-330 kg C ha-1的根際沉積碳（圖3）。研究表明單次脈沖標(biāo)記結(jié)果的準(zhǔn)確性較差，多次多生育期脈沖標(biāo)記將有助于提升稻田光合同化碳輸入量的精確估算。
該項(xiàng)研究近期以題為Allocation of assimilated carbon in paddies depending on rice age, chase period and N fertilization: Experiment with 13CO2 labelling and literature synthesis發(fā)表在Plant and Soil上。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、中德國際合作項(xiàng)目、中科院亞熱帶農(nóng)業(yè)研究所青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目等資助。
圖1 標(biāo)記時(shí)間（水稻生長發(fā)育期）、取樣時(shí)間對(duì)水稻光合碳分配的影響
圖2 水稻根系碳含量和根際沉積碳的相關(guān)性
圖3 水稻光合碳在土壤-作物系統(tǒng)的分配量化圖