水稻根際沉積碳的輸入和土壤固持對施氮的響應研究

　　水稻根際沉積碳是稻田土壤有機質的重要來源，在土壤有機碳的固持與周轉過程中發揮重要作用，但由于其代謝周轉快，具有復雜性和多變性，盡管已有一些研究，但還不十分清楚這部分碳的命運。

　　根際沉積碳的輸入受作物生長時期和施肥（如施氮）的影響較大。然而，不同生育期的碳同位素標記的估算有可能使光合碳（通過根際沉積作用）輸入的估算出現較大偏差。而且，短時間脈沖標記后的采樣分析也只能體現光合碳在水稻-土壤系統中分配的瞬時性，而不能反映水稻整個生長季光合碳對土壤碳庫的貢獻，進而會導致在評估水稻在一個生長季內光合碳向地下傳輸量時存在較大的偏差。

　　基于此，中國科學院亞熱帶農業生態研究所吳金水研究團隊通過多生育期的碳同位素（13C-CO2）脈沖標記技術（圖1），結合水稻的相對生長速率，對水稻整個生長季內根際沉積碳的輸入進行量化。結果發現，施氮使水稻光合碳在不同時期的輸入提高34-381%。其中進入土壤中的光合碳提高0.9-1.9倍。然而，施氮對整個水稻生長季光合碳在土壤中的凈輸入量影響并不顯著，施氮和不施氮處理下，光合碳的凈輸入量分別為169和146 kg C ha-1。進一步的研究發現，水稻光合碳的固持表現出了較強的根際效應，施氮顯著提高了根際沉積碳在根際土壤中的分配，其凈輸入量約為不施氮處理的1.7倍（圖2）。隨后，研究人員進一步通過水稻營養生長的盛期（拔節期）進行13C-CO2脈沖標記，通過動態采樣擬合，以量化水稻光合碳輸入后的去向以及日均分配量。結果表明，盡管施氮提高了光合碳的初始輸入量，但是其呼吸損失量達不施氮處理的1.5倍。同時，其根系分泌物的輸入量也顯著高于不施氮處理，而根系分泌物較易被微生物利用。可能由于微生物對新鮮碳源周轉速率的增加，盡管施氮提高了根際沉積碳的輸入，然而其最終的截留量（2.1 mg C m-2 d-1）卻稍低于不施氮處理（2.7 mg C m-2 d-1）（圖3）。這些結果對于揭示陸地生態系統碳循環及優化稻田土壤有機碳管理具有重要意義。