根际沉积碳在土壤中迁移机制

长期定位试验是系统研究土壤肥力演变和肥效变化规律的重要手段，而根际沉积碳的迁移对土壤培肥起着重要作用。根际沉积碳的迁移机制受多种因素的影响，从土壤物理学的角并来讲，驱动因素主是分为土壤孔隙度和土壤水稳性团聚体的特征，从根际沉积碳的迁移方向分为水平迁移和垂直迁移。本项目以中国科学院海伦农业生态实验站为研究平台，以海伦站1991年布置的作物长期连作定位试验为基础，以其中大豆（C3作物）和玉米（C4作物）两个处理土壤样品为供试材料，通过田间定位试验和室内模拟试验相结合，以δ13C丰度和13C-CO2标记为研究方法,结合物理力学原理，应用土壤当量孔径与土壤水吸力的关系，以C3作物和C4作物光合作用过程中存在的碳同位素分馏差异为理论基础，研究上述因素对根际沉积碳迁移机制的影响。研究成果将为我国黑土地资源可持续利用提供重要科学依据。

本项目以中国科学院海伦农业生态实验站于1991年布置的作物长期连作定位试为基础，以其中大豆（C3作物）和玉米（C4作物）两个处理土壤样品为供试材料，通过田间试验与温室模拟试验结合，采用13C稳定同位素富聚标记方法，和C3和C4作物自然丰度法，系统研究了根际沉积碳在土壤中迁移机制。.结果表明，玉米－土壤根际系统内，根际沉积碳最远迁移距离为距根表14mm处。玉米根际沉积碳主要富积在>2 mm 和1–2 mm级水稳性团聚体中，说明根际沉积碳通过团聚体来保护根际沉积碳。除了水平方向距根表4和6mm根圈外，距离根表越远土壤δ13C越小，根际沉积不同空间分布主要是由微生物分解，在水平方向比垂直方向土壤湿度小，减少微生物分解。这进一步说明，自然条件下根际沉积碳迁移能力比根箱强。根际沉积碳在土壤孔径中迁移能力主要受孔径当量的影响，以<2um微孔径运输为主。. 无论连作大豆还是连作玉米作物根际沉积碳主要分分在>2 mm 和 1.0-2.0 mm粒级团聚体中。农田长期连作根际土壤有机碳含量基本趋于稳定，但对水稳性团聚体粒级分布的影响仍有显著差异。根际土壤WSA>0.25mm占土壤总量的质量分数以如下顺序：GL > BL > CM > RM > RS > CW > RW > CS，土壤团聚性（MWD）与土壤总有机碳含量具有显著相关关系。WSA>0.25mm有机碳含量与土壤总有机碳含量呈极显著正相关，而WSA>2mm质量分数与有机碳含量，对平均重量直径的大小具有决定作用。. 通过13C标记试验表明，玉米光合碳分配有滞后现象，经过1周示踪期，光合碳分配趋于稳定。施肥影响玉米光合碳的分配，缺素处理CK、NK、PK玉米地上部δ13C值较高为333.5~339.5‰，而养分均衡NP、NPK和NPKM处理地上部δ13C值较小，为168.8~196.0‰。NK处理在标记当天地上部13C的分配比例最大，为76.12%，标记7d后变为53.26%。NPKM处理土壤有机碳13C的分配比例增加最大由标记0天的0.98%到标记7 d后3.50%，增加了2.52个百分点。根际沉积13C的分配，标记后0 d根际沉积的13C中的52.89%~94.38%通过根际呼吸所消耗，NPKM和NPK处理消耗最大，达94.38%和93.59%，在标记7d后，标记时形成的13C光合产物分配达到平衡状态。