宁南山区植被恢复中根系生产力及其对有机碳贡献辨析

Root is the principal organ for plant nutrients and water absorption. Since root system acts on plant and soil environment, completed with substance and energy exchange, it is the major nutrition pool and carbon sink in terrestrial ecosystem. Thus, studying the contribution of root productivity to soil organic carbon and the carbon cycling of ecosystem is very important. In our study, we intend to use rhizobox, intact-core and litter bag technique combined with 13C method and biomarkers to study root productivity, quality and their relationship with total organic carbon and fractions, the variation of microbes in the process of root decomposition and transformation and the effect of biomarkers in the rhizosphere on soil organic carbon sequestration. Our aim is :to illustrate the changes of root productivity in different plant communities and the inflections in soil organic carbon fixation and fraction transformation; to judge the mechanism of root acting on soil organic carbon sequestration; and to explore carbon cycle process with soil microorganism mediate in root decomposition; to reveal the interaction and coupling relationship between degraded ecosystem and soil ecosystem and the soil organic carbon sequestrating process during the revegetation in Loess Plateau.

作为植物体吸收养分和水分的主要器官,根系为植物体与环境间的物质和能量交换提供了桥梁，而且它也是陆地生态系统重要的碳汇和养分库。研究根系生产力对土壤有机碳积累的贡献，在生态系统碳循环过程方面非常重要。本研究采用根箱法、土芯法、分解袋法等方法，结合13C同位素和生物标志物，重点研究植被恢复中不同植物群落根系数量和质量特征及与有机碳总量和形态变化的相关关系、根系周转过程中微生物多样性变化特征、典型植物根际标志物及其在土壤有机碳积累中的作用机制。通过研究，阐明宁南山区植被恢复中不同植物群落的根系生产力及根系生产力对土壤有机碳积累的贡献；判定典型植物群落根系周转对有机碳固定及形态变化的作用机制；探明根系分解过程中微生物群落演替及其介导的碳循环过程，从而揭示退化生态系统植被恢复与土壤生态系统相互作用机制及耦合关系；揭示黄土高原植被恢复中有机碳固定的过程。

草地根系是土壤有机碳的主要来源，研究不同封育年限草地根系对土壤有机碳的贡献，在陆地碳循环方面非常重要。在不同的封育年限（封育1 年、5 年、10 年、25 年、30 年），采用全挖法采取1m3土层中的根系，研究根系分布情况。结果表明不同封育年限根系均集中在0-20cm土层，封育年限的增加显著促进了根系的生长。采用分解袋法研究根系分解特征，根系分解在0-45天为快速阶段，45天之后为慢速阶段。根系分解对土壤有机碳有一定增加作用，但增加量较小。采用内生长法和同位素示踪结合测定根系生长对土壤有机碳的贡献，发现5-30年封育样地的植物地下初级生产力（BNPP）为：61.54 ~ 140.23 g C·m2·yr-1。并且残留在土壤中的根源碳占植物地下初级生产力的56.81 ~ 80.86%，决定了根系对土壤有机碳的贡献量。采用原位13C脉冲标记，测定光合碳在植物与土壤中的分配，前期光合碳主要分配于地上部分，3天之后迅速向地下根系转移，并且封育年限的增加增加了光合碳的在土壤中的固定，降低了损失量。同时采用13CO2脉冲标记，分析根系分泌物对土壤有机碳组分的影响，发现根系分泌物对根际土的有机碳含量有显著提高作用，并且根际土中的微生物量碳变化对根系分泌物的输入最为敏感。