玉米根际沉积碳在黑土中的激发机制

根际沉积碳是促动土壤原有有机碳激发的要素，科学调控和利用根际沉积碳的激发效应对提高土壤肥力至关重要，然而根际沉积碳的激发机制尚不清楚。本项目以中国科学院海伦农业生态实验站长期定位试验为依托，利用大豆（C3作物）连作处理耕层0-20cm土壤样品为供试材料，通过室内模拟与盆栽培养试验相结合，采用δ13C丰度和13C-CO2标记方法，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，分析玉米根际沉积碳对黑土区土壤有机碳的激发能力，探讨玉米根际沉积碳在各粒级水稳性团聚体和不同碳组分（轻组有机碳、闭蓄态有机碳和矿质态有机碳）中的激发效应，明确玉米根际沉积碳激发效应的本质来源，阐明玉米根际沉积碳的激发机制，将为我国黑土资源可持续利用提供重要科学依据。

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和长期定位施肥试验为辅助试验，以其0-20cm土壤样品为供试材料，通过田间试验与模拟试验结合，采用13C稳定同位素富聚标记方法，C3和C4作物自然丰度法，为系统研究了根际沉积碳对黑土有机碳的激发机制。.1）施肥影响根际沉积碳的分配.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7 d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，转移到地下的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%。.2）玉米根际沉积碳迁移能力超出预期.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。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<2μm微孔径运输为主。.3）团聚体有机碳激发效应主要决于团聚体对有机碳的保护作用.各团聚体土壤排放CO2的速率相似，与添加秸秆无关。添加5%秸秆后的第7，21和35天，呼吸速率增加量分别为未添加处理的2.41~4.42，0.84~1.50和0.72~2.65倍。而添加10%秸秆的土壤，培养前期，CO2释放速率显著大于5%的处理（P < 0.05），后期趋于一致。添加5%秸秆比10%处理对团聚体碳激发作用大，表现出来的规律为（>2）> 0.25-0.5 > 0.053-0.25 > 0.5-1.0 > 1-2 > (<0.053)mm。外源碳对团聚体有机碳的激发作用与团聚体碳含量和C/N无显著关系，取决于团聚体对有机碳的保护作用。