水稻根际激发效应的量化及其影响因素与驱动机制

Rhizosphere priming contributes to improve our understanding of the dynamics and stability of soil organic carbon. However, most of previous studies focus on the rhizosphere priming (CO2 emission) of upland crops. Paddy soil is under regularly flooded and intermittently irrigated condition. The size and influence mechanism of the rice rhizosphere priming (CO2 and CH4) are not yet well documented. Therefore, the project select "rice - soil organic carbon" system as the research object, by using the 13 C, 14 C double isotope labeling technique, Binary/ternary hybrid model to quantify the rice rhizosphere priming process; using stable isotope probe technology and molecular biology techniques to identify the activity, quantity and structure characteristics of microbe participating in the rhizosphere priming process, and explore the coupling mechanism between the rhizosphere priming process, the key functional microorganism and environmental factors to reveal the influence factors and driving mechanism of rhizosphere priming; and using the mass balance principle combined with organic physical - chemical grouping method to clarify the effect of the priming on the soil organic carbon loss and evaluate the effect of rice rhizosphere priming on the stability and decomposition of soil original organic matter. This project is expected to theoretically clarify the generation and maintaining mechanism of rhizosphere priming effect and its ecological significance, and in practice, providing a scientific basis for paddy soil management.

根际激发效应在深入理解土壤有机碳动态和稳定性方面起着重要的作用，但以往的研究多侧重于旱地作物的根际激发效应（CO2），水稻土长期处于干湿交替条件，对其根际激发效应（CO2和CH4）的大小和影响机理的研究还甚缺乏。因此，本项目选择“水稻–有机碳”系统为研究对象，采用13C、14C同位素双标记技术、二元/三元混合模型，量化水稻根际激发效应的方向、强度与动态变化；同时采用稳定同位素探针和分子生物学技术，研究根际激发过程的微生物活性、数量及结构变化特征，探讨根际激发过程、关键功能微生物与环境因子之间的耦联机理，揭示根际激发效应的影响因素和微生物驱动机制；运用质量平衡原理结合有机质物理–化学分组方法，探明由激发效应导致的有机碳损失，评价根际激发效应对水稻土原有有机质分解与稳定性的影响。本项目有望在理论上阐明根际激发效应的产生与维持机制及其生态学意义，在实践上为稻田土壤的可持续性管理提供科学依据。

根际激发效应在深入理解土壤有机碳动态和稳定性方面起着重要的作用，但以往的研究多侧重于旱地作物的根际激发效应（CO2），水稻土长期处于干湿交替条件，对其根际激发效应（CO2和CH4）的大小和影响机理的研究还甚缺乏。因此，本项目选择“水稻–有机碳”系统为研究对象，采用13C同位素标记技术量化水稻根际激发效应的方向、强度与动态变化；同时采用稳定同位素探针和分子生物学技术，研究根际激发过程的微生物活性、数量及结构变化特征，探讨根际激发过程、关键功能微生物与环境因子之间的耦联机理等。取得的主要研究结果如下：1）田间水分管理显著影响了光合碳在“水稻-土壤”系统的分配。干湿交替处理较持续淹水处理还提高了根系和土壤中光合碳的分配比例，增加了光合碳向土壤的输入和根际碳的沉积量；2）水分管理影响了土壤微生物群落组成和结构。持续淹水条件下，革兰氏阴性菌在碳周转中起着重要作用；干湿交替条件下，真菌和放线菌的13C-PLFAs含量丰富，增加了土壤碳的固持。3）水分管理显著影响了稻田CO2和CH4的排放及其激发效应。干湿交替处理促进了CO2的排放，抑制了CH4排放。4）再生稻第一季的残茬可抑制微生物对土壤原有有机质的分解，降低了根际激发效应。以上研究结果可为根际激发效应对水稻土原有有机质分解与稳定性的影响评价提供精准数据支持，也为稻田土壤水分科学管理提供依据。