水稻根际沉积碳在土壤碳库中的转化动态及稳定机制

Crop photosynthesized carbon is an important component in the carbon cycling of "atmosphere-plant-soil" system, and main source of soil organic carbon. However, the carbon dynamic, stability, and microbiology mechanism of crop rhizodeposition ("new carbon") in the soil carbon pool still remains unclear. Therefore, this project will use the "plant - soil - microbial ecological processes" as the main line, red soil in southern China as the research object, and rice as the test crop. The allocation of "new carbon" in the flooded paddy soil and its contributions to soil carbon sequestration will be measured by 13C tracer experiment with stable isotope pulse labeling method. The structure, abundance and diversity of soil microbial communities involving in the soil "new carbon" turnover process will be investigated by using PCR, real-time PCR, T-RFLP, molecular cloning and sequencing techniques to reveal the linking microbial community structure and allocation of "new carbon". The due results can provide a theoretical basis for an in-depth understanding of terrestrial ecosystem carbon cycling, and also be benefit to the reduction of greenhouse gas emission and increment of carbon sequestration win-win.

作物光合碳是"大气-植物-土壤"碳循环的重要组成部分，也是农田土壤有机碳的重要来源，然而作物根际沉积碳（"新碳"）在土壤碳库中的转化动态、稳定性及微生物学机制目前尚不清楚。因此，申请项目以"植物-土壤-微生物生态过程"为主线，以中国南方红壤为研究对象，以水稻为供试作物，综合应用碳稳定同位素13C脉冲标记技术和现代微生物分子生物方法，通过室内培养实验，研究水稻"新碳"在土壤碳库中的转化规律、稳定性及其对土壤有机碳库的贡献；并进一步从微生物分子生态角度探索农田土壤中参与"新碳"转化的微生物群落结构、多样性和数量特征，揭示"新碳"在土壤碳库中周转的微生物学机制。通过上述研究可为深入了解陆地生态系统碳循环过程、实现农田土壤固碳和减排双赢提供理论依据。

作物光合碳是“大气—植物—土壤”碳循环的重要组成部分，也是农田土壤有机碳的重要来源，然而作物根际沉积（“新碳”）在土壤碳库中的转化动态、稳定性及微生物学机制目前尚不清楚。因此，本项目以“植物—土壤—微生物生态过程”为主线，以中国南方红壤为研究对象，以水稻为供试作物，综合应用碳稳定同位素13C脉冲标记技术和现代微生物分子生物方法，通过室内培养实验，开展 “新碳”在土壤碳库中的转化规律及微生物机理研究，主要获得以下研究成果：.1）.不同生育期13C-光合碳在植物-土壤系统的分配规律不同，生长前期光合碳向根系及土壤中分配的比例高，具有较强的碳汇能力，而随生育期光合碳在根系及土壤中的分配比例呈下降趋势，但积累量不断增加。施氮能显著增加进入土壤的水稻光合碳，而地上部的光合碳量的比例不受氮水平影响。光合碳以根系沉积物的形式进入土壤。水稻光合碳的输入增加了土壤活性（DOC和MBC）和惰性（腐殖质）碳库的含量。与原有有机碳的相比，输入的“新碳”易被微生物矿化分解，光合同化碳的输入对维持稻田土壤的碳汇功能具有重要作用。.2）.采用微生物磷脂脂肪酸（PLFA）结合碳（13C）稳定同位素示踪技术，研究了水稻根际沉积碳的微生物利用特征，发现根际沉积能快速被根际微生物利用，其中主要的微生物类群为真菌（18:2 w6, 9c/18:0）、G+（i14:0, a15:0,18:1w9）和G-（16:1w7, 18:1w7c, cy17:0, cy18:0）细菌。施氮对土壤微生物种群和数量有显著的促进作用，尤其是真菌、G+和G-细菌。水稻不同生育期光合碳的输入显著改变了水稻根际碳的微生物同化量及其群落结构，并且与水稻根系生物量及土壤氧化还原电位呈极显著的正相关关系。.通过本项目的研究，揭示了水稻光合碳在植物-土壤系统的分配、转化和矿化规律及其微生物作用机理，为深入了解农田生态系统碳循环过程和应对气候变化提供理论依据。