农田土壤中活性与难分解有机质在矿物粒级中的转化研究

土壤有机质的循环转化一直是土壤学领域研究的热点，活性有机质和抗分解有机质在土壤中的转化过程以及可能存在的共代谢作用不仅关系到土壤养分的可利用性，更重要的是关系到土壤有机碳的长期稳定性，而矿物粒级的化学保护在二者转化过程中的作用成为土壤有机碳循环研究的热点和瓶颈问题之一，直接影响到土壤有机碳的截获和温室气体排放，因此探讨活性有机质和抗分解有机质在矿物粒级中的转化特征对土壤的高效利用和我国碳循环过程具有重要意义。本研究以我国三种典型农田土壤：黑土、棕壤和红壤为研究对象，采用13C同位素标记物质"多次"施入的室内培养试验方法，系统研究碳水化合物和木质素在土壤中的转化过程和损失途径，揭示土壤碳水化合物各组分与木质素的共代谢作用，同时探讨矿物粒级对碳水化合物和木质素的保护机制。本研究可以为土壤C循环研究奠定基础，为促进有机碳在土壤中的截获，减少温室气体排放提供科学依据。

本研究项目的结果包括两方面内容：（1）外源13C标记葡萄糖向土壤碳水化合物的转化，（2）外源13C 向“土壤-植物”系统中木质素的转化。. 在第一方面，探明了土壤中不同碳水化合物单体的转化速率和容量，发现葡萄糖在被微生物利用重新合成六碳糖时，可以发生分子重组现象，标记碳的位置发生变化，2位C易于重组为3456位，1位C次之，6位C可以重组为1、2位，但比例很小。在合成脱氧六碳糖时，1位C、2位C可重组为3456位，6位C不发生向1、2位的位置转移。微生物作用可以合成五碳糖，在合成五碳糖时，1、2位C可以转化进入345位，6位C在合成阿拉伯糖时不会进入到1、2位。我们在土壤碳水化合物转化机理研究中取得了突破性的进展。另外，我们的研究证明土壤类型对土壤碳水化合物转化有影响，与红壤相比，黑土中微生物利用外源碳合成碳水化合物的能力更强。. 在第二方面，研究了“土壤-植物”系统中，外加标记碳源向植物器官及土壤中木质素的分配转化。根茎中木质素含量在拔节期均下降，而在抽穗期成熟期增加，表明小麦在营养生长阶段，参与形态构建的木质素合成较少，而进入生殖生长阶段后，更多的碳逐渐参与作物形态的构建。各木质素单体的变化表明，C单体（香豆酸和阿魏酸）的含量变化最为迅速，而S单体（丁香酸）和V单体（香草酸）则变化较为缓慢。土壤中木质素含量在抽穗期达到最大。土壤中木质素的变化主要表现在木质素单体组成发生了改变，随着小麦的生长，稳定性较强的V-和S-单体相对增加，C-单体变化不显著。但是，木质素中新碳含量表明，C-单体和V-单体中新碳含量显著高于S-单体，C类单体新碳含量升高与植物中C-单体高含量有关，而醛类单体则由于其在土壤中相对稳定，不易被微生物攻击，故易于累积。另外在S-单体和V-单体中，醛类单体（V醛和S醛）中新碳含量显著高于酮类和酸类单体，证明醛类单体在土壤中相对稳定，不易被微生物攻击，故易于累积。