作物同化碳在土壤中的分配、转化及其稳定性机理

作物同化碳是"大气-植物-土壤"系统碳循环的重要组成部分，也是土壤有机碳的重要来源。而在农田生态系统中，作物生长期内同化碳在土壤中的分配、转化及去向的数量特征和机理过程易被忽视。本研究在前期工作基础上，将作物、土壤及微生物作为一个整体，以水稻、小麦和黑麦草为供试作物，应用盆栽试验结合同位素（14C标记）示踪技术研究同化碳在土壤中的分配，量化作物生长期间同化碳对土壤有机碳各组分的贡献；应用光谱分析技术研究同化碳输入土壤有机质中的化学组分和结构特征，阐明其在土壤中的化学转化和稳定性机理；采用模拟培养试验，探讨作物收获后残留在土壤中的同化碳在土壤碳库中的矿化动态，以揭示作物生长输入的"新碳"在土壤中的转化规律。从不同角度揭示同化碳在土壤中的分配、转化及其稳定性机理，进一步探明农田土壤有机碳循环的过程和特征，完善土壤碳循环理论，为农田土壤有机碳的有效调控提供理论依据。

稻田生态系统除了为人类提供粮食等农产品的生产功能之外，还具有较强的固碳功能，对于缓解大气CO2浓度升高有重要作用。本项目以水稻为供试作物，应用盆栽试验结合同位素（14C 标记）示踪技术，研究同化碳在土壤中的分配，量化作物生长期间同化碳对土壤有机碳各组分的贡献；应用土壤有机质粒径-密度分组方法探讨光合碳在土壤物理组分中的含量和分配特征；采用模拟培养试验，探讨作物收获后残留在土壤中的同化碳在土壤碳库中的矿化动态，以揭示作物生长输入的“新碳”在土壤中的转化规律。主要研究结果如下：. (1) 标记种植80d后，水稻地上部和地下部的累积的总碳量范围分别为1.86~5.60 g•pot-1和0.46~0.78 g•pot-1。种植水稻后供试土壤的14C-SOC含量范围为114.3~348.2 mg•kg-1，而14C-DOC、14C-MBC含量范围为4.05~8.65 mg•kg-1、12.5~37.6 mg•kg-1。土壤可溶解性有机碳（DOC）、微生物量碳（MBC）和SOC的更新率分别为6.72%～14.64%和1.70%～7.67%和0.73%~1.99%。. (2) 水稻标记种植80d后，250 ~ 2000 μm粒径的SOC14含量范围为118.23 ~ 309.94 mg•kg-1，SOC14/SOC的比例范围为0.52% ~ 1.55%，均大于20 ~ 250 μm、< 20 μm两个粒径的SOC14含量和SOC14/SOC的比例，250 ~ 2000 μm、20 ~ 250 μm两个粒径的轻组组分的SOC14含量均显著大于相应的重组组分的SOC14含量，说明稻田生态系统通过水稻的根际沉积作用将有机碳（水稻光合同化碳）主要固定在大粒径的轻组组分中，从而提高了土壤有机碳含量。. (3) 100d的室内培养实验表明，输入稻田土壤的水稻光合同化碳易被土壤微生物矿化分解，其累计矿化量显著未种植水稻的土壤。而且，水稻光合同化碳的输入，机制了稻田土壤原有有机碳的矿化，表现出明显的负激发效应，这对维持稻田土壤的碳汇功能具有十分重要的作用。. 通过该项目研究，已发表SCI论文7篇，CSCD论文3篇，培养硕士研究生2名。