亚热带稻田生态系统碳氮循环耦合机制研究

全球变化影响陆地生态系统碳和氮循环。氮是碳循环过程中的一个重要限制因子，对全球CO2浓度升高的响应、陆地生态系统碳源/汇潜力具有一定的影响。本项目以稻田生态系统为研究对象，采用区域调查、室内模拟实验与长期田间定位观测试验相结合的方法，对稻田生态系统碳和氮在土壤和植株中的循环、转化和分配进行系统地研究。重点研究不同施肥措施下稻田土壤有机碳和氮的动态变化及其演变关系、水稻植株同化对氮吸收有效性的响应与碳氮在水稻植株中的分配、以及环境因子（温度和水分）和不同碳氮比外源有机物对稻田土壤有机碳和氮矿化的影响。揭示稻田生态系统碳、氮的耦合机制，为探明稻田生态系统碳、氮的积累及碳源/汇变化机理提供理论依据。

本项目以湖南省的8个稻田生态系统长期定位监测试验为平台，结合历史观测资料和同位素标记技术，分析了稻田土壤碳氮的演变规律、水稻植株碳氮吸收潜力、水稻秸秆分解与土壤矿化速率，探讨了稻田生态系统碳氮耦合效应与机制。.研究表明，与不施肥或施化肥相比，长期有机无机肥配施不仅显著促进了水稻植株的碳固定与氮吸收；其土壤有机碳与全氮含量也分别增加54~89％与45~67％。各试验点耕层土壤有机碳和全氮含量均呈极显著线性正相关关系（R2=0.546~0.911，P < 0.01），二者具有较好的耦合效应。此外，耕层土壤碳氮的耦合效应因土壤类型而有所差异。土壤碳、氮关系（C/N比）短期内由于受到施肥措施影响而处在动态变化中，但在长期时间尺度（20年以上）上，8个点不同处理间土壤碳氮比多年平均值为9.7~11.4，差异不显著，表明施肥对土壤C/N比无显著影响。而土壤剖面结果表明，深层土壤有机碳与全氮的积累速率出现明显的分异。.碳同位素标记结果表明，14C标记水稻秸秆在不同质地土壤（砂壤土、壤粘土和粉粘土）上最高矿化速率均以75%WHC下最大。而淹水状态（105%WHC）下，土壤质地对水稻秸秆的分解有显著影响，壤粘土矿化速率分别为砂壤土和粉粘土的2.4和1.3倍。.模拟试验表明，施N水平显著影响土壤来自植物根际分泌物的14C-SOC含量（P＜0.05），显著促进了水稻根际新鲜植物碳的淀积。而不同施N处理下土壤中来自植物光合碳源的微生物生物量（14C-MBC）含量差异显著，不施氮处理最低，仅为4.46 mg C•kg-1，施氮最高达16.90 mg C•kg-1，表明稻田系统耕层土壤碳、氮耦合机制由于施氮因促进了水稻生长过程中根系分泌物的增加和碳的淀积，提高了土壤微生物量与活性，从而促进土壤碳、氮的同步积累，研究结果为探明稻田生态系统碳、氮的积累及碳源/汇变化机理提供了理论依据。.项目按照任务书的要求，完成了各项指标，正式发表论文4篇，其中SCI收录论文2篇，待刊论文1篇，投稿论文1篇；培养硕士研究生4名，其中毕业研究生2名；参加国际会议6人次。