亚热带稻田底土有机碳周转及其关键调控机理

Subsoils below the horizon of 0~20 cm contributes more than 50% of total soil organic C storage in 1 m soil profiles. Our previous study found that there was a downward movement of topsoil organic C sequestration in paddy soils. Thus, it is necessary to investigate the source/sink characteristics, turnover of subsoil organic C and its regulated key mechanisms in paddy soils. In this project, the historical data analysis and long-term experiment will be taken to study the long-term dynamics of organic C and its fractions in 1 m soil profiles of subtropical paddy soils. A simulate incubation and a field observation will be conducted to analyze the dynamics of subsoil organic C and its response to environmental conditions (soil structure, temperature, NP nutrients, oxygen) and C input (13C-glucose) using technologies of 13C isotope labeling and 13C nuclear magnetic resonance (13C-NMR). The turnover of subsoil organic C was also correlated with aggregates, minerals and microbial community structure and function. The purpose is to distinguish the intensity and effective depth of subsoil organic C sequestration or loss, to reveal the key environmental factors in regulating subsoil organic C turnover, and to clarify the physical, chemical and microbial mechanisms of subsoil organic C turnover. This project will reveal the key regulatory mechanisms of subsoil organic C turnover and stabilization in subtropical paddy soils, and will provide a scientific basis for understanding the subsoil C cycle process in paddy soils.

土壤碳库中50%以上的碳储存于20 cm以下的底土。前期研究发现，稻田耕层以下存在有机碳积累趋势，由此探讨稻田底土有机碳的“源汇”特征、周转动态及其关键调控机理。申请项目拟应用13C同位素标记示踪技术、13C核磁共振技术和现代微生物分子生物学方法，结合历史数据分析、大田原位观测和模拟培养试验，研究亚热带稻田1 m深剖面有机碳库及其组分的变化；分析稻田底土有机碳的周转动力学特征及其对不同环境条件（土壤结构、温度、NP养分、氧气浓度）与外源碳（13C-葡萄糖）输入的响应；探讨底土有机碳周转与土壤团聚体和矿质组成以及微生物群落结构功能的关系。明确稻田底土有机碳积累/损失的强度与有效深度；揭示调控稻田底土有机碳周转的关键环境因子；阐明稻田底土有机碳周转的物理化学微生物作用机理。通过上述系统研究，揭示亚热带稻田底土有机碳周转与稳定的关键调控机理，为深入了解稻田底土碳循环过程提供理论依据。

土壤1m深碳库中50%以上的碳储存于20cm以下的底土。前期研究发现，稻田耕层以下有机碳存在积累趋势，由此探讨稻田底土有机碳的“源汇”特征、周转动态及其关键调控机理。获得的主要研究结果如下：.（1）揭示亚热带水稻土底土有机碳库存在明显的“碳汇”特征. 在1980s和2010s期间，亚热带区绝大多数水稻土的底土（20-100cm）有机碳密度呈现增加趋势，增加的百分比介于1%-27%之间，这一固碳趋势与表土（0-20cm）相近（1%-28%）。这与同一地区的旱地土壤形成鲜明对比，旱地土壤表土和底土有机碳密度在同一时期分别降低了2%-26%和7%-28%。通过进一步计算两个时期水稻土和旱地土壤SOC储量表明，在1980s和2010s的30年间，亚热带区所选典型区域的水稻土表土和底土SOC储量分别增加了5万吨和130万吨，表现为明显的“碳汇”效应。而而旱地土壤表土和底土SOC储量分别损失了76万吨和262万吨，表现为明显的“碳源”效应。.（2）阐明亚热带水稻土底土有机碳的周转动力学特征. 100d的模拟培养试验表明，水稻土表土有机碳的累计矿化量明显高于底土，底土有机碳的稳定性相对高于表土。表土和底土间这种差异的程度因土壤母质而异。且表土和底土有机碳矿化对外源底物的响应程度在不同母质土壤中也有明显差异。因此，土壤母质可能是影响表土和底土有机碳矿化差异的重要因素。而有机碳活性组分对底物添加的响应则主要表现为底土大于表土，土壤母质的影响并不明显。