水稻光合碳和微生物同化碳的矿化特征及其激发效应获新进展

由中科院亚热带农业生态研究所吴金水研究员领衔的农业生态过程方向研究团队近日在水稻光合碳和微生物同化碳的矿化特征及其激发效应获新进展。

土壤有机碳绝大部分来自光合碳的输入与转化，光合碳通过根系周转与根系分泌物（根际沉积作用）等进入土壤碳库。来源于根系分泌物及其脱落物的根际沉积碳，由于其代谢周转快，具有复杂性和多变性，目前已有的一些研究尚未能明确这部分碳的矿化特征。而且，微生物可以通过多条固碳途径进行CO2同化，并形成土壤有机质，对土壤固碳起着重要作用。但是，目前少有研究系统阐述不同来源的光合碳和微生物同化碳输入土壤后的矿化特征及其对土壤原有有机质周转的影响（激发效应）。

基于此，该团队在前期研究的基础上，采用碳同位素方法结合二元混合模型（two end-member mixing model），模拟不同来源的“新碳”在（13C-标记的水稻秸秆、根系、根际沉积碳以及微生物同化碳）在水稻土中的矿化分解特性及其激发效应。结果表明，尽管土壤中输入水稻秸秆和根系的碳量大于根际沉积碳以及微生物同化碳，但是300天培养试验结束后，根系（45.5%）和秸秆（31.9%）的矿化率显著大于根际沉积碳（7.9%）和微生物同化碳（7.7%）；同时，根系和秸秆在土壤中的平均持留时间（mean residence time）是39.5天和50.3天，而根际沉积碳（66.3天），尤其是微生物同化碳的持留时间是195天，是根系和秸秆的4-5倍，说明根际沉积碳和微生物同化碳在土壤中由于表现出了较低的矿化速率和较长保留时间使得它们对土壤有机质的累积的效应更强。此外，水稻根系、秸秆的输入促进了土壤原有有机质的矿化（正激发效应），而根际沉积碳以及微生物同化碳则抑制了原有有机质的分解，进一步说明了土壤微生物同化碳在水稻土中的固碳效应要比其他三种光合碳（秸秆、根系和根际沉积碳）效果好，其贡献远大于他们碳同化量的差异。该研究为深入解析水稻土碳循环以及土壤微生物固碳潜力提供了重要的理论基础。

该研究成果近期以题为Fate of rice shoot and root residues, rhizodeposits, and microbe-assimilated carbon in paddy soil–Part 1: Decomposition and priming effect发表在Biogeosciences上。该研究得到了中国科学院亚热带农业生态研究所公共技术服务中心的大力支持，该研究得到了国家自然科学基金委、中科院先导专项、高端外国专家项目等的资助。

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图1 水稻秸秆、根系、根际沉积碳以及微生物同化碳在300天培养试验后的累积矿化率（A）及其在水稻土中的平均持留时间（B）