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输入及其稳定机制对水分管理和施氮的响应方面取得了新进展。
光合碳是"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，光合碳通过根系周转与根系分泌物等进入土壤碳库，对维持稻田土壤的碳汇功能起到了十分重要的作用。影响水稻光合碳在土壤-作物系统中分配动态的因素很多，其中，水分和施肥（如施氮）是两个重要的因素。但是迄今为止，更多的研究仅关注于单一管理措施或环境条件下下水稻光合碳的输入和分配，而缺乏施肥和水分两个因素对光合碳向地下部转移及其稳定机制的研究。
基于此，该团队利用碳同位素（13C-CO2）连续标记技术结合土壤有机质的粒径组分分离技术，探讨了水分管理（干湿交替、持续淹水）和施肥（不施氮、施氮）对水稻光合碳输入及其在团聚体内分配的影响。结果表明，施氮（施尿素250 mg N kg-1）增加了水稻地上部生物量、根际沉积碳量以及光合新碳（13C）向根际土的传输量。连续标记22d后，干湿交替和施氮的交互作用显著增加了水稻地上部和根系的13C量，干湿交替施氮与持续淹水施氮相比，水稻地上部和根系13C量分别增加17%和22%；并且，干湿交替施氮处理的根际土13C量也比持续淹水施氮处理高46%。就水分管理而言，不施氮条件下，干湿交替较持续淹水根际土13C量增加43%。而相同水分条件下，施氮增加了根际土大团聚体中的13C量，但是没有增加大团聚体本身的量；施氮还增加了微团聚体及粉粒和粘粒中的13C沉积量和分配比例，且均表现为干湿交替条件下施氮处理较不施氮处理的增加幅度更大。施氮结合干湿交替处理时，对水稻根际沉积碳的固定效率比其余处理更强。因此，施氮与干湿交替有利于水稻的生长发育，既节水同时也能促进光合碳向土壤的输入及其稳定性，从而提高土壤的固碳能力图（图1）。该研究可为深入解析稻田碳循环及水稻土的可持续管理提供理论基础和数据支撑。
该研究近期以题为Rice rhizodeposition and carbon stabilisation in paddy soil are regulated via drying-rewetting cycles and nitrogen fertilisation发表在Biology and Fertility of Soils上。该研究得到了国家自然科学基金委、英国皇家学会牛顿高级学者基金等项目的资助。
图1 水稻根系生物量与根际沉积碳在土壤粒径组分里的相关性