^(13)C脉冲标记法:不同生育期水稻光合碳在植物-土壤系统中的分配

定量生育期内植物光合碳在植物组织-土壤的分配规律,对于理解全球碳循环有着重要意义。采用^(13)C-CO_2脉冲标记结合室内培养,通过元素分析仪-稳定同位素联用(Flash HT-IRMS)分析植物各部分及土壤δ^(13)C值,比较了不同生育期下水稻光合碳在不同组织间的分配规律,并量化了水稻光合碳向土壤碳库的转移。结果表明:(1)水稻地上部和根系干物质量随水稻生育期的增加而呈现递增趋势,不同的生育期表现为:分蘖期>拔节期>抽穗期>扬花期>成熟期。而整个生育期的根冠比为0.2—0.4,分蘖期的根冠比最高,随着水稻生育期的增加而递减,到抽穗期以后根冠比稳定在0.2左右。(2)脉冲标记6h后,水稻地上部和地下部(根系)的δ^(13)C值在-25.52‰—-28.33‰,不同器官的δ^(13)C值存在明显分馏效应,且趋势基本一致,即茎杆(籽粒)>叶片(根系);这种由于水稻生育期特性导致的各器官碳同位素分馏的现象,可用于指示不同生育期下水稻光合碳的分配和去向。(3)不同生育期^(13)C-光合碳在植物-土壤系统的分配规律不同,生长前期光合碳向根系及土壤中分配的比例高,具有较强的碳汇能力,而随生育期光合碳在根系及土壤中的分配比例呈下降趋势,但积累量不断增加。(4)不同生育期^(13)C光合碳在水稻-土壤系统中的分配比例差异明显。水稻分蘖期有近30%光合碳用于根系建成并部分通过根系分泌物进入土壤有机碳库(10%),而到成熟期则向籽粒中分配较多,而且光合碳在土壤中的分配比例也随生育期呈下降趋势。研究结果对稻田土壤有机碳循环过程和调控机制的揭示具有重要的理论意义。

不同光照条件下外源钙对“烟株-土壤”系统中光合碳分配的影响

【目的】探讨不同光照条件下外源钙对烟株光合碳分配及烟田土壤碳固持的调控作用。【方法】通过盆栽试验,采用13C-CO2脉冲标记技术,定量研究3种光照条件下外源钙对光合碳在"烟株-土壤"系统中分配比例与周转状况的影响。【结果】(1)光强与外源钙的互作效应对烟草叶片和根系中13C浓度有显著影响,在整个测定期内,叶片13C浓度降低72.4%~75.1%,而根系13C浓度增加30.3%~105.3%;外源CaCl2对各组分13C浓度的增加具有显著促进效果,且在低光或高光胁迫条件下增加比例较高。(2)标记初期,"烟株-土壤"系统中的13C分配以叶片中最高,但随种植时间延长,源器官又重新将光合固定的碳分配给地下部根系和土体,至标记后30 d,根系和土体的13C分配率分别比标记第1 d时增加了1.7~2.6倍和1.0~2.1倍。(3)13C-SOC根际沉积效率在整个测定期内增加了1.3~1.9倍,喷钙处理的根际沉积效率分别比对照增加了5.4%~20.1%(低光)、3.5%~34.5%(中光)、5.6%~29.0%(高光)。随光强增加烟株根际沉积对土壤SOC更新率的贡献增强。(4)光强、外源钙及二者的互作效应显著增加了烟株地上部与根系的生物量积累,总体上表现为:叶>茎>根,与13C在各组分中的分配比例相对应。【结论】光强增加能够促进光合碳在烟株地上部与地下部间的周转及生物量的积累,喷施外源钙能够提高烟株光合碳同化能力并加速土壤中新碳的转化,提高根际沉积效率,促进土壤有机碳积累。

桂林毛村不同土地利用方式下土壤呼吸空间变异特征

为了研究岩溶非岩溶交错区不同土地利用方式下土壤呼吸的空间变异特征及其影响因素,在桂林毛村进行野外观测试验,测定了土壤呼吸速率、δ^(13)C-CO_2值及相应的环境、土壤、植被因子,分析了土壤呼吸的空间变异性及与这些因子之间的关系.结果表明,土壤呼吸速率变化范围为1. 39～5. 31μmol·(m2·s)-1,最高值约为最低值的3. 8倍.毛村不同岩性区下土地利用方式的变化对土壤呼吸具有重要影响,相同岩性区土地利用方式改变前G2点松树林的土壤呼吸速率约为半坡毁林后G1点沙糖桔园的2. 3倍.土壤呼吸导致大气中CO_2浓度增高及δ^(13)C-CO_2值降低,并且两者之间的统计关系可以用反比例函数来描述.结果还发现,在水热条件与全年均值较接近的4月中旬,土地利用方式对土壤呼吸的影响要大于土壤温度、土壤湿度等环境因子.土地利用方式造成的土壤有机碳含量不同是影响土壤呼吸空间变异性的关键因子.在所有观测的生态系统中,土壤呼吸与有机碳含量和全氮含量之间的关系可以用二元线性回归方程描述,并能解释土壤呼吸92. 5%的空间变异性.

水分管理对水稻生长与根际激发效应的影响特征

作物根际沉积碳输入而引起的根际激发效应,对农田土壤碳排放通量和碳平衡起到关键的调控作用.在稻田生态系统中,由于频繁的干湿交替,土壤CO2和CH4排放以及根际激发效应明显有别于其他自然生态系统.因此,明确稻田生态系统干湿交替过程中水稻根际激发效应的方向与强度,对于减缓稻田温室气体排放具有重要意义.本研究采用^(13)C-CO2连续标记法,结合盆栽试验,研究干湿交替和持续淹水条件下,水稻生长以及根际激发效应的响应特征.结果表明,相对于持续淹水处理,干湿交替处理使水稻地上部和根系生物量以及根冠比显著提高,并增加了土壤微生物生物量.持续淹水条件下,13CO2和13CH4排放通量随水稻生长由10.2μg·(kg·h)^(-1)和2.8μg·(kg·h)^(-1)(63 d)增加到16.0μg·(kg·h)^(-1)和3.2μg·(kg·h)^(-1)(75d).而在干湿交替条件下,经过12 d的落干处理13CO2和13CH4排放通量分别降低了57.5%和88.1%.持续淹水条件下,CO2和CH4的根际激发效应表现为正激发效应,而且随水稻的生长而增加.而干湿交替处理下,经过12 d的落干处理,CO2和CH4的根际激发效应分别由0.29 mg·(kg·h)^(-1)和12.3μg·(kg·h)^(-1)(63 d)降低到-0.39 mg·(kg·h)^(-1)和0.07μg·(kg·h)^(-1)(75d).因此,干湿交替处理,能有效促进水稻生长和降低CH4的累计排放量.合理地田间水分管理对于提高水稻产量和降低温室气体排放具有重要意义.