施氮对光合碳在水稻—土壤—微生物系统中分配的影响

【摘要】土壤碳循环是陆地生态系统物质和能量流动的重要环节,其中农田土壤碳循环由于与人类活动的密切相关而备受关注。作物光合同化碳作为农田土壤有机碳的重要来源,其产生过程、向地传输以及分配稳定都需要详细的探究。氮(N)肥是影响光合碳输入与分配过程重要的营养元素之一,对作物的生长和产量形成具有重要的意义。因此,研究氮肥对光合碳在植物-土壤-微生物系统中的传输和分配,以期为明确氮肥对光合碳传输过程的具体影响和深入了解农田土壤碳循环过程提供理论依据和数据支持。应用稳定同位素13C-C02连续标记技术,通过室内密闭培养实验研究不同施氮处理下(依次为NO、N10、N20、N40、N60,0、10、20、40、60表示施氮水平mgN·kg-1soil)水稻光合碳向土壤系统的输入及其在土壤活性碳库、土壤物理分组、土壤化学分组和土壤微生物群落中的分配特征。主要研究结果如下：(1)施氮水平显著影响水稻植株的生长和光合碳在水稻-土壤中的传输。标记培养18d后,水稻地上部和根系的干物质累积量分别为1.58～4.35g·plot-1和1.05～2.44g·plot-1,水稻植株生物量受施氮处理显著影响,且随着施氮量增加而增加。进入水稻地上部和根系的标记13C分别为44.0～157.6mg·plot-1和8.3～49.4mg·plof-1。水稻-土壤系统中总的13C量范围为63.4～233.0mg·kg-1,说明施氮能显著增加进入土壤的光合碳。13C-地上部、13C-根系、土壤中13C在水稻-土壤系统中所占比例分别为68.0-71.4%,11.8～21.4%和10-20%,其中地上部的中光合碳量的比例不受氮水平影响(2)光合碳在土壤活性碳库(DOC、MBC),土壤物理分组(2-0.25mm、0.25-0.053mm.<0.053mm),土壤化学分组(FA、HA、Hu)中的分配受施氮水平的影响显著。从N0-N60处理,土壤13C-DOC的含量范围为4.82～14.51μg·kg-1,土壤13C-MBC含量范围为540.04～1484.40μg·kg-1,光合碳的输入增加了土壤活性碳库的含量。5个氮水平处理下光合碳对土壤MBC的更新率为0.08～0.25%,大于对土壤DOC的0.04～0.11%的更新率。氮肥水平对2-0.25mm和0.25-0.053mm团聚体中光合同化碳的分配有着显著的影响,但对粘砂粒(<0.053mm)的影响不大,5个施氮水平下,2-0.25mm.0.25-0.053mm团聚体和<0.053mm粘砂粒中的13C含量变化范围分别在1.32～7.00mg·kg-1、2.02-4.13mg·kg-1和0.48～1.14mg·kg-1,<0.053mm粘砂粒明显低于另外两个团聚体。土壤腐殖质三组分HA、Hu和FA的光合同化碳含量总体呈现以下趋势：13C-HA<13C-Hu<13C-FA,13C-HA为0.23～0.46mg·kg-1,13C-Hu为1.87-5.89mg·kg-1,13C-FA为3.24～8.43mg-kg-1,氮水平对FA和Hu的光合碳纳入有显著影响。(3)氮水平的增加对土壤微生物种群和数量有显著的促进作用,主要为总PLFA和真菌PLFA的增加。土壤微生物种群中13C-PLFA量为真菌>G+>G->放线菌>AM真菌,氮水平能都促进微生物对13C的吸收,尤其是真菌、G+、G-。13C-MBC和总13C-PLFA的量随着均施氮水平的增加而增加,但两者在整个植物-土壤-微生物系统中所占的比例却是随着施氮量的增加而下降。表明MBC与PLFA对于土壤微生物活性的表达具有一致性。通过典范对应分析表明,水稻、土壤系统中13C-根系/13C-秧苗对微生物群落组成有显著的影响。综合分析光合碳在植株、土壤、微生物中分配的相关性,水稻生物量、植株13C量、13C-SOC,土壤团聚体(2-0.25mm,0.25-0.053mm,<0.53mm)13C量,土壤腐殖质组分(FA、HA)13C量,土壤活性碳库(DOC,MBC),土壤微生物对光合碳的纳入之间均呈不同的显著性正相关关系。胡敏素的13C量均与植株、土壤、微生物系统中各部分的13C含量的相关系数小于0.5,无明显相关性,这与它的性质具有密切的关系。氮水平对光合碳在植株-土壤-微生物系统中的传输分配有着显著的影响,光合碳在植株、土壤、微生物系统中的分配因组分性质的差异表现出差异性。
【作者】谭立敏；
【导师】李科林；葛体达；
【作者基本信息】中南林业科技大学，环境工程，2014，硕士
【关键词】13C连续标记；施氮；水稻光合碳；土壤碳库；微生物群落；分配；

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