亞熱帶水稻土碳循環的生物地球化學特點與長期固碳效應
摘要：稻田是我國重要的農田生態系統，對農業生態環境保護和國家糧食安全具有舉足輕重的作用。水稻土有機碳循環既是土壤物理、化學、生物過程和土壤肥力的基礎，又與土壤固碳功能、溫室氣體產生和排放密切相關。近10年來，本研究團隊以探討水稻土固碳（肥力提升）與減排科學原理為目標，瞄準土壤有機碳礦化的“控制閥”假說與“激發效應”、水稻土固碳與溫室氣體排放的生物地球化學過程機理等前沿性的重要基礎科學問題，遵照以典型案例（典型景觀單元和長期定位試驗監測）揭示區域水稻土有機碳演變基本規律與固碳潛力，借助模擬試驗闡明水稻土長期固碳的生物地球化學機理的整體研究思路，運用同位素示蹤和生物分子技術，系統研究了亞熱帶水稻土碳的生物地球化學循環特點與長期固碳效應。研究表明，過去30年間，水稻土有機碳處于持續增加狀態，增幅達60％，年平均固碳速率為0．28t／hm2，具有明顯固碳效應；且水稻同化“新碳”的輸入抑制了水稻土原有有機碳的礦化，表現出明顯的負激發效應，證實了亞熱帶水稻土的“阻滯效應”。量化了水稻生長期間光合碳對土壤有機碳各組分的貢獻及其對氮素的響應特征；發現水稻光合碳向土壤微生物快速轉移，同化根際碳的微生物主要為真菌和革蘭氏陰性菌。發現稻田土壤具有微生物光合同化大氣CO2并將其轉化為土壤有機碳的能力；農田土壤固碳功能種群主要包括固碳細菌和藻類。闡明了稻田土壤有機質周轉過程的生態化學計量學特征，揭示了“水稻-微生物-土壤”相互作用的養分調控機理，以及土壤C、N、P等元素耦合的微生物計量學調控機制。基于微流控芯片技術，構建土壤芯片并實現了土壤微界面生物地球化學過程的動態模擬和監測。提出基于丘陵區稻草“易?
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