稻油輪作土壤中根系生物標(biāo)志物的定量測定及其隨品種及團(tuán)聚體粒徑的變化.pdf

1、農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)主要來源于作物根系輸入碳的轉(zhuǎn)化和固定，但目前還不能定量評價不同作物根系對土壤有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)。根系生物標(biāo)志物是一類來源于作物根系，成分上區(qū)別于其地上部的特殊烷烴類脂肪酸，并且不同植物或品種的根系標(biāo)志物（脂肪二酸）往往具有不同的碳鏈分子長度及構(gòu)型，使其有可能用來指示植物根系對土壤的碳輸入。本文探討建立作物根系生物標(biāo)志物的定性鑒別與定量分析方法，并以長江中下游地區(qū)典型的稻油輪作系統(tǒng)為對象，采集水稻和油菜不同生育期本體和根際土壤，分

2、析不同品種和不同生育期根系生物標(biāo)志物含量變化，以及在土壤團(tuán)聚體顆粒組中的分布，探討了土壤有機(jī)質(zhì)的作物根系貢獻(xiàn)及其對土壤有機(jī)質(zhì)更新的意義。主要結(jié)果如下:
　　1.實驗摸索了作物根系生物標(biāo)志物的定性與定量分析方法，分離得到水稻和油菜的根系生物標(biāo)志物脂肪二酸(a，ω-DCAs)，其中水稻根系生物標(biāo)志物包括十六烷二酸(C16∶0 DA)、十八烯二酸(C18∶1 DA)、十八烷二酸(C18∶0 DA)，而油菜根系生物標(biāo)志物除了包括以上三種，

3、還包括二十烷二酸(C20∶0 DA)以及二十二烷二酸(C22∶0 DA)，后兩種可以作為油菜特有的根系生物標(biāo)志物。脂肪二酸含量均在10-7 gkg-1以上，并且氣相色譜法分離鑒定方法的靈敏度和檢出限均符合目標(biāo)物脂肪二酸的定量要求，定量分析的平行性（變異系數(shù)＜20％）和回收率(＞80％)均在可接受的范圍，可以定量分析水稻及油菜的根系生物標(biāo)志物。
　　2.進(jìn)行了水稻盆栽試驗，分析了不同生育期的根生物量、根際土與非根際土中有機(jī)碳和根系生

4、物標(biāo)志物中可堿解性脂肪二酸(a,ω-DCAs)含量及其隨生育期的動態(tài)分析。根際土中根系生物標(biāo)志的含量顯著高于全土中的含量，表明通過植物的光合系統(tǒng)及根系沉積作用，輸入的有機(jī)碳被保護(hù)和穩(wěn)定在土壤中。根系生物標(biāo)志物脂肪二酸（十六烷二酸）的含量與根生物量存在弱的相關(guān)性(y=1.71x-3.34，p=0.072)。水稻種植前脂肪二酸含量是4.56±0.59 mg/kg，分蘗期根際土中的含量顯著增高(平均達(dá)60.5％)，其中根生物量大的水稻品種增加

5、更多。從水稻分蘗期到灌漿期，根際土中脂肪二酸則有所下降，平均降低35.9％。與雜交稻相比，超級稻種植下的下降的更為突出，分別下降33.1％和41.3％。
　　3.進(jìn)行了水稻—油菜輪作系統(tǒng)田間試驗，分析了根系生物標(biāo)志物、有機(jī)碳、全氮等指標(biāo)隨品種和生育期的變化，超級稻土壤養(yǎng)分及有機(jī)碳含量高于雜交稻，并且超級稻的根際效應(yīng)更為突出。水稻種植前，與雜交稻田塊相比，超級稻田全土中脂肪二酸(a，ω-DCAs)略有下降，分別為9.57±1.60

6、mg/kg和8.36±1.36 mg/kg。到了分蘗期，雜交稻與超級稻的全土中的含量略有下降，分別為4.1％和9.9％;而根際土中的含量分別為6.46±1.17 mg/kg和8.64±1.47 mg/kg。灌漿期時，其根際土中超級稻種植下根系生物標(biāo)志物含量降低的比雜交稻更多，相對下降了3.26 mg/kg?？傊?，與雜交稻—油菜系統(tǒng)相比，盡管超級稻種植前土壤原有有機(jī)碳含量有所降低，但一個作物年輪作后有機(jī)碳明顯增加，與根系生物標(biāo)志物含量的變

7、化吻合。
　　4.對水稻和油菜根系中生物標(biāo)志物組成及含量的對比分析，以區(qū)分土壤中水稻和油菜不同來源的根系生物標(biāo)志物。水稻和油菜的根系生物標(biāo)志物含量在營養(yǎng)生長期均高于收獲期，水稻分別為217.97±40.38 mg/kg和126.15±36.35mg/kg，油菜分別為820.96±173.82 mg/kg和189.84±21.94 mg/kg;油菜根系的生物標(biāo)志物含量高于水稻根系，其對土壤有機(jī)碳的貢獻(xiàn)也大于水稻，其在土壤中平均殘留時

8、間也高于水稻，水稻與油菜的比為76.17～79.65/100;不過，相對于雜交稻—油菜輪作系統(tǒng)，超級稻—油菜輪作系統(tǒng)土壤中的水稻對總的根系生物標(biāo)志物含量的貢獻(xiàn)更大，分別為23.15～21.89％和29.26～27.72％（超級稻連續(xù)種植5～8年），說明超級稻作物根系比雜交稻對土壤有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率高。
　　5.分析連續(xù)8年種植超級稻下的根際土中團(tuán)聚體的組成及其有機(jī)碳、全氮和根系生物標(biāo)志物的分配，并對比過去研究結(jié)果，比較分析超級稻的種植

9、對土壤碳容量的影響。連續(xù)5年種植超級稻，其全土中粗團(tuán)聚體(2-0.2 mm)顯著增高，平均重量直徑(MWD)也顯著增高;有機(jī)碳含量在2-0.2 mm及＜0.002 mm顯著降低，全氮含量沒變化;根系生物標(biāo)志物含量在全土及小于0.2 mm的三個粒級都有所下降，而0.02-0.002mm粒級中則更顯著，從9.7±2.8 mg/kg下降至4.7±0.5 mg/kg。連續(xù)8年種植超級稻，其根際土中微團(tuán)聚體(0.2-0.02 mm)顯著增加，平均

10、重量直徑(MWD)也有所增高;土壤有機(jī)碳及全氮含量均在粘粒組(＜0.002 mm)顯著增加，根系生物標(biāo)志物含量除在2-0.2 mm粒級中有所下降外，其它各級特別是粉砂級(0.02-0.002 mm)中顯著增加，從6.1±1.0 mg/kg增加至7.8±1.0 mg/kg?？傊c雜交稻種植相比，超級稻種植下土壤中殘留了較多的根碳，且更多地保留在較穩(wěn)定的較細(xì)粒級組分中。
　　綜上所述，本研究探索了水稻、油菜根系生物標(biāo)志物的定量鑒定方