水稻基因型与施肥对水稻和小麦植硅体碳汇的影响

发布时间：2020-05-25 13:50

【摘要】：植硅体闭蓄有机碳(Phytolith-occluded carbon,简称PhytOC)是陆地土壤长期封存有机碳的重要机制。植硅体随植物返还到土壤中,被降解后释放出其中包裹的有机碳成为土壤碳库的一部分。植硅体碳在植硅体的包裹下可长期保存在土壤中,对生物地球化学中的碳硅耦合及全球气候变化具有重要的作用。农田生态系统是陆地生态系统至关重要的部分,水稻和小麦作为农田生态系统中重要的粮食作物,种植面积大、富硅能力强,具有较强的植硅体固碳潜力。因此探究水稻和小麦生态系统植硅体碳汇的调控很有必要。本研究通过盆栽试验分析不同吸硅能力的水稻硅含量、植硅体含量、形态、分布及其固碳特征,通过长期定位试验分析不同施肥处理的水稻及小麦植硅体含量及其固碳特征,探究植物硅素吸收及外源肥料添加对水稻及小麦植硅体碳汇潜力的调控特征,为农田生态系统作物植硅体固碳机理提供理论依据。研究主要结果如下:(1)高吸硅基因型水稻硅与植硅体含量分布为鞘叶茎,低吸硅基因型水稻硅与植硅体含量分布为叶鞘茎。不同吸硅基因型水稻叶片植硅体固碳能力最强,其植硅体碳含量整体变化趋势为叶茎鞘,干物质植硅体碳整体趋势为叶鞘茎。(2)高吸硅基因型水稻的植硅体碳含量显著低于其突变体,但其硅含量、植硅体含量、干物质植硅体碳含量、干物质量显著高于低吸硅突变体。因此高吸硅能力水稻植硅体及植硅体碳储量显著高于低吸硅水稻,每盆水稻产生的植硅体碳储量为Lsi2野生型(377.39 mg)Lsi1野生型(311.35 mg)Lsi2突变体(151.45mg)Lsi 突变体(52.96mg)。(3)长期施用无机肥降低了水稻植硅体含量、干物质植硅体碳含量、植硅体产生通量及产生率、植硅体碳的产生通量及产生率。与施用无机肥相比,施用猪粪或秸秆等有机物料替代配施增加了植硅体含量、植硅体碳含量、干物质植硅体碳含量、植硅体产生通量及产生率、植硅体碳的产生通量及产生率。猪粪部分替代无机肥处理下的植硅体碳产生通量最高,为87.31kgCO2/ha/yr,相较于不施肥处理每年每公顷可多固定63.97 kg CO2,相较于无机肥处理可多固定的CO2为65.59 kg。不同施肥处理水稻植硅体碳汇量为NPKM(2.37×106 T C02/yr)NPKMS(1.75×106 T CO2/yr)NPKS(0.72×106 T CO2/yr)CK(0.63×106 T CO2/yr)NPK(0.59×106TCO2/yr)。(4)相比不施肥对照,长期施用无机肥降低了小麦的植硅体含量、植硅体碳含量、干物质植硅体碳含量,增加了地上部干物质量、植硅体产生通量及产生率、植硅体碳产生通量及产生率。相比无机肥处理,有机物料(猪粪或秸秆)部分替代无机肥后植硅体含量、植硅体碳含量、干物质植硅体碳含量、地上部干物质量、植硅体产生通量及产生率、植硅体碳产生通量及产生率均显著增加。植硅体产生通量最高为无机肥配施猪粪处理,为7.67kg CO/ha/yr,相较于不施肥及无机肥处理分别增加了 308%和124%,同时,该处理植硅体碳汇也最高,为0.17×106TCO2/yr。
【图文】：

植硅体,过程机,陆地生态系统,有机碳

成过程中封存在植物细胞内的有机碳，，大部分来自于光合作用固定大气中的Ｃ０２逡逑（Ｈｏｄｓｏｎ，邋２０１６；邋Ｓｏｎｇｅｔａｌ，邋２０１６；邋Ｚｎｏ邋ｅｔａｌ，邋２０１７；邋Ｋｘｉｅｔａｌ，邋２０１８ａ）邋0逡逑植株返还到土壤中降解后植硅体将被释放出来（图１．１），其包裹的植硅体碳在逡逑植硅体的保护下可以长期保存，楦硅体经分解后进入到土壤的硅循环中（Ｙａｎｇ逡逑ａｎｄ邋Ｚｈａｎｇ，邋２０１８），其中封存的有机碳将投入到土壤碳库中，大约２０００年后逡逑植硅体有机碳可占土壤总有机碳的８２％。巨大的土壤碳库因环境条件变化、碳存逡逑储机制复杂、土地利用方式不确定等因素而不稳定，绝大部分土壤有机碳不能长逡逑１逡逑

植硅体,固定有机碳,细胞液,液泡

Ｃａｒｔｅｒ邋（２００９）在前人研究的基础上，提出了植硅体形成过程中如何固定有机碳逦＇逡逑的假设模型（图１．３）。正常的细胞中含有液泡、细胞核、细胞液、细胞器（如逡逑５逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S511;S512.1

【参考文献】