The 13C-CO2 pulsing labeling method: distribution of rice photosynthetic carbon in plant-soil systems during different rice growth stages

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13C-CO2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δ13C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δ13C值在-25.52‰——28.33‰，不同器官的δ13C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13C-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13C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。