潘根兴教授团队New Phytologist 最新成果｜定量评估生物质炭对水稻-土壤系统中光合碳动态...
最近，农业部发布了2021年农业引领性技术－秸秆炭化（还田）固碳减排技术。但是，生物质炭施用下农田固碳减排效应的来源及其贡献一直是科学研究的焦点问题。特别是对生物质炭农田施用下作物光合碳在植物-土壤系统中同化及其动态的认识仍是空白。近日，南京农业大学农业资源与生态环境研究所潘根兴教授团队在New Phytologist 杂志(IF 10.1)在线发表了题为“Quantitative assessment of the effects of biochar amendment on photosynthetic carbon assimilation and dynamics in a rice-soil system”的研究论文，定量评估了稻田施用生物质炭对水稻氮素利用效率和光合碳在植物-土壤系统中同化及其动态的影响，为认识秸秆炭化还田的固碳减排效应及其农业施用提供了依据。
为合理评估生物质炭对农田系统固碳的影响，需对植物-土壤系统中光合碳的响应进行定量研究。为此，本试验设置了生物质炭与氮肥两个因素，采用尿素15N标记与13CO2脉冲标记的同位素双标记技术，定量分析评估生物质炭施用下水稻分蘖、拔节、抽穗和蜡熟期氮素利用效率（NUE）和光合碳在植物-土壤系统中同化与分配的变化。研究结果表明，生物质炭并不改变水稻光合13C在植物-土壤系统中的分配比例。但是，生物质炭配施氮肥增加了茎叶、根和土壤中光合13C的同化量，与单施氮肥相比分别增加23%、14%和20%。此外，施用生物质炭可降低15N素的损失量而提高了其在土壤中的滞留，进而显著提高了（>20%）在抽穗与成熟期的水稻植株氮素利用效率。
Fig. 1 生物质炭施用（0,1%）和施用氮肥（0, 198 mg N kg-1土）下水稻地上部和根系生物量变化（CK,不施氮或生物质炭; B,施生物质炭; N, 施氮；BN, 施氮和生物质炭. 下同）
Fig. 2 施用生物质炭和氮素对水稻地上部（a）、根系（b）和土壤（c）13C 同化量的影响
Fig. 3 施用生物质炭和氮素对水稻分蘖期(a)、拔节期(b)、抽穗期(c) 和蜡熟期(d) 13C在水稻—土壤系统中分配比例的影响
Fig. 4 有无生物质炭对水稻籽粒、茎叶和根系氮素利用效率及氮素总利用率的效率
Fig. 5 生物质炭施用与否对标记尿素氮的土壤保持（实线）和系统损失（虚线）的影响.
本研究强调了生物质炭施用下植物-土壤系统中光合碳同化量的增加对生态系统固碳的重要性。在施氮的条件下，生物质炭可通过提高氮素利用效率而提高作物的生产力，进而提高植物体内光合碳的同化量，从而增加地下碳的输入并提升土壤的固碳潜力。
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论文链接
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https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.17651
研 究 简 介
本研究是由南京农业大学农业资源与生态环境研究所潘根兴教授团队独立完成，论文第一作者是2017级博士生刘志伟，通讯作者是郑聚锋教授。近十几年，潘根兴教授所带领的土壤学团队一直致力于生物质炭技术的研发、应用与推广，已在Geoderma、GCB-Bioenergy、AGEE、JEM等期刊上发表多篇关于生物质炭的科研论文，在生物质炭提升土壤固碳潜力与土壤健康，助兴绿色农业生产等方面提供了理论依据与实践参考。