喀斯特逆境下无机碳源对生物质产出的贡献研究

At present, the feedstock deficiency of biomass industry is principal technical challenge in China. Under the pressure from the short of farmland, a promising route was proposed, which is developping biomass feedstocks in the karst landscape that is unsuit for cereal crops and economic crops. Though inorganic carbon source derived from high-concentration bicarbonate always seriously hinder the growth of most plants under karst adversity, previous study showed that bicarbonate was used as the feedstock for photosynthesis by some plants in the presence of the catalysis of carbonic anhydrase (EC4.2.1.1). In this study, the bicarbonate-use capacity and biomass production of Orychophragmus violaceus, Brassica juncea, and Euphorbia lathylris will be investigated under karst adversity, which is based on the different bicarbonate radical levels and involved drought, low phosphorus, pH and high calcium levels, respectively. Furthermore, the contribution of inorganic carbon source derived from karst landscape for the biomass production will be evaluated and established.

原料供应不足是我国生物质能源产业现阶段发展的首要瓶颈。鉴于我国耕地严重不足的现状，使用不适合粮经作物生长的喀斯特区域发展生物质能源原料是一条有效途径。虽然喀斯特土壤中的高浓度重碳酸盐会严重影大多数响植物的正常生长，但部分植物可借助碳酸酐酶(EC4.2.1.1)的催化作用利用喀斯特无机碳源- - 碳酸氢根离子进行光合作用。本研究拟以不同碳酸氢根浓度营养液为基础，模拟喀斯特逆境（岩溶干旱、pH、低磷、高钙离子），考察诸葛菜、芥菜型油菜和续随子利用碳酸氢根离子能力和生物质能的产出情况，进而评价喀斯特逆境中无机碳源对生物质产出的贡献。

原料供应不足是我国生物质能源产业现阶段发展的首要瓶颈。鉴于我国耕地严重不足的现状，使用不适合粮经作物生长的喀斯特区域发展生物质能源原料是一条有效途径。虽然喀斯特土壤中的高浓度重碳酸盐会严重影响大多数响植物的正常生长，但部分植物可借助碳酸酐酶(EC4.2.1.1)的催化作用利用喀斯特无机碳源——碳酸氢根离子进行光合作用。本研究完成了模拟喀斯特逆境实验（岩溶干旱、pH、低磷、HCO3-），通过考察诸葛菜、芥菜型油菜和续随子利用碳酸氢根离子能力和生物质能的产出情况，进而评价喀斯特逆境中无机碳源对生物质产出的贡献。首先，我们使用稳定碳同位素区别和定量了被植物利用的大气CO2和无机碳（HCO3-）。通过系统实验，我们发现岩溶干旱、pH、低磷及HCO3-胁迫都可刺激植物碳酸酐酶活力，通过碳酸酐酶的催化作用，培养基或喀斯特土壤中的HCO3-可被用于生物质积累。且植物的HCO3-利用份额和能力一般均与碳酸酐酶活力成正比。干旱胁迫下，续随子表现出最高的HCO3-利用能力，重度胁迫下可达26.95%。综合比较，我们发现芥菜油菜具有最广泛喀斯特适生性，续随子、诸葛菜次之。另外，低浓度碳酸氢根离子（5 mmol/kg）可促进三种植物生长。