內(nèi)源鐵及添加碳對(duì)水稻土CH4和CO2排放的影響.pdf

1、全球變暖與大氣中的溫室氣體濃度升高具有密切關(guān)系。近年來(lái)，我國(guó)水稻土壤地力的下降以及CH4和CO2等溫室氣體的大量排放已引起了學(xué)者們廣泛關(guān)注。本研究以湖北省幾種代表性的水稻土，采自潛江市的油菜-中稻輪作土(簡(jiǎn)稱(chēng)QR)和休閑/泡水-中稻土（簡(jiǎn)稱(chēng)QF）以及采自咸寧市的油菜-中稻輪作土(簡(jiǎn)稱(chēng)XR)和休閑/泡水-中稻土（簡(jiǎn)稱(chēng)XF）為對(duì)象，在室內(nèi)培養(yǎng)條件下，研究了不同外源碳以及水分條件下的CH4和CO2排放特征及其影響因素;分析了土壤可溶性有機(jī)碳(

2、DOC)與CH4和CO2排放關(guān)系以及氧化還原電位(Eh)、外源碳等對(duì)土壤有機(jī)碳礦化的影響;探討了土壤內(nèi)源鐵的還原與CH4和CO2排放之間的耦合關(guān)系，并利用分子生物學(xué)手段研究了土壤的總細(xì)菌和鐵還原細(xì)菌（FeRB）的群落多樣性及組成結(jié)構(gòu)，從分子生態(tài)驅(qū)動(dòng)機(jī)制上解釋了不同環(huán)境中的異化鐵還原差異以及對(duì)土壤有機(jī)碳礦化的影響。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、叛退畻l件下添加稻草以及稻草+尿素后，XR和QF土壤在培養(yǎng)期間的CH4累積排放量分別為969.

3、53～1692.05和1739.36～1855.55mg C kg-1，遠(yuǎn)高于非淹水條件(WFPS80％)相同處理的CH4累積排放量(125.60～192.48和420.80～448.80μgCkg-1);淹水條件下添加稻草以及稻草+尿素后，XR和QF土壤CO2累積排放量分別為2709.82～2885.53和2036.07～2133.82mg C kg-1，也高于非淹水條件下相同處理的CO2累積排放量（1729.16～1676.51和1

4、628.80～1675.05mg C kg-1）。不同水分下的土壤Eh與CH4的排放速率呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(p＜0.05)。淹水條件下添加稻草后的全球增溫潛勢(shì)(GWP)極大地抵消了土壤的固碳潛能。稻草+尿素添加方式更有利于土壤無(wú)機(jī)氮的釋放。
　?、蒲退畻l件下添加葡萄糖后，QR，QF，XR和XF土壤CH4分別為5.31，35.26，13.92和27.58 mg C kg-1，而CO2累積排放量分別為594.33，620.49，549.

5、42和792.46mg C kg-1。添加葡萄糖顯著促進(jìn)了QR和QF中CH4和CO2排放通量(p＜0.05)，但對(duì)XR和XF無(wú)顯著影響。此外，在培養(yǎng)前20天內(nèi)，F(xiàn)e(Ⅱ)/[Fe(Ⅱ)+Fe(Ⅲ)]比值與CH4排放速率顯著正相關(guān)(p＜0.05)，而CO2排放速率與整個(gè)培養(yǎng)期間Fe(Ⅱ)產(chǎn)生速率呈顯著正相關(guān)關(guān)系(p＜0.05)。異化鐵還原過(guò)程抑制了土壤CH4的排放，尤其在第四紀(jì)紅壤中抑制效果更為明顯。
　?、禽祯?，6-二磺酸鈉(A

6、QDS)對(duì)土壤CH4和CO2排放及異化鐵還原有重要的影響。同一濃度的AQDS添加到四種土壤中，僅QR的CH4累積排放量略有增加外(9.1％)，其他土壤的CH4排放均受到了抑制，且QF，XR和XF的CH4累積排放量分別減少了8.9％，15.3％和42.3％。不同濃度的AQDS添加到QF中，僅200 mg Ckg-1的AQDS增加了CH4累積量，其余添加處理下降低了40.2％～49.4％的CH4累積排放量。在不同的添加實(shí)驗(yàn)中均發(fā)現(xiàn)，AQDS

7、對(duì)土壤CO2排放幾乎無(wú)影響，但對(duì)土壤的異化鐵還原卻有明顯的促進(jìn)作用。
　?、饶┒讼拗菩云伍L(zhǎng)度多態(tài)性技術(shù)(T-RFLP)對(duì)XR和QF土壤微生物群落多樣性分析的結(jié)果表明，XR微生物多樣性明顯高于QF，表明微生物的種群分布與土壤長(zhǎng)期的輪作方式相關(guān);兩種土壤微生物群落大部分以厭氧和兼性厭氧菌為主，有助于解釋微生物的分布及其生化特性是導(dǎo)致不同水分條件下土壤的礦化差異的重要驅(qū)動(dòng)因子。更重要是的，研究發(fā)現(xiàn)兩種土壤的鐵還原細(xì)菌(FeRB)占總?cè)?/p>

8、落的25.7％～30.8％，揭示了FeRB是參與水稻土鐵-碳或鐵-氮循環(huán)過(guò)程的重要種群。
　?、衫酶咄繙y(cè)序技術(shù)對(duì)四種土樣的FeRB種群多樣性進(jìn)行了分析。在四種富集樣中分別獲得了25935～44993條DNA優(yōu)化序列以及554～1056個(gè)分類(lèi)單元(OTUs)。結(jié)果顯示，四個(gè)富集樣的FeRB多樣性大小排序?yàn)閄F＞ QR＞QF＞XR，而XF中FeRB群落多樣性和豐富性均最高，而且與其他三種土樣的FeRB發(fā)育親緣性最遠(yuǎn)。環(huán)境變量分析表

9、明，四種土壤的FeRB多樣性分布受土樣pH、C/N和活性鐵含量的影響。此外，在富集培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，我們還首次發(fā)現(xiàn)了Phingomonas，Pandoraea和Azospira等細(xì)菌具有異化鐵還原的功能。
　　⑹不同母質(zhì)和作物輪作方式下的水稻土CH4和CO2排放在不同培養(yǎng)條件下表現(xiàn)出了顯著差異。除了受土壤水分、外源碳的種類(lèi)以及添加方式影響外，還受到土壤母質(zhì)特征，更重要的是與長(zhǎng)期輪作方式密切相關(guān)。本研究加深了對(duì)水稻土有機(jī)碳的礦化過(guò)程的認(rèn)識(shí)