地下滴灌土壤水分分布对设施种植农田甲烷通量的影响

作     者：王京伟 何秋琴 宋晓伟 牛文全 WANG Jingwei;HE Qiuqin;SONG Xiaowei;NIU Wenquan

作者机构：山西财经大学资源环境学院山西太原030006 西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100 

出 版 物：《环境科学研究》 (Research of Environmental Sciences)

年 卷 期：2023年第36卷第7期

页      面：1368-1378页

核心收录：

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 07[理学] 08[工学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学] 

基　　金：山西省基础研究计划项目(No.20210302123482) 国家自然科学基金项目(No.51679205) 

主　　题：土壤水分分布 CH_(4)通量 根区土壤 根系分叉数 CH_(4)氧化基因 

摘      要：为优化设施土壤水分管理、挖掘固碳减排潜力,该文采用田间控制性试验,以设施农业中普遍栽培的番茄为对象,研究了不同滴灌管埋深(0、10、20、30 cm,依次记为DI、SDI10、SDI20、SDI30)土壤水分状况对土壤甲烷(CH_(4))通量变化的影响及其驱动机理.结果表明:①不同滴灌管埋深的番茄土壤CH_(4)通量呈波动变化,但总体为吸收效应.“植株+土壤条件下,SDI20、SDI30的CH4累积吸收量分别为DI的7.12、4.11倍(P0.05);“根系+土壤条件下,SDI20、SDI30的CH_(4)累积吸收量分别较DI增加26.02%、89.43%(P0.05).滴灌管埋深增加造成的土壤水分分布和水分均匀度差异对土壤CH4吸收量具显著调节作用.②滴灌管埋深显著影响根区土壤理化特性,如SDI10、SDI20、SDI30的土壤NO_(3)^(-)-N含量分别为DI的2.21、2.28、1.54倍(P0.05),SDI10、SDI20的0~20 cm土壤充气孔隙度较DI增加14.45%、33.27%(P0.05);滴灌管埋深增加造成的土壤理化特性改变明显提高了番茄根系分叉数,增强了根-土互作,形成了利于CH4氧化的条件,如SDI20、SDI30显著增加了CH4氧化基因K10944(pmoA-amoA)、K10945(pmoB-amoB)、K10946(pmoC-amoC)的拷贝数,而这些基因拷贝数与CH_(4)累积吸收量、根系分叉数均呈显著正相关.③CH4累积吸收量变化的路径分析表明,CH_(4)氧化基因拷贝数变化是影响CH4累积吸收量的关键因素,而滴灌管埋深变化造成的根系分叉数(R=0.77)与NH_(4)^(+)-N含量(R=0.42)的差异对CH_(4)氧化基因具有显著的直接调节效应.总体上,SDI20、SDI30通过提高根系分叉数、CH_(4)氧化基因拷贝数和果实膨大期叶片鲜质量,增强了“地面植株-根-土交互作用,促进了土壤CH4吸收;DI、SDI10相对减弱了“地面植株-根-土交互作用,抑制了土壤CH_(4)吸收.研究显示,滴灌管埋深通过影响土壤水分分布状况和植株生长差异调节根-土互作以及土壤CH4累积吸收量.