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基于QMEC分析的青藏高原不同类型冰川前缘地土壤微生物功能潜力

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环境科学 2023年第1期44卷 512-519页

作者：张洁洁 Anders Priemé 陈显轲周汉昌张沁唯庄绪亮秦翔庄国强马安周中国科学院生态环境研究中心北京100085 中国科学院大学中丹学院北京101400 中国-丹麦科研教育中心北京101400 Department of Biology University of CopenhagenUniversitetsparken 15DK-2100CopenhagenDenmark Center for Permafrost(CENPERM) University of CopenhagenØster Voldgade 10DK-1350CopenhagenDenmark 中国科学院大学资源与环境学院北京101408 中国科学院青藏高原研究所北京100101 中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室祁连山冰川与生态环境综合观测研究站兰州730000

微生物通过多种功能代谢过程主导着因气候变暖裸露的冰川前缘地土壤元素的地球化学循环.以青藏高原的海洋型冰川、亚大陆型冰川和极大陆型冰川的前缘地土壤为研究对象,分析不同类型冰川前缘地土壤的微生物功能特征.依次选择玉龙冰川、... 详细信息

微生物通过多种功能代谢过程主导着因气候变暖裸露的冰川前缘地土壤元素的地球化学循环.以青藏高原的海洋型冰川、亚大陆型冰川和极大陆型冰川的前缘地土壤为研究对象,分析不同类型冰川前缘地土壤的微生物功能特征.依次选择玉龙冰川、天山乌鲁木齐1号冰川和老虎沟12号冰川作为三类冰川的典型代表,采用高通量功能基因芯片(QMEC)检测土壤微生物的功能基因特征.结果表明,在三类冰川前缘地土壤中,半纤维素降解基因和还原型乙酰辅酶A途径相关的碳固定基因丰度最高,三者主要的氮功能基因和氨化作用有关,磷、硫功能基因则主要与有机磷矿化过程和硫氧化过程相关.其中,水热条件较好的海洋型冰川的微生物功能基因的种类与丰度最高,其次为环境较为干燥的极大陆型冰川.三类冰川前缘地土壤的微生物功能基因结构的显著差异,证实了地理环境差异对微生物功能特征的影响,也为不同类型冰川前缘地土壤微生物的功能及其介导的元素地球化学循环研究提供了基础.

关键词：青藏高原冰川类型前缘地土壤微生物功能基因高通量功能基因芯片(QMEC)

烟-稻轮作不同施肥土壤N_(2)O排放对水分的响应

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农业环境科学学报 2023年第7期42卷 1655-1665页

作者：赵伟东郭宝玲郑祥洲汤水荣孟磊张玉树海南大学热带作物学院海口570228 福建省农业科学院土壤肥料研究所/福建省植物营养与肥料重点实验室福州350013

为研究水-旱轮作条件中土壤氧化亚氮(N_(2)O)排放对不同施肥处理的响应,本文以亚热带地区长期不同施肥定位试验(烟-稻轮作)土壤为研究对象,设置60%持水量(WHC)+不施肥(UCK)、60%WHC+推荐施肥(UNPK)、60%WHC+高氮施肥(UNhPK)、60%WHC+推... 详细信息

为研究水-旱轮作条件中土壤氧化亚氮(N_(2)O)排放对不同施肥处理的响应,本文以亚热带地区长期不同施肥定位试验(烟-稻轮作)土壤为研究对象,设置60%持水量(WHC)+不施肥(UCK)、60%WHC+推荐施肥(UNPK)、60%WHC+高氮施肥(UNhPK)、60%WHC+推荐施肥配施秸秆(UNPKS)、淹水+不施肥(FCK)、淹水+推荐施肥(FNPK)、淹水+高氮施肥(FNhPK)、淹水+推荐施肥配施秸秆(FNPKS)共8个处理,开展室内培养试验,测定土壤N_(2)O排放及微生物相关功能基因丰度变化,探讨不同施肥土壤N_(2)O排放与相关功能基因丰度对水分的响应规律。结果表明:与CK处理相比,其他施肥处理均显著降低土壤pH,NPKS显著增加土壤有机质(SOM)和全氮(TN)含量;与NPK处理相比,NhPK和NPKS均显著降低土壤碳氮比(C/N)。60%WHC和淹水条件各施肥处理N_(2)O累积排放量分别为0.56~1.44 mg·kg^(-1)和14.89~20.70 mg·kg^(-1)。与60%WHC条件相比,淹水显著促进各施肥处理N_(2)O排放。60%WHC条件下,与UNPK处理相比,UNPKS处理显著降低N_(2)O排放。两种不同水分条件下,N_(2)O累积排放量与铵态氮(NH+4-N)含量均呈负相关,与硝态氮(NO-3-N)含量均呈正相关。相比于UCK处理,UNPK和UNhPK显著提高AOA基因拷贝数,UNPK显著提高AOB基因拷贝数;UNhPK显著降低nirK、nirS和nosZ基因拷贝数,UNPKS显著降低nirS基因拷贝数。相比于FCK处理,FNPK、FNhPK、FNPKS均显著提高AOA和AOB基因拷贝数,均显著降低nirS的基因拷贝数。淹水各施肥处理AOA、AOB基因拷贝数和(nirK+nirS)/nosZ比值分别为60%WHC各施肥处理的1.80~2.49倍、1.19~2.19倍和1.25~1.42倍,与60%WHC相比,淹水促进硝化菌硝化作用和反硝化作用的强度,导致大量N_(2)O排放;UNPKS处理的(nirK+nirS)/nosZ比值比UNPK低21%,相比于UNPK处理,UNPKS处理降低土壤反硝化作用,减少N_(2)O排放。研究表明,淹水条件增加了土壤N_(2)O排放,但减弱了施肥对N_(2)O排放的影响;低水分条件下化学肥料配施秸秆可以显著减少N_(2)O排放。

关键词： N_(2)O排放培养试验长期施肥微生物功能基因水旱轮作

氮添加对西南亚高山针叶林不同深度土壤甲烷吸收潜力的影响

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山地学报 2023年第3期41卷 386-398页

作者：刘新雨敖静王涛常瑞英中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所中国科学院大学

森林土壤是重要的大气CH4汇，氮添加可能增加、抑制或不影响森林土壤CH4吸收。亚高山针叶林是中国西南森林的主体，针对氮添加对亚高山针叶林土壤CH4吸收影响的研究并不充分。本研究依托贡嘎山亚高山针叶林开展氮沉降(氮添加)试验，结... 详细信息

森林土壤是重要的大气CH4汇，氮添加可能增加、抑制或不影响森林土壤CH4吸收。亚高山针叶林是中国西南森林的主体，针对氮添加对亚高山针叶林土壤CH4吸收影响的研究并不充分。本研究依托贡嘎山亚高山针叶林开展氮沉降(氮添加)试验，结合室内微宇宙实验及微生物功能基因分析，测定不同深度土壤在标准实验条件下的CH4吸收速率，明确亚高山针叶林不同深度土壤CH4吸收潜力对氮添加的差异性响应规律及CH4氧化功能基因的调控作用。结果显示：(1)同一氮添加处理下，土壤CH4吸收速率由大到小为矿质层0～5 cm、矿质层5～10 cm、有机层，氮添加未改变土壤CH4吸收潜力的剖面垂直分布规律。(2)氮添加对有机层CH4吸收速率无显著影响(P>0.05),但促进了矿质层土壤的CH4吸收速率。低氮和高氮添加分别促进矿质层0～5 cm土壤CH4吸收142%和58%,促进5～10 cm土壤CH4吸收2550%和650%。(3)CH4氧化功能基因丰度是调控不同土层CH4吸收速率的重要因素，而较高的铵态氮浓度会改变功能基因丰度与CH4吸收速率的相关关系。本研究深化了氮添加对西南典型亚高山森林土壤CH4吸收影响的认识，可为大气氮沉降背景下区域森林土壤CH4汇的准确核算提供科学依据。

关键词：氮沉降森林土壤甲烷氧化微生物功能基因贡嘎山

小麦秸秆生物炭稳定土壤中金属镉及微生物群落响应

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化工环保 2023年第2期43卷 200-205页

作者：王莉王忠晨张广毅艾佳鑫徐敏郑州大学水利与土木工程学院河南郑州450001 郑州大学水利与环境国家级实验教学示范中心河南郑州450001

将小麦秸秆生物炭(WSB)投加至镉(Cd)污染土壤中,考察了WSB对土壤中Cd存在形态、土壤理化性质和土壤微生物群落及功能基因的影响。实验结果表明:WSB对土壤弱酸可提取态Cd的去除率为34.20%;添加WSB后,土壤pH由7.68上升至9.07,氨氮含量由70... 详细信息

将小麦秸秆生物炭(WSB)投加至镉(Cd)污染土壤中,考察了WSB对土壤中Cd存在形态、土壤理化性质和土壤微生物群落及功能基因的影响。实验结果表明:WSB对土壤弱酸可提取态Cd的去除率为34.20%;添加WSB后,土壤pH由7.68上升至9.07,氨氮含量由70.12 mg/kg降低至40.76 mg/kg,硝态氮含量由107.21 mg/kg增加至143.85 mg/kg,土壤阳离子交换量(CEC)由14.59 cmol/kg增加至19.93 cmol/kg,土壤有机碳(SOC)含量由7.00%增加至12.23%。土壤微生物群落分析结果表明,添加WSB有利于提高土壤微生物群落的多样性,同时能够促进与土壤碳循环和重金属去除相关的微生物功能基因响应。

关键词：镉污染土壤小麦秸秆生物炭稳定化技术微生物功能基因

烟-稻轮作不同施肥土壤NO排放对水分的响应

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农业环境科学学报 2023年

作者：赵伟东郭宝玲郑祥洲汤水荣孟磊张玉树福建省农业科学院土壤肥料研究所/福建省植物营养与肥料重点实验室海南大学热带作物学院

【目的】水-旱轮作条件中土壤氧化亚氮(N2O)排放对不同施肥处理的响应对补充亚热带地区N2O排放的研究不足具有重要的意义。【方法】本文以亚热带地区长期不同施肥定位试验(烟-稻轮作)土壤为研究对象，设置60%持水量(WHC)+不施肥(UCK)、6... 详细信息

【目的】水-旱轮作条件中土壤氧化亚氮(N2O)排放对不同施肥处理的响应对补充亚热带地区N2O排放的研究不足具有重要的意义。【方法】本文以亚热带地区长期不同施肥定位试验(烟-稻轮作)土壤为研究对象，设置60%持水量(WHC)+不施肥(UCK)、60%WHC+推荐施肥(UNPK)、60%WHC+高氮施肥(UNhPK)、60%WHC+推荐施肥配施秸秆(UNPKS)、淹水+不施肥(FCK)、淹水+推荐施肥(FNPK)、淹水+高氮施肥(FNhPK)、淹水+推荐施肥配施秸秆(FNPKS)共8个处理，开展室内培养试验，测定土壤N2O排放及微生物相关功能基因丰度变化，探讨不同施肥土壤N2O排放与相关功能基因丰度对水分的响应规律。【结果】结果表明，(1)与CK处理相比，其他施肥处理均显著降低土壤pH，NPKS显著增加土壤有机质(SOM)和全氮(TN)含量；与NPK处理相比，NhPK和NPKS均显著降低土壤碳氮比(C/N)。(2)60%WHC和淹水条件各施肥处理N2O累积排放量分别为0.56～1.44 mg·kg-1和14.89～20.70 mg·kg-1。与60%WHC条件相比，淹水显著促进各施肥处理N2O排放。60%WHC条件下，与NPK处理相比，NPKS处理显著降低N2O排放。(3)两种不同水分条件下，N2O累积排放量与铵态氮(NH4+-N)含量均呈负相关，与硝态氮(NO3--N)含量均呈正相关。(4)相比于UCK处理，UNPK和UNhPK显著提高AOA基因拷贝数，UNPK显著提高AOB基因拷贝数；UNhPK均显著降低nirK、nirS和nosZ基因拷贝数，UNPKS显著降低nirS基因拷贝数。相比于FCK处理，FNPK、FNhPK、FNPKS均显著提高AOA和AOB基因拷贝数，均显著降低nirS的基因拷贝数。(5)淹水各施肥处理AOA、AOB基因拷贝数和(nirK+nirS)/nosZ比值分别为60%WHC各施肥处理的1.80～2.49倍、1.19～2.19倍和1.25～1.42倍，与60%WHC相比，淹水促进硝化菌硝化作用和反硝化作用的强度，导致大量N2O排放；UNPKS处理的(nirK+nirS)/nosZ比值比UNPK低21%，相比于UNPK处理，UNPKS处理降低土壤反硝化作用，减少N2O排放。【结论】本研究结果表明，淹水条件增加了土壤N2O排放，但减弱了施肥对N2O排放影响；低水分条件下化学肥料配施秸秆可以显著减少N2O排放。

关键词： N O排放培养试验长期施肥微生物功能基因水旱轮作

外源硫对甲基汞在土壤—水稻系统中迁移转化的影响机制研究

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外源硫对甲基汞在土壤—水稻系统中迁移转化的影响机制研究

作者：王乐贵州师范大学

学位级别：硕士

汞(Hg)是一种有毒、人体非必需元素。汞的毒性具有累积性和持久性,大气汞能随着大气环流长距离、跨国界传输,已被定义为全球性污染物。汞矿区作为最典型的汞污染场地,长期大规模汞矿开采,使矿区及其周边农田受到严重的汞污染。近年来,... 详细信息

汞(Hg)是一种有毒、人体非必需元素。汞的毒性具有累积性和持久性,大气汞能随着大气环流长距离、跨国界传输,已被定义为全球性污染物。汞矿区作为最典型的汞污染场地,长期大规模汞矿开采,使矿区及其周边农田受到严重的汞污染。近年来,汞矿区水稻富集甲基汞的现象被报道后,食用稻米已成为矿区居民甲基汞暴露的主要途径。硫(S)是植物必需的营养元素,硫肥的农业施加对重金属的影响越来越受到重视。外源硫输入可以影响水稻对甲基汞的吸收与积累,但具体影响机制并不清楚。水稻是我国居民的第一主食,稻米安全直接关系到居民健康和社会稳定,在我国居民粮食需求不断增加、耕地面积逐年减少和环境污染日趋加剧的背景下,深入理解稻田生态系统中甲基汞的生产,弄清楚甲基汞在土壤-水稻系统中的迁移转化机制,保障稻田生态系统的健康和稻米质量安全至关重要。本论文选择贵州省铜仁市万山汞矿区垢溪(GX)稻田土壤(大气沉降汞污染为主)和五坑(WK)稻田土壤(汞矿冶炼炉渣污染为主)。在万山汞矿区垢溪(大气汞高沉降通量)、万山汞矿区深冲口(大气汞中沉降通量)和贵阳市地化所(大气汞低沉降通量)开展盆栽实验,在不同梯度外源硫(硫酸钠)添加后,开展水稻根、茎、叶和果实中汞含量及分布特征研究,利用微生物C、N、P和S功能基因及稳定汞同位素技术手段,探讨不同梯度外源硫输入对稻田-土壤系统中甲基汞迁移转化过程的影响及作用机制,取得以下研究结果:(1)野外土壤盆栽实验分析显示,GX土壤和WK土壤加入不同梯度(0、50 mg/kg、100 mg/kg、300 mg/kg、500 mg/kg、1000mg/kg)外源硫之后,均能明显减少水稻果实中总汞、甲基汞和甲基汞比率。实验GX土壤表现为,垢溪、深冲口、贵阳盆栽处理组稻米总汞含量相比对照组分别降低了25.4%～46.7%、52.2%～72.7%和24.8%～56%,稻米甲基汞含量相比对照组分别降低了65.9%～74.5%、29%～70.7%、13.9%～73.1%;硫添加浓度为50 mg/kg时,总汞降低幅度最大为72.7%,对应大米总汞含量为0.024 mg/kg,硫添加浓度为100 mg/kg时,大米中甲基汞的降低幅度最大为74.5%,对应大米甲基汞含量为17±2.55μg/kg。实验WK土壤表现为,垢溪、深冲口、贵阳不同处理组稻米总汞含量相比对照组分别降低了7.1%～45.3%、1%～77.6%和10.3%～55.8%,稻米甲基汞含量相比对照组降低范围分别为:31.4%～71.7%、15.4%～73.7%、22.8%～65.8%;硫添加浓度为1000 mg/kg时,大米总汞和甲基汞降幅均最大,其中总汞最大降低幅度为77.6%,对应大米总汞含量为0.018 mg/kg,甲基汞最大降低幅度为73.7%,对应大米甲基汞含量为13±1.26μg/kg。外源硫的添加能降低水稻茎、叶对甲基汞的累积,但会增加土壤和根对甲基汞的累积,茎、叶甲基汞最大降低幅度依次为91.2%、50.8%,对应茎、叶甲基汞含量为1.13±0.04 ng/g、5.53±1.10 ng/g。实验结果说明,外源硫输入可以有效降低水稻果实甲基汞和总汞,且随着大气汞浓度下降,实验GX土壤组相比WK土壤组果实甲基汞下降更显著,暗示大气沉降汞活性强,是土壤微生物汞甲基化过程中一个重要源。外源硫输入后土壤和根部甲基汞增加,推测茎、叶及果实中甲基汞下降的原因,可能与硫输入促进根部铁膜形成进而阻隔了甲基汞向水稻植株地上部分迁移有关。(2)非传统汞同位素质量分馏(MDF,δHg)和非质量分馏(MIF,ΔHg、ΔHg)分析显示,外源硫添加对水稻果实中汞的MDF和MIF有显著影响,甲基汞δHg值比无机汞δHg值偏负,随着甲基汞比率下降,果实δHg值呈显著下降趋势;在不同汞污染类型稻田土壤和相同大气汞条件下,水稻“根-叶片”汞同位素的非质量分馏显著差异,暗示了土壤的主导作用。(3)野外昼夜温度差异试验分析显示,随着昼夜温差逐渐变小(6.11℃～3℃),未加硫组水稻稻米中的总汞和甲基汞含量都出现了上升的趋势,未加硫组水稻果实总汞含量范围在0.8±0.25mg/kg～1.2±0.16 mg/kg,加硫处理组水稻果实中总汞的含量范围在:0.40±0.013 mg/kg～0.57±0.051 mg/kg,未加硫组甲基汞含量范围在218.51±8.28μg/kg～480±143.08μg/kg,加硫处理组水稻果实中甲基汞的含量范围在:20.33±1.43μg/kg～37.70±10.30μg/kg,加硫之后,随着昼夜温差的逐渐变小,水稻稻米中总汞和甲基汞含量上升的趋势被抵消,说明加硫对果实总汞和甲基汞的影响在本研究中大于温度对它的影响,也就是说温度不会对加硫的效果产生实质性的影响。加硫处理组的水稻总汞和甲基汞又明显低于未添加硫组,说明昼夜温差逐渐变小的情况下,外源硫的添加可以降低水稻果实对总汞和甲基汞的累积。随着昼夜温

关键词：稻田土壤硫汞甲基汞水稻汞同位素微生物功能基因

干旱区地膜源微塑料对土壤有机碳库的贡献和二氧化碳排放的影响

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干旱区地膜源微塑料对土壤有机碳库的贡献和二氧化碳排放的影响

作者：张艳霞武汉工程大学

学位级别：硕士

地膜覆盖有效提高了农作物产量,但其残留物通过风化和降解等过程转化为微塑料(<5 mm),是土壤微塑料的主要来源之一。微塑料是含碳的高分子聚合物,对土壤有机碳库存在隐蔽性贡献。与此同时,微塑料会改变土壤理化性质和微生物活性,影响二... 详细信息

地膜覆盖有效提高了农作物产量,但其残留物通过风化和降解等过程转化为微塑料(微生物活性,影响二氧化碳(CO)气体的产生与排放,对全球气候变暖的影响不容忽视。然而,地膜源微塑料对土壤有机碳的贡献及CO产生的影响机制尚不清楚。本论文以覆膜旱地农田土壤为研究对象,估算了地膜源微塑料对土壤有机碳库的贡献;基于微宇宙培养试验,阐明影响土壤CO排放的微塑料浓度阈值和微生物驱动机制。本文结果可为阐明覆膜农田土壤固碳和温室气体减排提供重要数据,为我国实现碳中和目标及保障农业可持续发展提供科学依据。论文的主要结果如下:(1)新疆地区地膜源微塑料的平均丰度为每千克土壤12589片(4198-47420片)。微塑料的聚合物类型主要为聚乙烯(PE);形状以薄膜状为主(74.0%),其次是颗粒状(24.2%)和纤维状(1.8%);小尺寸微塑料(微生物生物量碳(MBC)无显著影响(p功能基因丰度(p功能基因丰度(p微生物功能基因的变化不是驱动土壤有机碳分解速率增加的关键因素。1.0%剂量的微塑料增加了土壤微生物代谢熵(q CO),表明微生物在生长代谢过程中受到了胁迫,需要分解更多的有机质以获取底物和能量维持自身生长,可能是促进土壤CO排放的关键驱动机制。

关键词：微塑料地膜土壤有机碳有机碳降解微生物功能基因微生物代谢熵

不同改良剂对油茶林酸性土壤镉污染及N2O排放的影响

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不同改良剂对油茶林酸性土壤镉污染及N2O排放的影响

作者：高宇江西农业大学

学位级别：硕士

土壤重金属污染严重威胁人类健康,温室气体排放增加则引起全球气候变化,是可持续发展面临的严峻挑战。重金属污染和土壤氧化亚氮(NO)排放与土壤p H密切相关。土壤p H低,重金属元素具有极高的可迁移性和活性,同时酸性土壤NO排放加剧。因... 详细信息

土壤重金属污染严重威胁人类健康,温室气体排放增加则引起全球气候变化,是可持续发展面临的严峻挑战。重金属污染和土壤氧化亚氮(NO)排放与土壤p H密切相关。土壤p H低,重金属元素具有极高的可迁移性和活性,同时酸性土壤NO排放加剧。因此,酸性土壤重金属污染和温室气体排放问题尤为突出。油茶(Camellia oleifera)是我国重要的木本油料树种,具有极高的经济价值和生态价值。由于油茶集约型施肥,根系分泌有机酸等生理特性,以及生长区域气候特征等原因,集约型油茶林土壤酸化严重,已超出油茶适宜生长土壤酸度范围(p H=5.5-6.5)。土壤酸化不仅会导致油茶减产,还会增加土壤重金属污染风险,导致温室气体排放加剧。为缓解重金属污染和全球气候变化,改良土壤酸化,当前已经开展了多种研究。羟基磷灰石具有高吸附性、高稳定性,被认为是治理重金属的理想吸附剂。农林有机废弃物制备生物质炭已被广泛用于土壤改良、重金属治理,以及缓解土壤酸化。改性生物质炭是通过对生物质炭进行修饰,提高吸附重金属离子能力。与羟基磷灰石相比,改性生物质炭材料来源更为广泛。以上不同改良剂对油茶林酸性土壤重金属治理以及NO减排效果尚不明确。本研究通过对比分析生物质炭、改性生物质炭和羟基磷灰石施用对油茶林酸性土壤重金属镉(Cd)污染以及土壤NO排放的影响,研究生物质炭、改性生物质炭和羟基磷灰石对酸性土壤重金属污染治理以及NO减排的潜在影响和机制。同时探讨了不同改良措施下土壤NO微生物功能基因丰度,深入分析其微生物机制。结果表明:(1)羟基磷灰石对土壤Cd污染的治理效果最佳,在不施氮肥和施氮肥土壤中分别降低73.4%和64.9%,其次是生物质炭和改性生物质炭。(2)Cd显著降低施氮土壤64.1%NO排放,抑制土壤微生物氨氧化古菌(AOA)基因的丰度,这可能是Cd降低土壤NO排放的机制之一。(3)羟基磷灰石降低施氮土壤NH-N和NO-N浓度、AOA和nir S基因丰度,改性生物质炭增加Cd污染土壤nos Z基因丰度,生物质炭增加Cd污染土壤氨氧化细菌(AOB)基因丰度。(4)施氮肥下,羟基磷灰石、改性生物质炭和生物质炭显著降低了无镉污染土壤NO排放,抑制效果为羟基磷灰石>改性生物质炭>生物质,这与p H值的增加密切相关。虽然羟基磷灰石对土壤NO排放的抑制作用比改性生物质炭和生物质炭更为有效,但增加了114.9%土壤CO排放。生物质炭促进了镉污染土壤NO排放,羟基磷灰石和改性生物质炭对土壤NO排放有显著抑制作用。(5)油茶土壤酸化改良方面,改性生物质炭和生物质炭改良后的土壤p H值在5.4-6.5之间,属于油茶的适宜生长范围,而羟基磷灰石极大提高土壤p H值,超出了油茶适宜p H范围。因此,改性生物质炭和生物质炭在油茶土壤酸化改良上更值得推广。(6)结构方程模型表明,土壤改良剂对土壤NO排放影响更多是通过间接作用影响,如通过影响土壤p H、铵态氮和硝态氮等。重金属Cd对NO排放直接影响为抑制,间接影响为通过减少土壤硝态氮含量对NO排放产生抑制作用。综上,生物质炭、改性生物炭和羟基磷灰石均可通过改变土壤微生物功能基因及氮转化对土壤NO排放产生抑制作用。但生物质炭在Cd污染土壤中会促进NO排放,适用于无重金属Cd污染的土壤减排和酸性改良。羟基磷灰石在减排和治理重金属Cd污染上潜力巨大,但不适用于油茶土壤的酸性改良。改性生物炭在降低Cd污染和NO排放,油茶酸性改良方面适用性更强,具有广泛应用前景。

关键词：土壤酸化改良油茶温室气体 Cd污染微生物功能基因

盐分对不同耕作年限稻田土壤CH4排放的影响

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盐分对不同耕作年限稻田土壤CH4排放的影响

作者：肖锚武汉工程大学

学位级别：硕士

稻田是重要的甲烷(CH)排放源,其CH排放量约占全球农业源CH排放量的15%,对全球大气CH浓度变化及全球气候变暖的贡献不容忽视。滨海地区水稻田存在一定的盐渍化问题,不仅影响了水稻生长,还对产甲烷菌和甲烷氧化菌驱动的CH产生和氧化过程... 详细信息

稻田是重要的甲烷(CH)排放源,其CH排放量约占全球农业源CH排放量的15%,对全球大气CH浓度变化及全球气候变暖的贡献不容忽视。滨海地区水稻田存在一定的盐渍化问题,不仅影响了水稻生长,还对产甲烷菌和甲烷氧化菌驱动的CH产生和氧化过程均产生了重要影响,研究盐分对CH排放及其微生物驱动机制具有重要的理论和实践意义。本文以滨海地区水稻土为研究对象,采用微宇宙培养试验方法,探究不同含盐量(0.2%和0.6%)及其不同盐分组成(Na Cl、Mg Cl和NaSO)对不同耕作年限(3年、15年和40年)非淹水和淹水条件水稻土CH排放的影响,分析水稻土盐渍化作用下产甲烷菌和甲烷氧化菌的功能基因丰度变化,为估算盐渍化稻田CH排放通量、阐明盐渍化影响稻田土壤CH排放的驱动机制提供理论支撑。主要结论如下:(1)盐分含量增加抑制了水稻土CH排放,但影响程度取决于水分条件和水稻土耕作年限。相对于盐分含量为0.2%的水稻土,0.6%含盐量下,非淹水和淹水条件下水稻土CH排放量分别显著降低了40.0-71.3%和10.1-23.6%。相对于耕作15年和40年的水稻土,盐分增加对耕作3年水稻土CH排放量的影响程度相对较低。非淹水条件,盐分与产甲烷菌mcr A功能基因丰度呈正相关关系,与甲烷氧化菌pmo A和mxa F功能基因丰度呈负相关关系,表明盐分增加促进了水稻土产CH过程、抑制了CH氧化过程,具有增加CH产生和排放的潜力。较高盐分条件下,土壤溶解性有机碳含量较高,表明非淹水条件下盐分主要通过抑制微生物对土壤溶解性底物的利用,降低了甲烷的产生和排放。淹水条件下,盐分增加使得耕作3年水稻土甲烷氧化菌pmo A和mxa F功能基因丰度均有增加的趋势,进而降低CH排放量;对于耕作15年和40年水稻土,盐分增加使得产甲烷菌mcr A功能基因丰度显著降低,可通过抑制产甲烷过程而降低CH排放量。(2)不同盐分组成对水稻土CH排放的影响存在较大差异,NaSO显著抑制了水稻土CH产生和排放。非淹水条件下,添加Na Cl、Mg Cl和NaSO使得不同耕作年限水稻土CH排放量分别降低了25.1-55.8%、0.8-59.5%和70.4-86.7%。淹水条件下,添加Na Cl和Mg Cl使得不同耕作年限水稻土CH排放量分别增加了3.3-36.0%和12.4-31.2%;但添加NaSO使得水稻土CH排放量降低了91.0-94.3%。添加NaSO显著降低了产甲烷菌mcr A功能基因丰度和甲烷氧化菌pmo A、mmo X和mxa F功能基因丰度,表明NaSO主要通过抑制CH产生而降低CH排放量。

关键词：盐渍化甲烷微生物功能基因水稻土耕作年限