不同生物质炭应用对水稻CH4和N2O排放的影响及其微生物机制研究.pdfVIP

摘要

甲烷（CH）和氧化亚氮（NO）是重要的温室气体，其全球增温潜势远高于二

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氧化碳（CO）。稻田土壤生态系统是CH和NO的主要排放源。生物炭可以提高土

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壤肥力，改善土壤质量，被广泛应用于稻田土壤生态系统中。生物炭施入稻田土壤后

会影响由微生物介导的CH和NO的释放。根际土壤是影响CH和NO排放的关键

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区域，根际微生物在介导土壤CH和NO产生和消耗过程中发挥着重要作用。目前，

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关于生物炭对稻田土壤CH和NO排放影响的研究结果并不一致，且根际微生物对

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稻田土壤CH和NO的释放通量的影响仍不明确。

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为探究不同温度和不同添加量生物炭对稻田土壤CH和NO排放的影响及其微

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生物机制，本研究于2021年和2022年开展了室外水稻盆栽试验。采用生态学的分析

方法比如冗余分析、随机森林分析和方差分解分析等，研究了生物质炭对根际与非根

际土壤的理化性质、CH和NO产生和消耗相关的功能微生物丰度、甲烷氧化微生

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物（pmoA）和反硝化微生物（nosZ）群落组成的影响及其对CH和NO气体排放的

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贡献。本试验的处理包括：（1）对照（CK）；（2）B300-M（2%（w:w）的300℃生物

炭）；（3）B300-H（10%（w:w）的300℃生物炭）；（4）B500-M（2%（w:w）的500℃

生物炭）；（5）B500-H（10%（w:w）的500℃生物炭）。主要研究结果如下：

（1）生物炭的应用显著改变了土壤的理化性质。在2021年的试验中，生物炭的

施用均增加了土壤的pH和TC、TN的含量。其中，300℃生物炭的应用（B300-M和

B300-H）增加了土壤DOC的含量，500℃生物炭的应用（B500-M和B500-H）降低

了土壤DOC的含量，而土壤NH4+-N含量变化与DOC含量变化相反。在2022年的

试验中，施用生物炭后，根际和非根际土壤pH、TC、TN和DOC的含量也表现出了

相同的变化。2%（w:w）的生物炭的应用（B300-M和B500-M）降低了土壤NH4+-N

的含量，10%（w:w）的生物炭的应用（B300-H和B500-H）增加了土壤NH4+-N的

含量。值得注意的是，与非根际土壤相比，根际土壤的理化性质变化更显著。

（2）生物炭的应用显著改变了功能基因的丰度。在2021年的试验中，2%（w:w）

的生物炭的施用（B300-M和B500-M）显著增加了mcrA和amoA-AOA的基因丰度。

在2022年的试验中，10%（w:w）的300℃生物炭的应用（B300-H）显著增加了根际

和非根际土壤中mcrA的基因丰度。在根际土壤中，生物炭的施用显著改变了

amoA-AOA、amoA-AOB、nosZI和nosZII的基因丰度；在非根际土壤中，仅有

amoA-AOA的基因丰度在不同处理间表现出了显著性差异。结果表明生物炭施用对根

际土壤中微生物的影响更显著。值得注意的是，根际土壤中功能基因的丰度均高于非

根际土壤中功能基因的丰度。