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《华中农业大学》 2015年
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内源铁及添加碳对水稻土CH_4和CO_2排放的影响

彭其安  
【摘要】:全球变暖与大气中的温室气体浓度升高具有密切关系。近年来,我国水稻土壤地力的下降以及CH4和CO2等温室气体的大量排放已引起了学者们广泛关注。本研究以湖北省几种代表性的水稻土,采自潜江市的油菜-中稻轮作土(简称QR)和休闲/泡水-中稻土(简称QF)以及采自咸宁市的油菜-中稻轮作土(简称XR)和休闲/泡水-中稻土(简称XF)为对象,在室内培养条件下,研究了不同外源碳以及水分条件下的CH4和CO2排放特征及其影响因素;分析了土壤可溶性有机碳(DOC)与CH4和CO2排放关系以及氧化还原电位(Eh)、外源碳等对土壤有机碳矿化的影响;探讨了土壤内源铁的还原与CH4和CO2排放之间的耦合关系,并利用分子生物学手段研究了土壤的总细菌和铁还原细菌(FeRB)的群落多样性及组成结构,从分子生态驱动机制上解释了不同环境中的异化铁还原差异以及对土壤有机碳矿化的影响。主要研究结果如下:1.淹水条件下添加稻草以及稻草+尿素后,XR和QF土壤在培养期间的CH4累积排放量分别为969.53~1692.05和1739.36~1855.55 mg C kg-1,远高于非淹水条件(WFPS 80%)相同处理的CH4累积排放量(125.60~192.48和420.80~448.80μg C kg-1);淹水条件下添加稻草以及稻草+尿素后,XR和QF土壤CO2累积排放量分别为2709.82~2885.53和2036.07~2133.82 mg C kg-1,也高于非淹水条件下相同处理的CO2累积排放量(1729.16~1676.51和1628.80~1675.05 mg C kg-1)。不同水分下的土壤Eh与CH4的排放速率呈显著负相关关系(p0.05)。淹水条件下添加稻草后的全球增温潜势(GWP)极大地抵消了土壤的固碳潜能。稻草+尿素添加方式更有利于土壤无机氮的释放。2.淹水条件下添加葡萄糖后,QR,QF,XR和XF土壤CH4分别为5.31,35.26,13.92和27.58 mg C kg-1,而CO2累积排放量分别为594.33,620.49,549.42和792.46mg C kg-1。添加葡萄糖显著促进了QR和QF中CH4和CO2排放通量(p0.05),但对XR和XF无显著影响。此外,在培养前20天内,Fe(II)/[Fe(II)+Fe(III)]比值与CH4排放速率显著正相关(p0.05),而CO2排放速率与整个培养期间Fe(II)产生速率呈显著正相关关系(p0.05)。异化铁还原过程抑制了土壤CH4的排放,尤其在第四纪红壤中抑制效果更为明显。3.蒽醌2,6-二磺酸钠(AQDS)对土壤CH4和CO2排放及异化铁还原有重要的影响。同一浓度的AQDS添加到四种土壤中,仅QR的CH4累积排放量略有增加外(9.1%),其他土壤的CH4排放均受到了抑制,且QF,XR和XF的CH4累积排放量分别减少了8.9%,15.3%和42.3%。不同浓度的AQDS添加到QF中,仅200 mg C kg-1的AQDS增加了CH4累积量,其余添加处理下降低了40.2%~49.4%的CH4累积排放量。在不同的添加实验中均发现,AQDS对土壤CO2排放几乎无影响,但对土壤的异化铁还原却有明显的促进作用。4.末端限制性片段长度多态性技术(T-RFLP)对XR和QF土壤微生物群落多样性分析的结果表明,XR微生物多样性明显高于QF,表明微生物的种群分布与土壤长期的轮作方式相关;两种土壤微生物群落大部分以厌氧和兼性厌氧菌为主,有助于解释微生物的分布及其生化特性是导致不同水分条件下土壤的矿化差异的重要驱动因子。更重要的是,研究发现两种土壤的铁还原细菌(FeRB)占总群落的25.7%~30.8%,揭示了FeRB是参与水稻土铁-碳或铁-氮循环过程的重要种群。5.利用高通量测序技术对四种土样的FeRB种群多样性进行了分析。在四种富集样中分别获得了25935~44993条DNA优化序列以及554~1056个分类单元(OTUs)。结果显示,四个富集样的FeRB多样性大小排序为XFQRQFXR,而XF中FeRB群落多样性和丰富性均最高,而且与其他三种土样的FeRB发育亲缘性最远。环境变量分析表明,四种土壤的FeRB多样性分布受土样pH、C/N和活性铁含量的影响。此外,在富集培养实验中,我们还首次发现了Phingomonas,Pandoraea和Azospira等细菌具有异化铁还原的功能。综上所述,不同母质和作物轮作方式下的水稻土CH4和CO2排放在不同培养条件下表现出了显著差异。除了受土壤水分、外源碳的种类以及添加方式影响外,还受到土壤母质特征,更重要的是与长期轮作方式密切相关。本研究加深了对水稻土有机碳的矿化过程的认识,为实现水稻田的固碳减排和促进区域农业可持续发展的相关调控措施提供了理论依据。
【学位授予单位】:华中农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:S154.1;S511

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王跃思;王迎红;;Quick Measurement of CH_4, CO_2 and N_2O Emissions from a Short-Plant Ecosystem[J];Advances in Atmospheric Sciences;2003年05期
2 Frank Schuchardt;;Effect of C/N ratio,aeration rate and moisture content on ammonia and greenhouse gas emission during the composting[J];Journal of Environmental Sciences;2011年10期
3 邹建文;秦艳梅;刘树伟;;不同水分管理方式下水稻生长季N_2O排放量估算:模型建立[J];环境科学;2009年02期
4 Pengfu Hou;Ganghua Li;Shaohua Wang;Xin Jin;Yiming Yang;Xiaoting Chen;Chengqiang Ding;Zhenghui Liu;Yanfeng Ding;;Methane emissions from rice fields under continuous straw return in the middle-lower reaches of the Yangtze River[J];Journal of Environmental Sciences;2013年09期
5 张天娇;汤佳;庄莉;熊格生;刘志;周顺桂;;干湿交替条件下不同晶型铁氧化物对水稻土甲烷排放的影响[J];环境科学;2014年03期
6 ;Straw ~(14)C Decomposition and Distribution in Humus Fractions as Influenced by Soil Moisture Regimes[J];Pedosphere;1999年03期
7 周萍;宋国菡;潘根兴;李恋卿;张旭辉;;三种南方典型水稻土长期试验下有机碳积累机制研究Ⅱ.团聚体内有机碳的化学结合机制[J];土壤学报;2009年02期
8 阚靖博;李丽娜;曲东;王保莉;;淹水培养过程中水稻土细菌丰度与群落结构变化[J];生物多样性;2014年04期
9 叶文培;王凯荣;Johnson SE;谢小立;;添加玉米和水稻秸秆对淹水土壤pH、二氧化碳及交换态铵的影响[J];应用生态学报;2008年02期
10 逯非;王效科;韩冰;欧阳志云;郑华;;稻田秸秆还田:土壤固碳与甲烷增排[J];应用生态学报;2010年01期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 刘海舟;甲基叔丁基醚降解培养物特性及降解基因的研究[D];中国科学院研究生院(武汉病毒研究所);2007年
2 孙丽蓉;水稻土中异化铁还原过程及其影响因素研究[D];西北农林科技大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 耿元波;罗光强;;内蒙古羊草草原呼吸的影响因素分析和区分[J];地理学报;2010年09期
2 沈学善;屈会娟;李金才;黄钢;陈尚洪;刘定辉;;玉米秸秆还田和耕作方式对小麦养分积累与转运的影响[J];西北植物学报;2012年01期
3 周再兴;郑循华;谢宝华;韩圣慧;刘春岩;;A Process-based Model of N_2O Emission from a Rice-Winter Wheat Rotation Agro-Ecosystem:Structure,Validation and Sensitivity[J];Advances in Atmospheric Sciences;2010年01期
4 王迎红;王跃思;凌宏;;A New Carrier Gas Type for Accurate Measurement of N_2O by GC-ECD[J];Advances in Atmospheric Sciences;2010年06期
5 姜春明;于贵瑞;曹广民;李英年;张世春;方华军;;CO_2 Flux Estimation by Different Regression Methods from an Alpine Meadow on the Qinghai-Tibetan Plateau[J];Advances in Atmospheric Sciences;2010年06期
6 徐星凯;韩琳;罗献宝;韩士杰;;Synergistic Effects of Nitrogen Amendments and Ethylene on Atmospheric Methane Uptake under a Temperate Old-growth Forest[J];Advances in Atmospheric Sciences;2011年04期
7 王英姿;黄毅斌;翁伯琦;王义祥;;中国农业CDM发展现状及潜力研究[J];福建农林大学学报(哲学社会科学版);2010年04期
8 赵婷;王义祥;徐国忠;翁伯琦;;农田表土有机碳含量变化特征及其研究进展[J];福建农业学报;2011年03期
9 孙树臣;翟胜;王巨媛;贾富;刘力;李成帅;;土壤CH_4产生机理及其排放的影响因素[J];贵州农业科学;2011年01期
10 袁顺全;韩洁;;北京农业废弃物现状与循环利用模式探讨[J];国土与自然资源研究;2011年04期
中国重要会议论文全文数据库 前7条
1 于爱华;;对秸秆进行物质与能量梯级利用的方法、效益及政策建议[A];2010中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2010年
2 王慧;刘小平;郭鹏;高瑞芳;王小芬;崔宗均;;复合菌系XDC-2分解未经化学处理的水稻秸秆[A];全国农村清洁能源与低碳技术学术研讨会论文集[C];2011年
3 高文玲;卞新民;吴洁;郭伟;孙金福;李胜;杜磊;石建福;;沟埋还田不同埋草量对冬季稻田CO_2排放的影响[A];发展低碳农业 应对气候变化——低碳农业研讨会论文集[C];2010年
4 张玉华;宋成军;刘东生;张艳丽;徐哲;李想;王延昌;;江苏省两种有机物料的稻田土壤固碳有效性评价[A];发展低碳农业 应对气候变化——低碳农业研讨会论文集[C];2010年
5 王英姿;黄毅斌;翁伯琦;;中国农业CDM发展现状及潜力研究[A];发展低碳农业 应对气候变化——低碳农业研讨会论文集[C];2010年
6 李成芳;寇志奎;张枝盛;曹凑贵;吴海亚;翟中兵;梅少华;;秸秆还田对免耕稻田温室气体排放及碳固定的影响[A];十一五农业环境研究回顾与展望——第四届全国农业环境科学学术研讨会论文集[C];2011年
7 田晓雅;王强盛;蒋琪;熊瑞恒;刘欣;许国春;;基于粮食安全的耕地生产力可持续发展探讨[A];2014中国现代农业发展论坛论文集[C];2014年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李玲玲;有机废弃物CO_2施肥发酵过程中基质理化性状变化及残渣培肥土壤的作用[D];浙江大学;2010年
2 夏文建;优化施氮下稻麦轮作农田氮素循环特征[D];中国农业科学院;2011年
3 杨靖民;利用模型对黑土条件下玉米生长和土壤碳氮循环的模拟研究[D];吉林农业大学;2011年
4 徐杰;水稻秸秆降解放线菌的分离鉴定及其降解机理研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
5 王图锦;三峡库区消落带重金属迁移转化特征研究[D];重庆大学;2011年
6 邱炜红;菜地土壤温室气体氧化亚氮排放及其控制研究[D];华中农业大学;2011年
7 林杉;三峡库区不同土地利用方式下土壤N_2O排放研究[D];华中农业大学;2011年
8 蒋静艳;施用不同缓/控释氮肥对旱地—作物系统N_2O直接排放和间接排放的影响[D];南京农业大学;2009年
9 严金龙;湿地、稻田土壤酶分布与活性及生态功能指示[D];南京农业大学;2011年
10 董刚;中国东北松嫩草甸草原碳水通量及水分利用效率研究[D];东北师范大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 乐丽鑫;耕作方式对稻田土壤有机碳库的影响[D];华中农业大学;2010年
2 刘尧;玉米秸秆腐解复合菌系CSS-1的构建、菌群组成及腐解特性研究[D];山东农业大学;2010年
3 叶耿平;集约经营毛竹林土壤温室气体排放特征及其与施肥的关系[D];浙江农林大学;2010年
4 钟小剑;中亚热带土地利用变化对山地土壤甲烷氧化的影响研究[D];福建师范大学;2010年
5 张晗芝;生物炭对土壤肥力、作物生长及养分吸收的影响[D];西南大学;2011年
6 张晓璟;西南主要栽培模式下有机无机肥料配施对蔬菜产量和品质的影响[D];西南大学;2011年
7 杨益;重庆市典型土壤中有机质的赋存特征及其化学稳定性研究[D];西南大学;2011年
8 徐军;秸秆-膨润土-PAM对土壤肥力及作物产量的调控效应[D];西南大学;2011年
9 李岑子;臭氧浓度升高对土壤—作物系统呼吸速率和N_2O排放的影响[D];南京信息工程大学;2011年
10 周麒麟;巢湖疏浚底泥的边坡生态修复基质资源化研究[D];海南大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘晓利,许俊香,王方浩,张福锁,马文奇;我国畜禽粪便中氮素养分资源及其分布状况[J];河北农业大学学报;2005年05期
2 吴树栋;我国农作物秸秆综合利用现状[J];人造板通讯;2005年08期
3 戴同广,王正旺,程干华,花金顺;麦田铺稻草的效果及应用技术[J];大麦科学;2001年01期
4 傅大放,赵联芳;Cr~(6+)对厌氧微生物的毒性作用研究[J];东南大学学报(自然科学版);2002年04期
5 任丽新,王庚辰,张仁健,段长麟,M. A. K. Khalil , M. J. Shearer,R. A. Rasmussen , R. W. Dalluge;成都平原稻田甲烷排放的实验研究[J];大气科学;2002年06期
6 张琪,李恋卿,潘根兴,张旭辉,蒋定安,黄洪光;近20年来宜兴市域水稻土有机碳动态及其驱动因素[J];第四纪研究;2004年02期
7 潘根兴,李恋卿,张旭辉,代静玉,周运超,张平究;中国土壤有机碳库量与农业土壤碳固定动态的若干问题[J];地球科学进展;2003年04期
8 郭旭生,崔慰贤;提高秸秆饲料利用率和营养价值的研究进展[J];饲料工业;2002年11期
9 林炎金,林增泉;稻草回田对土壤肥力和作物产量的影响[J];福建农业科技;1994年03期
10 周升如;马健;王少波;陈兆文;;密闭空间空气有机物的色/质谱定性分析研究[J];分析化学;1991年10期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨德源;蔬菜温室CO_2施肥新技术[J];现代农业;2000年04期
2 丁寒;大棚蔬菜补充CO_2有利早熟高产[J];合作经济与科技;2001年02期
3 周其良;;营造一个绿色氧吧——从植物对CO_2的吸收上选择居室绿植[J];中国花卉盆景;2003年01期
4 潘永地,林两位,叶曙光;蔬菜大棚内CO_2条件改善研究[J];福建热作科技;2004年01期
5 今井腾;柳泽健彦;D·F·科尔曼;李晓非;;大气中CO_2分压的升高与水稻生长及其产量的关系[J];延边农学院学报;1986年01期
6 冷平生;;CO_2施肥与植物生长[J];北京农学院学报;1988年01期
7 玉忠,顾蕴洁,高煜珠;水稻开颖机理的探讨——Ⅱ.CO_2对水稻开颖的效应[J];作物学报;1989年01期
8 南林坡;;大棚蔬菜补充CO_2能增产[J];农业科技通讯;1989年07期
9 刘平来;在金属螺纹仓中引入的CO_2气体在小麦堆中的分布[J];粮油仓储科技通讯;1996年06期
10 胡玉龙,何秀国,汪应成;大棚蔬菜增施CO_2的效果及技术[J];湖北农业科学;1997年03期
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1 秦小光;蔡炳贵;刘东生;;北京灵山黄土草甸的土壤CO_2动态特征[A];第六届全国环境地球化学学术讨论会论文摘要汇编[C];2002年
2 赵引弟;张井贝;乐群;;基于卫星遥感数据的中国CO_2柱浓度时空分布[A];第九届长三角气象科技论坛论文集[C];2012年
3 张兵;叶建平;;注CO_2开采煤层气置换效率评价[A];2013年煤层气学术研讨会论文集[C];2013年
4 李小春;;CO_2地质封存:潜力与测试技术[A];全国MTS岩土混凝土试验研讨会论文集[C];2009年
5 宋玉苏;张燕;陈竹青;;CO_2电极气体隔离膜的研究[A];2006年全国腐蚀电化学及测试方法学术会议论文集[C];2006年
6 龚毅;侯峰;梁志礼;吴学红;;跨临界CO_2循环制冷系统的实验研究[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年
7 孙谷畴;曾小平;赵平;彭少麟;;大气CO_2增高与植物多样性[A];第五届全国生物多样性保护与持续利用研讨会论文摘要集[C];2002年
8 张永民;郭赞如;冯玉军;;CO_2开关型智能软物质[A];中国化学会第28届学术年会第15分会场摘要集[C];2012年
9 漆卫国;张为明;马献成;;CO_2焊机在水电施工中推广应用存在的问题与对策[A];第三届21世纪中国焊接技术研讨会论文专刊[C];2001年
10 柴成文;路民旭;张玉芳;;新型抗CO_2缓蚀剂的合成与性能研究[A];山东石油学会第三届腐蚀与防护技术学术交流会论文集[C];2005年
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1 杨丽娟;氨基功能化咪唑型离子液体设计及捕集CO_2机制研究[D];华北电力大学;2015年
2 熊大珍;CO_2调控离子液体—水体系及其在反应分离中的应用[D];河南师范大学;2015年
3 彭其安;内源铁及添加碳对水稻土CH_4和CO_2排放的影响[D];华中农业大学;2015年
4 杨东晓;分离CO_2固定载体膜传质机理及其膜过程模拟和优化研究[D];天津大学;2009年
5 戴耀;钯催化CO_2、CO的转化及C-N键偶联反应的研究[D];大连理工大学;2012年
6 彭慧;离子液体的合成及其在催化反应和CO_2分离中的应用[D];武汉大学;2012年
7 赵卷;界面聚合法制备分离CO_2固定载体复合膜[D];天津大学;2007年
8 郝广平;多级孔整体式炭质CO_2吸附材料的设计与制备[D];大连理工大学;2012年
9 齐共新;CO_2催化加氢合成醇、醚等含氧化合物的Cu基催化剂及其机理研究[D];浙江大学;2001年
10 时秀焕;不同耕作方式下农田土壤CO_2排放和土壤有机碳含量的研究[D];中国科学院研究生院(东北地理与农业生态研究所);2012年
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1 王冠男;碳纳米管表面性质对Cu基催化剂催化CO_2加氢合成甲醇性能的影响[D];华南理工大学;2015年
2 杭博;不同O_2、CO_2组分和C_2H_4对库尔勒香梨采后生理与品质的影响[D];中国农业科学院;2015年
3 杨占风;CO_2点阵激光治疗酒渣鼻的临床疗效观察[D];青海大学;2015年
4 崔洪磊;典型滨海湿地植被类型及收割方式对沉积物CO_2和N_2O释放的影响[D];南京林业大学;2015年
5 孙超杰;纳米颗粒强化胺法吸收CO_2的实验及模型研究[D];华北电力大学;2015年
6 韩美健;跨临界CO_2喷射制冷循环的性能研究[D];广西大学;2015年
7 刘静;环丁砜及其复合胺溶液吸收烟气中CO_2实验研究[D];中国石油大学;2011年
8 吕志鹏;中国CO_2排放的环境库兹涅茨曲线形态及其地区差异分析[D];东北财经大学;2012年
9 林喆;红外CO_2气体浓度检测仪的研究与开发[D];沈阳理工大学;2009年
10 顾世晓;微孔聚合物的制备及其对CO_2的吸附行为探索[D];华东理工大学;2012年
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