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《华中农业大学》 2018年
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两种水稻土硝化过程中N_2O的释放机制

席瑞泽  
【摘要】:氧化亚氮(N_2O)是大气中重要的温室气体,农业生产是导致其增加的主要原因。水稻田的干湿交替,以及化肥的施用会对土壤中N_2O的释放量和释放途径产生显著影响。但目前关于水稻土在干湿交替过程中硝化作用N_2O的贡献和机制研究较少,亟待补充。本实验以黄棕壤性水稻土和潮土性水稻土为供试土壤,采用室内培养,模拟水稻生产过程中水分变化,并施用尿素、硫酸铵两种不同的肥料,通过乙炔(10 Pa)抑制自养硝化、辛炔抑制氨氧化细菌(AOB),结合荧光定量PCR和高通量测序等方法,初步研究了硝化作用(自养硝化和异养硝化)对N_2O释放的影响,并探讨了自养硝化微生物氨氧化古菌(AOA)与氨氧化细菌(AOB)对N_2O释放的贡献和机理,为明确稻田N_2O排放机制提供科学依据。主要研究结果如下:(1)施氮量的增加可以显著提高两种水稻土总N_2O排放速率、累计排放量以及自养硝化和异养硝化过程N_2O排放速率,但对非生物过程N_2O排放速率无显著影响。两种土壤施用尿素处理24h内的排放速率和28天N_2O累计排放量均高于施用硫酸铵处理,且潮土性水稻土的累计释放量显著高于黄棕壤性水稻土。黄棕壤性水稻土施入尿素、硫酸铵N_2O累计排放量分别为166.7ng·kg~(-1)、93.5ng·kg~(-1),是不施肥的4.5、2.5倍,潮土性水稻土施入尿素、硫酸铵N_2O累计排放量分别为9349.1ng·kg~(-1)、7997.8ng·kg~(-1)是不施肥的135、116倍。(2)土壤水分含量变化显著影响24h内总N_2O排放速率、自养硝化和异养硝化过程N_2O排放速率,且黄棕壤性水稻土排放速率高于潮土性水稻土。黄棕壤性水稻土总N_2O排放速率随着水分含量的增加而增加,施氮处理在160%最大持水量(WHC)下达最高峰。潮土性水稻土总N_2O排放速率随着含水量的增加呈现先增加后下降的趋势,施氮处理在100%WHC达到最大。(3)两种水稻土自养硝化对N_2O排放的贡献大于异养硝化,非生物作用贡献只占很少比重。施氮提高两种土壤自养硝化对N_2O排放的贡献,黄棕壤水稻土自养硝化最高贡献为40%(施用尿素,112%WHC时),潮土性水稻土自养硝化最高贡献为49%(施用硫酸铵,100%WHC时)。施氮提高黄棕壤性水稻土异养硝化的贡献,施用尿素处理160%WHC时其贡献最高为26.1%,但施氮降低了潮土性水稻土异养硝化的贡献。(4)两种土壤施氮提高了AOA对N_2O释放的贡献,降低了AOB的贡献。不施氮(CK)情况下AOB为主要的N_2O的贡献者,施氮后AOA的贡献高于AOB。黄棕壤性水稻土,施用硫酸铵处理AOA的贡献由14%增至42%,AOB的贡献则由45%下降至26%;对于潮土性水稻土,施用尿素、硫酸铵后,AOA的贡献由CK的10%分别增加至25%和32%,而AOB的贡献则由CK的52%降至40%和37%。施氮导致土壤pH降低,提高了潮土性水稻土AOA amoA基因拷贝数,降低了黄棕壤水稻土AOB amoA基因拷贝数。(5)MiSeq测序分析结果表明:施氮增加两种水稻土AOA amoA、AOB amoA的OUT数量,施氮增加了黄棕壤水稻土AOA和AOB amoA基因多样性(Chao1),降低了潮土性水稻土AOA和AOB amoA基因多样性。黄棕壤水稻土的AOA主要是由奇古菌(Thaumarchaeota)组成,相对丰度达99%以上,潮土性水稻土的AOA奇古菌与泉古菌(Crenarchaeota)各占大约50%。两种土壤的AOB均主要由亚硝化螺菌(Nitrosospira)组成,施氮后其相对丰度增加。RDA分析表明:黄棕壤水稻土AOA、AOB群落结构与pH呈正相关、与有机质呈负相关,而潮土性水稻土AOA、AOB群落结构正好相反,与pH呈负相关、与有机质呈正相关。
【学位授予单位】:华中农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:S154.3

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