【摘 要】
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稻田是重要的甲烷(CH4)排放源,其CH4排放量约占全球农业源CH4排放量的15%,对全球大气CH4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CH4产生和氧化过程均产生了重要影响,研究盐分对CH4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
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稻田是重要的甲烷(CH4)排放源,其CH4排放量约占全球农业源CH4排放量的15%,对全球大气CH4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CH4产生和氧化过程均产生了重要影响,研究盐分对CH4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 Cl2和Na2SO4)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CH4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CH4排放通量、阐明盐渍化影响稻田土壤CH4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CH4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CH4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CH4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CH4过程、抑制了CH4氧化过程,具有增加CH4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CH4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CH4排放量。(2)不同盐分组成对水稻土CH4排放的影响存在较大差异,Na2SO4显著抑制了水稻土CH4产生和排放。非淹水条件下,添加Na Cl、Mg Cl2和Na2SO4使得不同耕作年限水稻土CH4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 Cl2使得不同耕作年限水稻土CH4排放量分别增加了3.3-36.0%和12.4-31.2%;但添加Na2SO4使得水稻土CH4排放量降低了91.0-94.3%。添加Na2SO4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Na2SO4主要通过抑制CH4产生而降低CH4排放量。
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