【摘 要】
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土壤有机质的矿化与温室气体的排放和土壤有机质的固存密切相关。矿物是影响土壤有机质转化的重要因素,但是对矿物如何影响水稻土有机质转化的研究较少。本研究采集黄棕壤性水稻土,采用室内模拟培养试验,探究不同矿物影响土壤有机质矿化的潜在机制。借助气象色谱仪(GC),三维荧光光谱仪(EEMs)和高通量测序等技术分析土壤的矿化特征,水溶性有机质的含量和结构特征、土壤微生物群落组成及酶活性,主要结果如下:(1)矿
【基金项目】
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国家自然科学基金(项目编号41877031);
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土壤有机质的矿化与温室气体的排放和土壤有机质的固存密切相关。矿物是影响土壤有机质转化的重要因素,但是对矿物如何影响水稻土有机质转化的研究较少。本研究采集黄棕壤性水稻土,采用室内模拟培养试验,探究不同矿物影响土壤有机质矿化的潜在机制。借助气象色谱仪(GC),三维荧光光谱仪(EEMs)和高通量测序等技术分析土壤的矿化特征,水溶性有机质的含量和结构特征、土壤微生物群落组成及酶活性,主要结果如下:(1)矿物显著抑制二氧化碳的释放,抑制能力大小为水铁矿>水钠锰矿>针铁矿≈三水铝石。氧化物降低了土壤中水溶性有机质的含量,但增加了微生物量碳含量。三水铝石,水钠锰矿和水铁矿使水溶性有机质的结构变得更简单。氧化物矿物尤其是水钠锰矿和水铁矿降低了土壤p H值和有效氮含量但增加了土壤Eh值。矿物增加了细菌的丰度,但只有水钠锰矿处理细菌群落分布显著不同于其它处理。随机森林预测分析显示矿物通过吸附活性有机碳,增强微生物同化作用,改变土壤理化性质(有效氮,土壤p H,土壤Eh值)和降低某些分解菌的群落丰度,进而抑制土壤有机质的矿化。(2)在添加紫云英的条件下,矿物显著抑制二氧化碳和甲烷的释放,水铁矿和针铁矿对二氧化碳累积释放量的抑制能力最强,并且水铁矿处理甲烷的累积释放量几乎为零。矿物增加了土壤氧化酶和水解酶活性,促进紫云英的降解。三水铝石增加了细菌和真菌的丰度,降低土壤有机质的芳香度。水铁矿、针铁矿和伊利石都降低土壤中细菌和真菌群落的丰度,但增加了寡养菌Acidobacteriota的相对丰度。水铁矿显著降低水溶性有机质的含量和土壤p H值。矿物使水溶性有机质结构的复杂化,增加土壤Eh值。随机森林树预测分析显示矿物通过改变微生物的群落丰度和组成,降低活性碳的含量和增加水溶性有机质结构的复杂性,抑制土壤二氧化碳的释放。同时,矿物提升土壤Eh值,增加了甲烷氧化菌的丰度,抑制甲烷的释放。(3)在未添加紫云英的处理中,添加80μmol g-1Fe(II)的处理二氧化碳的累积释放量最高,而添加紫云英的处理中,添加40μmol g-1Fe(II)的处理二氧化碳的累积释放量最高。添加Fe(II)降低土壤水溶性有机质的含量,添加低浓度Fe(II)的处理水溶性有机质结构简化,添加高浓度Fe(II)的处理水溶性有机质结构复杂。并且添加高浓度的Fe(II)降低微生物量碳的含量。在未添加紫云英的处理高浓度Fe(II)降低土壤C/Fe摩尔比;添加紫云英的处理中,添加40μmol g-1Fe(II)的处理各形态铁总含量最低。本研究分析了矿物影响有机质矿化的潜在机制,可为增强水稻土的固碳效率和改善土壤质量提供理论参考。
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