炉渣与生物炭施加对稻田土壤理化性质及异化铁还原菌的影响

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异化铁还原是指微生物以Fe(Ⅲ)作为电子受体,有机物作为电子供体,将Fe(Ⅲ)还原成Fe(Ⅱ)的过程,该过程自然地发生在土壤、水体沉积物等厌氧环境中,是极其重要的地球化学过程之一。已知的铁还原菌如土杆菌科、希瓦氏菌属的成员都可利用还原,竞争产甲烷的前体物质H2,从而导致甲烷的排放量减少。已有的研究表明生物炭和炉渣施入土壤后对土壤容重、孔隙度、养分含量等性质会产生一定影响,从而直接或间接地影响土壤微生态环境。本研究为了探讨施加炉渣和生物炭与稻田土壤微环境及土壤微生物、铁还原功能菌参与的铁代谢过程的相互关系,对稻田进行炉渣和生物炭单一施加和混合施加处理,并以不施加处理为对照。分析比较早晚稻生长过程中,不同施加处理组土壤主要理化性质、养分、Fe(Ⅲ)还原、水稻根表铁膜的厚度、细菌总数、铁还原菌群落组成之间的差异。取得以下主要研究结果:1.炉渣与生物炭的施加能够改变土壤的容重,具体表现为生物炭的施加能够降低土壤的容重,而炉渣的施加对土壤改变不明显,炉渣与生物炭混合施加也能降低土壤容重;炉渣与生物炭的施加都能提高土壤的电导率,生物炭的作用效果更好,炉渣与生物炭混施效果最明显;生物炭的施加可以提高土壤的pH,炉渣的施加对土壤pH的改变不大;炉渣与生物炭的施加对土壤总有机碳、全氮及有效磷的影响不大。2.不管是早稻还是晚稻,拔节期的铁还原菌数量要多于乳熟期,生物炭施加组的铁还原菌数量相比于其它三组要高;早、晚稻总铁含量较为稳定,炉渣与生物炭的施加对总量影响不大;生物炭的施加会提高土壤中Fe(Ⅱ)的含量,特别是在水稻淹水期;炉渣与生物炭的施加,能够降低水稻根表铁膜含量。3.晚稻的生长过程中炉渣与生物炭的施加对土壤细菌的丰度影响不大,而对于早稻,生物炭施加及炉渣与生物炭混合施加会减少细菌的丰度;早、晚稻土壤样品中细菌主要分布在6个门(Phylum)中,分别是变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)、硝化螺菌门(Nitrospirae)、拟杆菌门(Bacteroidetes)。相对丰度名列前十的菌属为芽孢杆菌属(Bacillus)、红皮杆菌属(Eryspelothrix)、考克氏菌属(Kocuria)、厌氧粘细菌属(Anaeromyxobacter)、梭菌属(Clostridiumsensustricto1)、粘菌属(Haliangium)、厌氧绳菌属(Anaerolinea)、梭菌属(Clostridiumsensustricto12)、盐单胞菌属(Halomonas)、特吕珀菌属(Truepera);早稻对照组(Ec)和早稻炉渣施加组(Es)、晚稻对照组(Lc)和晚稻混施组(Lm)、晚稻炉渣施加组(Ls)和晚稻生物炭施加组(Lb)这几组样品的群落组成比较接近。4.早、晚稻土壤样品中检出的铁还原菌多分布在α-变形菌纲(α-Proteobacteria)、β-变形菌纲(β-Proteobacteria)、γ-变形菌纲(γ-Proteobacteria)、δ-变形菌纲(δ-Proteobacteria)、芽孢杆菌纲(Bacillus)、梭菌纲(clostridia)。优势铁还原菌为芽孢杆菌属(Bacillus)、厌氧粘细菌属(Anaeromyxobacter)、梭菌属(Clostridium)、硫化细菌属(Thiobacillus)、地杆菌属(Geobacter)、脱硫球茎菌属(Desulfobulbus)、Deferrisoma、嗜酸栖热菌属(Acidothermus)、Geothermobacter。炉渣与生物炭的施加,在一定程度上会改变了土壤菌群结构。
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