稻田土壤N2O消纳能力及nosZ-I型功能种群应答机制

作者：郭俊丽; 田美洁; 葛体达; 魏文学; 王光军; 孙志龙; 刘毅^*

来源：环境科学, 2020, 41(04): 1968-1975.

DOI：10.13227/j.hjkx.201908220

• 外源N2O
• 水稻土
• 淹水厌氧
• N2O消纳
• nosZ-I型

稻田土壤长期的淹水厌氧环境有利于反硝化作用的进行,是导致N2O大量排放的重要原因之一.目前,关于稻田土壤N2O排放特征的相关研究已有不少,然而关于稻田土壤N2O的消纳能力及相关功能微生物的应答机制尚不明确.本研究以淹水水稻土原状土柱(0～5 cm)为研究对象,在土柱底部输入外源N2O气体,系统监测所添加外源N2O通过土柱的浓度及关键土壤因子的动态变化特征,以及分析nosZ-I型功能种群组成的演替规律,以期揭示淹水水稻土N2O的消纳能力及nosZ-I型功能种群的应答机制.结果表明,外源N2O输入后约97.39%扩散进入土柱,逸散出土表的N2O占0.72%～7.75%,达到排放高峰后被土壤继续消耗,培养192 h后外源N2O处理比对照多消耗67.10%N2O, N2O消耗速率提高144.2%.同时,NH+4-N、NO-3-N和DOC分别多消耗了19.65%、 16.29%和8.41%.N2O输入192 h后nosZ-I的群落多样性没有显著差异,但是其种群组成发生显著改变:优势菌株OTU5004、OTU5065、OTU960和OTU1282(Proteobacteria)相对丰度显著提高,其中OTU5004菌株相对丰度比初始样和CK升高7.30%和4.63%,非优势菌株OTU5265(Azoarcus sp.)比初始样和CK升高0.33%和0.15%.上述结果表明, 0～5 cm深度渍水水稻土壤具有很强的N2O消耗能力,外源N2O添加使N2O消耗速率明显加快,提高了淹水水稻土壤对N2O的消纳潜力,促进碳氮转化和nosZ-I群落组成变化,这将为降低大气N2O排放提供新的参考.

• 单位
  中国科学院亚热带农业生态研究所; 湖南农业大学; 中南林业科技大学