生物质炭对土壤N2O消耗的影响及其微生物影响机理

作者：贺超卉; 董文旭; 胡春胜^*; 李佳珍

来源：中国生态农业学报（中英文）, 2019, 27(09): 1301-1308.

DOI：10.13930/j.cnki.cjea.190175

• 生物质炭
• 温室气体减排
• 土壤微生物
• N2O消耗
• 反硝化
• 基因丰度

生物质炭在温室气体减排方面具有很大的发展前景,它不仅能实现固碳,对于在大气中停留时间长且增温潜势大的N2O也能发挥积极作用。本研究采用室内厌氧培养试验,按照生物质炭与土壤质量比(0、1%和5%)加入一定量生物质炭,土壤重量含水率控制在20%。利用Robotized Incubation平台实时检测N2O和N2浓度变化,通过测定土壤中反硝化功能基因丰度(nirK、nirS、nosZ)分析生物质炭对N2O消耗的影响及其微生物方面的影响机理。结果表明:经过20 h厌氧培养后, 0生物质炭处理的反硝化功能基因丰度(基因拷贝数·g-1)分别为6.80×107(nirK)、5.59×108(nirS)和1.22×108(nosZ)。与0生物质炭处理相比,1%生物质炭处理的nirS基因丰度由最初的2.65×108基因拷贝数·g-1升至7.43×108基因拷贝数·g-1,nosZ基因丰度则提高了一个数量级,由4.82×107基因拷贝数·g-1升至1.50×108基因拷贝数·g-1,然而nirK基因丰度并无明显变化; 5%生物质炭处理的反硝化功能基因丰度并未发生显著变化。试验结束时,添加生物质炭处理的N2/(N2O+N2)比值也明显高于0生物质炭处理。相关性分析结果表明, nir S基因丰度和nosZ基因丰度均与N2O浓度在0.01水平上显著相关。试验末期nir S基因丰度和nos Z基因丰度均随着N2O浓度的降低而升高。因此在本试验中,添加1%生物质炭可显著提高nir S和nosZ基因型反硝化细菌的丰度,增大N2/(N2O+N2)比值,促进N2O彻底还原成N2。生物质炭对于N2O主要影响机理是增大了可以还原氧化亚氮的细菌活性,促进完全反硝化。

• 单位
  中国科学院大学; 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心