炉渣与生物炭施加对稻田温室气体排放及其相关微生物的影响

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为了了解废弃物施加减少稻田温室气体排放通量的作用机制,本研究对稻田进行炉渣、生物炭和炉渣+生物炭(混施)3种方式的施加处理,并以不施加处理做为对照,通过稀释梯度平板法和MPN法分析施加处理对稻田温室气体排放相关微生物(细菌、真菌、硝化细菌和反硝化细菌)数量的影响,采用Pearson相关分析法探讨施加处理条件下环境因子与稻田温室气体排放相关微生物数量之间的关系。并采用荧光定量PCR(qPCR)、限制性片段长度多态性聚合酶链式反应(PCR-RFLP)和高通量测序等分子生物学手段对产甲烷菌、甲烷氧化菌的群落结构和丰度进行测定;分析施加处理对CO2、CH4和N20排放通量的影响及其相关的微生物学机制。取得如下主要研究结果:1.早、晚稻拔节期和乳熟期,混施处理显著提高土壤盐度、pH,炉渣处理提高了土壤pH,生物炭、混施处理提高了稻田土壤SOC、碳氮比。炉渣、生物炭和混施处理降低了稻田土壤细菌、硝化细菌和反硝化细菌数量;施加处理对真菌影响较小。生物炭和混施处理提高了真菌/细菌比值。2.施加处理条件下,稻田土壤盐度、pH、容重、SOC和碳氮比等理化指标与细菌、硝化细菌和反硝化细菌数量呈负相关关系;容重、SOC、TN和碳氮比等理化指标与真菌/细菌比值呈正相关关系。3.早稻拔节期,炉渣处理的产甲烷菌mcrA基因丰度显著高于对照;混施处理的甲烷氧化菌pmoA基因丰度、pmoA/mcrA基因比值显著高于对照;晚稻拔节期,混施处理的产甲烷菌mcrA基因丰度显著高于对照,混施处理的甲烷氧化菌pmoA基因丰度、pmoA/mcrA基因比值显著高于对照,炉渣处理的甲烷氧化菌pmoA基因丰度显著低于对照。4.早稻拔节期,炉渣、生物炭和混施处理提高土壤产甲烷菌群落结构多样性;炉渣、生物炭处理提高土壤甲烷氧化菌多样性,混施处理降低土壤甲烷氧化菌多样性;晚稻拔节期,3种施加处理提高土壤产甲烷菌群落结构多样性;生物炭、混施提高土壤甲烷氧化菌多样性,炉渣处理降低土壤甲烷氧化菌多样性。5.早、晚稻拔节期,稻田土壤检测到的产甲烷菌优势菌属主要有Methanoregula、Methanocella、甲烷杆菌属(Methanobacterium);甲烷氧化菌优势菌属为:甲基单孢菌属(Methylomonas)、甲基孢囊菌属(Methylocystis)、Methylosarcina和Methylogaea。早稻拔节期,生物炭处理降低了稻田土壤Methanosarcina相对丰度,炉渣、混施处理提高了Methylocystis相对丰度,3种施加处理降低了Methanomassiliicoccus、Methylomonas相对丰度;晚稻拔节期,生物炭处理降低了稻田土壤Methanosarcina相对丰度,3种施加处理提高了Methylocystis相对丰度,降低了Methanomassiliicoccus、Methylomonas相对丰度。6.施加处理降低了 C02、CH4和N20的排放通量。3种施加处理相比,生物炭和混施处理对CO2和CH4减排效果较佳,炉渣和生物炭处理对N20减排效果较佳。
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