浅表层水稻土N2O消耗能力及其与N2O还原微生物的耦合关系

王 玲,李 昆,宋雅琦,公 勤,李兆华,*

1 湖北大学资源环境学院,武汉 430062 2 湖北省农村安全饮用水工程技术研究中心,武汉 430062

土壤是大气氧化亚氮(N2O)排放的重要来源之一,由土壤微生物介导的硝化、反硝化作用是产生N2O的主要过程[1,2]。然而常规静态箱法监测到的N2O排放量仅是土壤中N2O产生与消耗过程综合作用后的动态结果[3]。由于土壤水、土壤孔隙等非生物因素的截留作用以及土壤微生物的还原作用,土壤剖面中产生的N2O量并不能完全迁移出土壤表面而贡献排放[4,5]。近年来水稻土研究结果显示,无论是淹水状态还是落干过程,N2O排放可能主要来源于距离土表更近的0—5 cm深度的水稻土层[6- 8]。但同时Wang等研究发现0—5 cm深度土层产生的N2O气体并不能完全排放,高达90%的N2O产生量以不同途径消耗损失了[9],因此0—5 cm深度土壤N2O消耗能力值得关注。此外,越来越多的研究监测到土壤N2O负排放量,在温带和热带区域的自然和耕作生态系统中,N2O净消纳率在<-1.0 μg N m-2h-1至-207 μg N m-2h-1范围波动[10,11]。全球每年通过土壤作用消耗的N2O总量不可忽视,土壤消耗N2O已经成为很重要的一种降低大气N2O浓度的途径,值得深入探究。

水稻土是一种长期处于淹水缺氧状态中的人工水成土,土壤环境极有利于其反硝化脱氮和N2O充分还原[12,13]。但目前关于水稻土壤消耗N2O过程及其微生物调控机制的系统研究较为缺乏。为揭示0—5 cm深度水稻土层N2O消纳量与N2O还原微生物之间的耦合关系,本研究拟通过微宇宙培养方法对浅表层(0—5 cm)原状水稻土外源添加N2O气体,测定N2O迁移通过土柱的动态过程以及无机养分和氧化亚氮还原酶基因(nosZⅠ和nosZⅡ)丰度变化。研究结果将为水稻田温室气体减排提供重要的科学参考。……