湿地变形菌门甲烷氧化菌群的缺氧能量代谢

甲烷氧化菌以甲烷作为碳源和能源，在全球甲烷平衡和温室效应控制中扮演着重要角色。甲烷生物氧化过程跨越不同氧化还原生态位，近年来的研究表明，在湿地缺氧生态位下变形菌门甲烷氧化菌具有代谢潜力，但其能量代谢机制尚不清楚。本研究基于生物电化学技术、矿物学实验及微生物组学方法，结果表明变形菌门甲烷氧化菌主导的菌群具有直接和间接胞外电子传递潜力；在氧气耗尽时，甲烷氧化菌群可利用水铁矿作为电子受体完成能量代谢过程，缺氧体系中γ-Proteobacteria纲的甲烷氧化菌和非甲烷氧化微生物共同驱动铁矿还原。本研究探讨了变形菌门甲烷氧化菌主导菌群的缺氧能量代谢过程，拓展了反硝化厌氧甲烷氧化菌及厌氧甲烷氧化古菌主导的缺氧甲烷氧化理论，为甲烷生物控制提供了理论支持。     

土壤微生物铁循环及其环境意义

铁是土壤中重要的高活性高丰度元素。铁的生物地球化学循环包括铁还原与亚铁氧化两个过程,需要微生物提供基本驱动力,已经成为陆地表层系统研究的国际热点。铁循环控制着土壤有机物矿化、反硝化、甲烷产生、重金属固定等环境过程,是连结土壤养分循环与污染物转化的纽带。从生物地球化学循环的角度,综述了微生物作用下的铁还原、亚铁氧化过程及其主要微生物类群,重点论述了厌氧条件铁还原与亚铁氧化的环境效应及其地球化学机理,以及铁还原与亚铁氧化两个过程的协调及其调控因子。本文将有助于深入理解地球表层的关键环境过程与驱动机制。     

中试膜生物反应器中猪场沼液部分亚硝化快速启动试验

膜生物反应器(Membrane Bioreactor,MBR)具有出水水质好、污泥龄(Solid RetentionTime,SRT)长等优势,该研究在中试MBR中开展猪场沼液部分亚硝化工艺研究,为部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺在实际工程上的示范应用提供技术参数。结果表明,常温状态下控制反应器内溶解氧(Dissolved Oxygen,DO)在0.2～0.5 mg/L,p H值8.0±2.0条件下,成功启动并稳定运行部分亚硝化工艺,亚硝酸盐氮积累率保持稳定,最高达到87.95%,出水的亚硝酸盐氮和氨氮浓度比值稳定在1.1∶1,达到进行厌氧氨氧化反应的基质需求。部分亚硝化过程中,氨氧化细菌活性明显的提高且维持在(0.4±0.02)g/(g·d)。反应器内微生物多样性增加,菌群结构发生明显变化,优势菌门由Chloroflexi(绿弯菌门)、Firmicutes(厚壁菌门)变为Proteobacteria(变形菌门),Nitrosomonas(亚硝化单胞菌)成为反应器内的优势菌属。     

基于核酸DNA/RNA同位素示踪技术的水稻土甲烷氧化微生物研究

稳定性同位素示踪复杂土壤中微生物DNA/RNA的技术难点是13C-DNA/RNA的鉴定。本研究针对我国六种典型水稻土,利用稳定性同位素13CH4示踪活性的甲烷氧化菌,超高速密度梯度离心获得不同浮力密度DNA/RNA后,以甲烷氧化菌独有的pmo A功能基因和16S r RNA特异基因作为分子标靶,通过半定量凝胶电泳技术评价了特异基因作为分子标靶判定13C-DNA/RNA的可行性,进一步利用克隆文库技术研究水稻土中的活性甲烷氧化菌群落结构。结果表明:甲烷氧化菌功能基因pmo A作为分子标靶,能够准确鉴别13C-DNA,而甲烷氧化菌特异的16S r RNA基因则能较好地区分12C和13C标记的RNA,但13C-RNA中的非目标微生物污染高于13C-DNA示踪技术。进一步以13C-DNA和13C-RNA为模板,分别构建了pmo A和16S r RNA基因的克隆文库,系统发育分析表明I型菌主导了土壤甲烷氧化过程,其中江西鹰潭和黑龙江五常土壤中活性甲烷氧化菌全部属于Ia型,而四川资阳、浙江嘉兴、江苏常熟和江都土壤中Ia型和Ib型甲烷氧化菌均有发现,并且后者比例较低。这些结果表明分子标靶基因能够有效判定复杂土壤中的甲烷氧化菌13C-DNA/RNA,在DNA和RNA水平的结果基本一致,我国典型水稻土中活性甲烷氧化菌可能存在一定的地理分异规律。     

土壤CH4氧化与土壤甲烷营养菌及主要研究方法

甲烷营养菌(methanotrophs)是一类以CH4为唯一碳源和能源的细菌,广泛分布在水稻土、森林土、苔原土、泥炭地、海洋与湖泊底泥、堆肥、垃圾填埋场及地下水等环境中,并作为大气甲烷(CH4)唯一的生物汇(库),在全球温室效应研究中备受关注。目前,关于土壤甲烷营养菌的研究主要包括菌株的多样性、生态分布以及环境因素对微生物氧化CH4过程的影响。本文从甲烷营养菌的分类入手,概述稻田土壤CH4的氧化与释放、旱地土壤CH4的氧化以及影响土壤CH4氧化的因素等方面的研究进展,同时介绍了土壤甲烷营养菌研究领域的几种主要的分子研究技术,以期为甲烷营养菌相关的研究提供参考。     

低温产甲烷菌群对玉米秸秆低温厌氧消化的生物强化作用

为研究产甲烷菌群对秸秆低温厌氧消化的生物强化作用,试研究将长期驯化的低温产甲烷菌群投加至秸秆厌氧消化体系中,对比不同添加剂量(3%、6%、9%、12%、15%和18%)对低温(20℃)批式厌氧消化性能的影响。对产甲烷性能、中间代谢产物进行统计学和动力学分析,评价生物强化效果,确定最佳剂量,结合微生物群落分析揭示生物强化作用机制,结果表明：生物强化可促进秸秆低温厌氧消化,提高甲烷率1.27～2.24倍,促进乙酸和丙酸的降解,避免酸抑制,相比对照组缩短厌氧消化时间(T₈₀)12～19d;动力学分析表明：生物强化可缩短厌氧消化的延滞期;统计学分析表明：强化甲烷产量的最佳剂量为12%,单位质量菌群强化甲烷产量的最佳剂量为6%;微生物群落分析显示生物强化促进低温厌氧消化的主要原因是提高了产甲烷菌Methanothrix和Methanosarcina相对丰度。     

微生物直接种间电子传递:机制及应用

微生物种间电子传递(Interspecies electron transfer,IET)是指电子供体微生物与电子受体微生物之间通过直接或间接方式传递电子形成互营生长关系,从而共同完成单一微生物不能完成的代谢过程的现象。IET分为间接种间电子传递(MediatedIET,MIET)和直接种间电子传递(Direct IET,DIET)。其中,前者一般需要氢、甲酸、核黄素等作为电子载体,而后者是指微生物间通过纳米导线、氧化还原蛋白、导电颗粒等进行直接电子交换。DIET是最新发现的IET方式,DIET的发现改变了微生物互营代谢必须依赖氢/甲酸等能量载体的传统认识。本文在论述MIET的同时,重点阐述了DIET的三种介导机制,列举了参与IET的典型微生物种类,系统介绍了IET在厌氧消化产甲烷、甲烷厌氧氧化、微生物脱氯等重要环境过程中的作用机制及应用潜力,并展望了微生物种间电子传递的未来研究方向。本综述有助于加深对微生物IET发生机制的认识,为理解微生物IET在自然界碳氮等元素循环、温室气体排放、污染物降解等关键生物地球化学过程中的作用提供理论基础,为IET的实际工程应用提供可能。     

甲烷厌氧氧化微生物的研究进展

甲烷是一种重要的温室气体,其对全球气候变暖的贡献率约占20%。微生物进行的甲烷厌氧氧化(Anaerobic oxidation of methane,AOM)是减少自然环境中该温室气体排放的重要生物途径。根据耦联反应的不同,可将AOM分为两类,即硫酸盐还原型甲烷厌氧氧化(Sulphate-dependent anaerobic methane oxida-tion,SAMO)和反硝化型甲烷厌氧氧化(Denitrification-dependent anaerobic methane oxidation,DAMO),前者以SO42-作为AOM的最终电子受体,后者以NO2-/NO3-作为AOM的最终电子受体。深入了解这两种类型AOM的发生机理,有助于更好地理解该生物过程的重要性,为AOM工艺的开发提供理论依据。鉴此,本文简要介绍了不同类型的AOM及其参与的微生物,着重阐述了其发生机理,并探讨了AOM未来的研究方向与应用前景。     

污水处理反硝化除磷-诱导结晶磷回收工艺中除磷微生物特性

为探究反硝化除磷-诱导结晶磷回收工艺中缺氧池污泥释磷、吸磷以及微生物特征,利用荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization,FISH)技术、电子扫描显微镜(scanning electron microscope,SEM)观察了微生物的数量、分布和形态;通过批次试验考察了污泥在厌氧/好氧和厌氧/缺氧2种模式下的释磷和吸磷特征。结果表明:该双污泥系统缺氧池中聚磷菌占总细菌比例的69.7%,明显高于单污泥系统中富集的聚磷菌比例,污泥中的微生物多呈杆状;厌氧/好氧、厌氧/缺氧模式下单位污泥浓度(mixed liquor suspended solids,MLSS)总吸磷量(以PO43--P计)分别为22.84、18.60 mg/g,反硝化聚磷菌(denitrifying polyphosphate-accumulating organisms,DPAO)占聚磷菌(polyphosphate-accumulating organisms,PAO)的比例为81.44%,表明在长期的厌氧/缺氧运行条件下可以富集到以硝酸盐为电子受体的反硝化聚磷菌,同时还存在着仅以氧气为电子受体的聚磷菌;通过pH值和氧化还原电位(oxidation reduction potential,ORP)的实时监测可以快速地了解污水生物处理系统中各类反应的进程,对调控工艺参数有着重要的意义。综上所述,为保证污水生物处理工艺的正常稳定运行,将微生物分析与常规的化学参数分析结合起来考察将是未来发展的必然趋势。     

亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化微生物生态学研究进展

亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化(nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,N-DAMO)是指以亚硝酸盐为电子受体将甲烷氧化为二氧化碳的微生物生理过程。虽然目前人们对于N-DAMO的研究主要集中于人工环境,但不断有证据表明N-DAMO菌广泛分布于不同类型生境(如河流、湖泊、湿地和海洋等)中,且在部分生境中已被证实N-DAMO反应的发生。这表明N-DAMO是一种被忽视的甲烷汇,其在全球温室气体减排中可能起着重要作用。本文介绍了N-DAMO菌的分类和生化反应机理,总结了N-DAMO菌在不同自然生态系统中的分布特征与作用强度,浅析了影响N-DAMO菌在自然生态系统中分布和发挥作用的主要环境因子,并探讨了N-DAMO反应作为一种被忽视的甲烷汇在控制温室气体排放中的贡献。     

铁/锰氧化菌诱导土壤重金属生物成矿研究进展

综述了铁锰氧化菌诱导成矿对重金属环境行为的影响,分别从铁/锰氧化菌与生物成矿、铁/锰氧化菌诱导铁锰氧化物沉淀耦合重金属稳定化以及铁锰氧化物对土壤中重金属的作用方面进行阐述;并从铁/锰氧化菌生物成矿方式、铁/锰氧化菌诱导生物成矿过程对土壤重金属的稳定化机制等方面进一步总结了铁/锰氧化菌在不同重金属生物成矿修复中的应用,以及微生物诱导成矿过程的调控因素,分析胞外聚合物、温度与酸碱度、共存离子和其他因素对成矿过程的影响,以期为微生物诱导成矿修复重金属污染提供理论参考。未来工作可进一步关注生成矿物稳定重金属的长效性,不同微生物菌群组合对成矿效果的调控,以及铁/锰氧化菌在重金属复合污染场地土壤修复中的应用等方面。     

Na+和K+共存对A2/O工艺脱氮除磷效果及污泥性质的影响

为了揭示多种金属离子共存的含盐废水生物处理系统污染物的去除机制和污泥特性,考察Na~+、K~+共存对A~2/O工艺污染物去除率、污泥性质和微生物群落的影响,采用高通量测序技术分析了厌氧区、缺氧区和好氧区的微生物群落结构,结合脱氮除磷效果和污泥性质的变化,探讨不同Na~+/K~+摩尔比下A~2/O工艺优势种群的演替规律,以期从微生物角度明确Na~+、K~+共存对含盐废水污染物去除率的影响。结果表明:当进水Na~+/K~+摩尔比分别为2、1和0.5时,A~2/O工艺的COD去除率分别为80%、84%和86%,TN去除率分别为73%、77%和80%,K~+浓度的提高缓解了Na~+对COD和TN去除率的抑制作用;厌氧区释磷率分别为70%、73%和74%,缺氧区吸磷率分别为53%、55%和58%,好氧区吸磷率分别为70%、72%和75%。随着进水Na~+/K~+摩尔比的降低,厌氧区、缺氧区和好氧区微生物群落的丰富度和多样性降低,微生物群落差异显著,变形菌门的相对丰度均升高约30%,拟杆菌门和绿弯菌门相对丰度逐渐降低。陶氏菌属和固氮弧菌属作为优势菌属,其相对丰度逐渐增大,有利于氮磷污染物的去除。通过增加K~+的浓度有利于提高氮、磷去除率,增强污泥的生物絮凝性和反硝化聚磷菌的活性。     

NaCl盐度对A2/O工艺去除废水污染物和系统微生物的影响

为了提高含盐废水的有机物去除率和脱氮效率,考察NaCl盐度对A~2/O工艺污染物去除和微生物群落的影响,采用高通量测序技术分析了厌氧区、缺氧区和好氧区的微生物群落结构,结合有机物去除和脱氮效率的变化探讨不同盐度下A~2/O工艺优势种群的演替规律,以期揭示含盐废水生物脱氮机理。结果表明:1)随着NaCl盐度的增大,A~2/O工艺污染物去除率下降,当盐度由0增大至40 g/L时,A~2/O反应器厌氧、缺氧和好氧区域COD去除率分别由52%、80%和56%下降至30%、50%和40%;厌氧区和好氧区NH4+-N去除率分别由33%和61%下降至11%和39%;缺氧区NO3--N去除率由63%下降至47%。2)与无NaCl废水相比,加入NaCl后,微生物的多样性降低;高盐度(40 g/L)与低盐度(0、10 g/L)处理的微生物群落结构差异较大;缺氧区陶氏菌属和副球菌属、好氧区梭菌属和硝化螺旋菌相对丰度的降低是导致A~2/O工艺脱氮效率下降的主要原因;厚壁菌门中的部分菌属(如Lactobacillus、Streptococcus、Tepidibacterium、Veillonella、Lachnoclostridium、Zoogloea)相对丰度增大,具有较强的耐盐性;随着盐度的增大,与脱氮相关的微生物(如变形菌门、拟杆菌门、厚壁菌门等)一直是A~2/O工艺厌氧区、缺氧区和好氧区的优势菌门,保证了不同盐度下A~2/O工艺始终具有一定的脱氮效能。     

黄土高原采煤沉陷对土壤微生物群落的影响

采矿对环境本底影响极大,近自然恢复是唯一可行的手段。土壤微生物影响物质循环转化,对生态恢复起重要作用。厘清土壤微生物群落如何适应和进化,不同菌群之间如何互作,哪些功能群更适应干旱、贫瘠的环境,对提升矿山生态恢复力至关重要。利用高通量测序和分子生态网络方法探索东坪煤矿和大柳塔煤矿地表沉陷区土壤微生物群落结构与组成、主要种群及与环境因素间的互馈机制。结果表明:沉陷环境对土壤微生物群落多样性、结构和分布模式影响显著,但放线菌门(Actinobacteria)一直最为丰富。东坪煤矿分子生态网络互作关系较大柳塔煤矿更复杂、网络节点和连接数更多。前者的关键菌群属于放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和奇古菌门(Thaumarchaeota),后者的关键菌群属于变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)。此外,网络结构与土壤性状之间存在显著相关性。为适应矿山土壤营养贫瘠,微生物种群间更偏向相互合作,其中Holophagae与Aquabacterium为优势菌属,或可助力矿山生态修复。     

稻田土壤厌氧氨氧化菌群落结构对长期不同施肥的响应

研究长期不同施肥稻田土壤厌氧氨氧化微生物丰度和群落结构组成,深入认识稻田厌氧氨氧化菌对不同施肥的响应机理,可为合理施肥和理解湿地生态系统厌氧氨氧化过程提供科学依据。设置不施肥(CK)、单施无机肥(NPK)、无机肥配施牛粪(NPKM)、无机肥加秸秆还田(NPKS)四个处理,采用荧光定量PCR和高通量测序对不同施肥模式下水稻土厌氧氨氧化细菌丰度和群落结构进行分析。结果发现,不同处理之间厌氧氨氧化细菌丰度具有显著差异(p0.05),表现为NPKMNPKSNPKCK,且与有机质、全氮和铵态氮含量具有显著相关性(p0.05)。高通量测序结果表明,不同施肥处理主要的厌氧氨氧化菌为Candidatus Brocadia、Candidatus Anammoxoglobus和Candidatus Scalindua,其中优势种群为Candidatus Brocadia。菌群的多样性分析表明,CK和NPKS处理的厌氧氨氧化菌群落结构多样性香农指数(Shannon index)、辛普森指数(Simpson index)和丰富度指数(Chao 1 index)显著高于NPKM和NPK处理(p0.05)。上述结果表明,长期施肥改变了厌氧氨氧化菌的数量和群落结构。有机无机肥配施更有利于提高厌氧氨氧化菌丰度。然而,不同施肥措施对厌氧氨氧化菌的多样性影响不同,无机肥加秸秆还田提高了厌氧氨氧化菌多样性,但单施无机肥和无机肥配牛粪降低了厌氧氨氧化菌多样性。厌氧氨氧化菌的数量和群落结构对不同施肥的响应不同。     

不同水分条件下格陵兰岛冻土活性甲烷氧化菌群落分异规律

揭全球气候变化导致丹麦格陵兰岛形成了旱地和间歇淹水的土壤景观,采用稳定性同位素核酸探针技术和高通量测序16S r RNA及pmoA基因的分析方法,开展了格陵兰岛旱地和间歇淹水土壤微宇宙培养试验,探究不同水分条件下冻土的甲烷氧化潜力及活性好氧甲烷氧化菌群落演替规律。结果表明:与旱地土壤相比,淹水土壤氧化高浓度甲烷的速率呈现降低趋势,分别为12.38和12.17μg/(g·d),但后者对甲烷碳同化利用效率显著高于前者,土壤~(13)C-有机碳原子百分比从自然丰度1.08%,分别增加至1.64%和1.99%。超高速密度梯度离心分析~(13)C-DNA发现甲烷氧化菌群落发生演替,旱地土壤中Crenothrix甲烷氧化菌16S rRNA基因丰度仅为0.04%,而在间歇淹水土壤中为23.78%,增幅高达557倍;类型Ⅱ甲烷氧化菌Methylosinus则从33.76%增至44.38%。然而,类型Ⅰ甲烷氧化菌Methylocaldum的丰度明显降低,从旱地土壤10.15%显著降低为间歇淹水0.14%;进一步通过pmo A基因高通量测序分析,也得到了类似的结果,特别是类型Ⅰ甲烷氧化菌RPCs从旱地土壤15.61%显著降低至间歇淹水土壤的0.13%。这些结果表明:尽管格陵兰冻土中经典的类型Ⅱ甲烷氧化菌主导了旱地土壤和间歇性淹水土壤好氧甲烷氧化过程,但水分可能是甲烷氧化菌群落演替的重要环境驱动力,水分增加导致活性的类型Ⅰ种群丰度降低,同时显著刺激了新型甲烷氧化菌Crenothrix的大量生长并可能在间歇淹水土壤中发挥了重要作用。     

两种母质的红壤性水稻土中微生物硫循环代谢途径特征

水稻土氧化还原交替频繁，使不同形态的硫元素转化的生物化学反应活跃，对水稻生产影响显著。本文以花岗岩和第四纪红色黏土母质发育的红壤性水稻土为研究对象，通过宏基因组测序以及生物信息学分析，研究了红壤性水稻土硫循环途径相关功能微生物特征，包括有机硫转化途径、其他（转运）途径、同化硫酸盐还原途径、硫氧化途径、异化硫酸盐还原途径以及硫歧化途径。结果表明：两种母质发育的红壤性水稻土具有相同的硫循环途径特征，即有机硫转化途径微生物功能基因丰度的发生频率最高，每百万个带注释的细菌序列平均检测到16000个有机硫转化的功能基因；硫歧化途径微生物功能基因丰度的发生频率最低，每百万个带注释的细菌序列平均仅检测到116个硫歧化途径功能基因。两种母质发育的红壤性水稻土中主导硫循环的微生物，在门分类水平上，微生物组成没有显著差异，都以变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）为优势菌门，占比分别为55.19%、10.61%、7.18%等。在种水平分类上则差异显著，花岗岩母质发育的水稻土中硫循环途径微生物相对丰度更高，且所有途径的优势菌种都为Deltaproteobacteria bacterium、Acidobacteria bacterium、Betaproteobacteria bacterium，其丰度占花岗岩母质水稻土硫循环微生物丰度的40%以上；而在第四纪红色黏土母质发育的水稻土中参与硫循环每条途径的优势功能微生物更加丰富，如在有机硫转化途径中Gemmatirosa kalamazoonesis丰度最高，在其他（转运体）途径Azoarcus sp.的丰度最高，在同化硫酸盐还原途径丰度最高的微生物是Anaeromyxobacter sp.。研究结果表明：两种不同母质发育的红壤性水稻土中存在相同的硫循环途径特征，两种母质发育的红壤性水稻土中主导硫循环的微生物在门水平上没有显著差异，但在种水平分类上差异显著，表明不同母质中会存在着独特的优势硫转化功能菌群。     

胞外呼吸菌在污染物迁移与转化过程中的应用进展

胞外呼吸菌是在厌氧条件下氧化有机物产生电子,进而将电子传递至胞外电子受体并产生能量维持自身生长的一类微生物,在重金属和有机污染物迁移转化过程中发挥着重要作用,且菌群的协同作用效果较单一微生物更为显著。胞外呼吸菌在自然环境中广泛存在,主要集中在变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Acidobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes),且多数为革兰氏阴性菌,其中希瓦氏菌(Shewanella oneidensisi MR-1)和地杆菌(Geobacter sulfurreducens)是研究较为深入的胞外呼吸模式菌。目前已知的5种胞外电子传递机制包括直接电子传递、电子穿梭体、应电运动、纳米导线和细胞间电子传递机制,各种机制非独立存在而是共同作用以促进污染物降解。文章从胞外呼吸菌的种类、胞内与胞外电子传递机制等方面进行综述,并着重论述了胞外呼吸菌在污染物迁移转化中的最新应用进展,为更好地发挥其环境效应提供参考。     

大气CO2浓度缓增对稻田土壤甲烷氧化过程的影响

微生物介导的甲烷好氧氧化,对控制稻田甲烷排放起着重要作用。本文从基因、群落、活性等多个层次上解析CO₂浓度缓增对稻田土壤甲烷好氧氧化过程的影响及其作用机理。依托于田间CO₂浓度自动调控平台,在背景CO₂浓度(AC)基础上,设置了CO₂浓度缓增处理(每年增加40μL·L^-1,持续4年)(EC)。采用室内泥浆培养以及高通量测序和定量PCR技术,对不同CO₂处理下水稻关键生育期(分蘖期、拔节期、扬花期和乳熟期)土壤中的甲烷氧化潜势及其功能微生物的丰度和群落结构进行了系统研究。结果表明：大气CO₂浓度升高促进了稻田甲烷氧化潜势和甲烷氧化菌丰度的增加;CO₂浓度升高还使得土壤中甲烷氧化菌的群落结构发生了显著变化,其优势菌从Ⅱ型菌转变为Ⅰ型菌。CO₂浓度升高所致的土壤中甲烷、氧气浓度以及氮素水平等的改变很可能对稻田甲烷氧化过程产生了重要影响。综合本研究发现,稻田甲烷氧化过程对大气CO₂     

生物炭与氮肥对稻田甲烷氧化菌和产甲烷菌数量和潜在活性的影响

基于稻田中氮肥配施生物炭的田间定位试验,研究了施用生物炭与氮肥对旱季稻田土壤理化性质、甲烷氧化与产生潜势及甲烷氧化菌和产甲烷菌丰度的影响。田间试验共设置5个处理：单施生物炭、单施氮肥、氮肥配施生物炭（生物炭设置两个水平）以及对照。结果表明：施用生物炭三年后显著提高了有机碳和微生物生物量碳含量（p﹤0.05）,与单施氮肥处理相比,氮肥配施生物炭后可显著提高土壤pH。与对照相比,单施生物炭显著提高土壤甲烷氧化潜势。在施氮条件下,甲烷氧化潜势与生物炭施用量之间存在正相关关系,与氮肥配施20 t hm-2处理相比,40 t hm-2生物炭处理甲烷氧化潜势增长53.8%。氮肥配施高倍生物炭与配施低倍生物炭处理相比产甲烷潜势由0.001提高至0.002 mg kg-1 h-1;氮肥施用一定程度上抑制了甲烷氧化菌数量的增长,单施氮肥处理中产甲烷菌数量较对照处理显著增加了3.0%;单施或配施低水平生物炭显著增加土壤甲烷氧化菌数量。氮肥显著降低了甲烷氧化菌与产甲烷菌基因丰度比（pmoA/mcrA）。而在同氮肥水平下施加生物炭显著增加了土壤pmoA/mcrA比值,即生物炭对甲烷氧化菌的促进作用显著高于产甲烷菌,提高了旱季稻田土壤的甲烷氧化能力,因此有助于减少稻田土壤甲烷的排放。