中国太湖地区水稻田甲烷排放的估算

Methane fluxes from late rice and single cropping rice fields in Taihu region were measured using closed chamber method in 1992 and 1993 and CH4 emission from this region (total area of paddy soils was about 1.88 million hectares,of which 0.63 million hectares are distibuted in the south of Jiangsu province) was estimated on the basis of the meam CH4 fluxes observed.The results showed that the mean CH4 flaxes from late rice and single cropping rice field were quite similar under the prevailing cultivation practices in the region,being around 5 mg CH4/m^2/h(4.31-5.31mg CH4/m^2/h for various cultivars of the late rice and 3.20-6.22mg CH4/m^2/h for various treatments of the single cropping rice).Total CH4 emission from paddy soils in the region was estimated to e 0.185-0.359 Tg CH4 per year.Continuously flooding the soil with a water layer till ripening caused higher mean CH4 flux;and addition of nitrification inhibitor(thiourea) stimulated CH4 emission.There was no simple repationship between CH4 flux and either soil temperature or soil Eh.     

水稻田中产甲烷菌数量和优势种

采用改良的亨格特(Hungate)厌氧技术,用MPN法和滚管法同时测定水稻不同生育期土壤中的产甲烷菌数量有明显差异,在混合基质中生长的产甲烷菌数量,早稻在分蘖末期数量最高,可达3.6×10¹⁰个/克干土;在H₂和CO₂生长的产甲烷菌数量,晚稻在分蘖盛期明显增高,到乳熟期可高达3.1×10¹¹个/克干土;在甲酸钠和乙酸钠基质中生长的产甲烷菌数量,晚稻在分蘖盛期较高,分别达3.7×10⁸个/克千土和1.2×10⁸个/克干土;在甲醇基质中生长的产甲烷菌数量,晚稻在各生育期差异不显著。不同深度土壤中产甲烷菌数量无显著差异。施用有机肥料在一定程度上可促进产甲烷菌数量的递增。水稻土中占优势的产甲烷菌种群为甲酸甲烷杆菌(Methanobacterium formicicum)、马氏甲烷八叠球菌(Methanosarcina mazei)和巴氏甲烷八叠球菌(Methanosarcina barkeri)。     

温度对不同生态系统土壤甲烷氧化过程和甲烷氧化细菌的影响

温室气体的大量人为排放导致了近百年来的全球气候变化。甲烷是重要的温室气体,随着全球气温升高,甲烷排放量会随之增加,进一步加剧了全球温室效应。土壤是甲烷重要的源和汇,土壤中的甲烷氧化细菌在平衡甲烷的释放过程中发挥着关键作用。探究温度变化对土壤甲烷氧化能力的影响成为近年来的研究热点。本文综述了温度对土壤甲烷氧化过程以及甲烷氧化细菌的影响,分析了在不同温度下,各生态系统中的土壤甲烷氧化及甲烷氧化细菌响应特点和规律,比较了不同生态系统中土壤发生甲烷氧化的温度范围以及甲烷氧化菌株的生长温度范围。综述结果表明,不同生态系统能够发生甲烷氧化的温度范围不同;在能发生甲烷氧化的温度范围内,甲烷氧化速率随温度升高而增加;培养温度与土壤原位温度越相近时,甲烷氧化响应较为灵敏。与温度对甲烷氧化过程的影响类似,甲烷氧化细菌的丰度也随着温度升高而增加,并与增温幅度、优势甲烷氧化细菌的原位生长温度密切相关。土壤中的II型甲烷氧化细菌对温度较敏感,随着温度升高,II型甲烷氧化细菌丰度增加,因此,温度会通过影响甲烷氧化细菌的丰度和群落结构,从而影响甲烷氧化过程。但温度是否仅通过调控优势菌种更替来改变土壤甲烷氧化能力目前还尚未定论,未来需要进一步探究。本文讨论了土壤甲烷氧化过程对温度的响应及其微生物机制,可为全面解析全球变暖下的土壤甲烷氧化过程的变化提供参考。     

不同离子对水稻田土壤甲烷氧化活性影响的研究

研究了矿质元素不同的阴离子和阳离子与黄松泥田水稻土壤氧化甲烷活性之间的相关性。结果表明 ,不同的阴离子和阳离子对甲烷氧化活性的影响有显著性差异 ,不同浓度的同一种阴离子或阳离子对甲烷氧化活性的影响也有显著性差异。Na+较K+对土壤甲烷氧化活性具有更强的抑制作用。NH4+和NO2-可与甲烷氧化竞争土壤中的分子氧而有明显的抑制作用。Cr3+对微生物具毒性而影响土壤的甲烷氧化。阴离子PO43-和CO32-无明显影响。这种影响的差异性不仅与阴离子和阳离子本身的理化特征有关 ,而且与土壤对阳离子的吸附力及阴离子与土壤的相互作用强度有关。土壤理化特性同样影响阴离子和阳离子对甲烷氧化活性影响的强弱     

长期定位试验对水稻田土壤甲烷氧化活性和甲烷排放通量的影响

通过对长期定位施肥的黄松稻田土的甲烷氧化活性和甲烷排放通量的研究表明,长期定位施肥对稻田土壤的好氧甲烷氧化活性和甲烷排放通量有显著性的影响(|t|t0.05,P0.05),而对稻田土壤的厌氧甲烷氧化活性有影响但未达显著性水平(|t|t0.05,P0.05)。施加有机肥能显著增加稻田土壤的甲烷氧化活性和甲烷排放通量;当有机肥和无机肥混合施用时,其促进作用明显大于单施有机肥或无机肥。施加尿素后,稻田土壤的甲烷氧化活性及甲烷排放量都有所下降,但钾肥和磷肥能缓解由尿素引起的抑制作用。施肥后耕作的稻田甲烷氧化活性和甲烷排放通量高于施肥后不耕作的稻田;耕作而不施肥的稻田甲烷氧化活性和甲烷排放通量要低于不施肥也不耕作的稻田。     

种植杂交稻对甲烷排放及土壤产甲烷菌的影响

经早稻,中稻,晚稻三季２４ｈ稻田甲烷监测结果表明,种植杂交稻没有明显增进稻田甲烷烷排放的作用。在三季种植中,甲烷释放总量除连晚杂交稻田比常规稻高外,早稻,单季稻都是杂交稻田低于常规稻。     

有机肥和无机肥对水稻土产甲烷的影响

在盆栽条件下,研究了二种有机肥和五种无机肥对淹水稻上产甲烷细菌数量和甲烷释放量的影响。结果表明有机肥对产甲烷菌数量和甲烷释放量均有较大的促进作用,其中以绿肥最为显著。无机肥料的施用处理中,NH4HCO3、（NH4）2SO4、CO（NH2）2和NH4Cl对水稻土产甲烷细菌数量的增加和甲烷释放量均略有促进作用,而施NaNO3处理的对甲烷释放总量有较明显的抑制作用。     

不同类型土壤中甲烷释放特性和产甲烷菌数量的研究

在盆栽条件下,研究了从不同母质发育的6种类型土壤(3种旱土和3种水稻土)种稻时的甲烷释放特性和产甲烷菌数量。结果表明,6种不同类型土壤种稻期问的甲烷释放趋势是一致的,即成活期时甲烷释放量较少,随着生育期的推进,至分蘖盛期达最高,随后又逐渐减少,到分蘖末期后又有回升。不同类型的稻田和旱地土壤在种植水稻后,前者的甲烷释放量明显高于后者。稻田土壤则以pH近中性、有机质含量较高的黄松田土壤甲烷释放量为最多,其次是偏碱性的涂砂田,以偏酸性的老黄筋泥田为最少;旱地土壤淹水种稻后的甲烷释放量是黄松土黄筋泥成泥土。6种土壤淹水而不种稻时甲烷释放量明显低于种稻时的甲烷释放量。6种土壤淹水后不论种稻与否,产甲烷菌的数量是原先为稻田的土壤比原先是旱地的土壤为多。     

氮素水平对土壤甲烷氧化和硝化微生物相互作用的影响

甲烷氧化微生物和氨氧化微生物均是既可以氧化甲烷(CH₄)又可以氧化氨(NH₃),氨氧化是硝化作用的限速步骤,也是好氧土壤氧化亚氮(N₂O)排放的主要生物路径。选取内蒙古草原围封禁牧土壤为研究对象,利用稳定同位素核酸探针技术(DNA-SIP)探讨不同氮水平下土壤活性甲烷氧化微生物与硝化微生物及其相互作用机制。结果发现低氮添加促进甲烷氧化活性,而高氮添加抑制甲烷氧化活性;低氮和高氮添加均显著增强硝化活性。基于DNA-SIP的高通量测序结果发现Methylobacter MOB和Nitrosospira AOB/Nitrospira NOB分别是该土壤的主要活性甲烷氧化和硝化微生物。网络结构分析发现Methylobacter MOB和Nitrosospira AOB/Nitrospira NOB存在显著负相关关系,进一步证明活性甲烷氧化和硝化微生物之间存在竞争性相互作用。以上结果表明,氮素水平影响草原土壤甲烷氧化和硝化微生物的相互作用,研究结果为采取措施调控草原土壤CH₄的汇和N₂O...     

FACE对水稻土产甲烷菌和甲烷氧化菌种群及其活性的影响

利用江都市小记镇的稻-麦轮作FACE平台,采用最大可能(MPN)法,在2005年水稻生长季研究了不同施肥(常规N量和低N量)、不同秸秆还田(秸秆全还田和秸秆不还田)处理土壤中的产甲烷菌和甲烷氧化菌数量在大气CO2浓度升高(FACE)条件下随时间的变化情况,并且借助气相色谱测定了土壤的产甲烷潜力和甲烷氧化潜力。结果表明:在秸秆全还田情况下,FACE对于产甲烷菌在分蘖期具有促进作用,而在抽穗期与收获期具有抑制作用,这种作用在低N条件下达到显著性(P<0.05)水平。而秸秆不还田情况下,FACE对产甲烷菌无明显促进作用;在低量N的施用情况下,FACE对于土壤甲烷氧化菌的活性具有刺激作用,在水稻抽穗期土壤甲烷氧化菌数量明显地高于对照,达到显著性水平(P<0.05);而常规施N量秸秆全还田的情况下,在水稻的分蘖期、拔节期和收获期FACE土壤中的甲烷氧化菌数量却受到一定程度的抑制。土壤的产甲烷潜力测定结果表明,FACE能促进土壤的CH4释放,尤其是在常规N量施用条件下。当底物(加入外源CH4)充足时,FACE条件下能使土壤具有较高的氧化CH4的能力,其CH4氧化潜力明显大于对照土壤,并且这种作用在常规N肥施用条件下尤为明显,达极显著性水平(P<0.01)。     

封闭系统水稻土甲烷氧化的模拟

Methane oxidation by paddy soils in a closed system could be simulated by the equation x=k1xo/(k1 k2x0)exp(k2t)-k2x0 where x0 and x are the CH4 concentrations at time zero and t,respectively;k1 and k2 are constants related to the constant of first-order-kinetics.According to the equation the change of soil ability to oxidize CH4 could be estimated by the equation Ac=k2/k1(x0-x)x0k2/k1-1.The results showed that the soil ability to oxidize CH4 varied,depending on the initial CH4 concentration.High initial CH4 concentration stimulated soil ability to consume CH4,while low concentration depressed the ablility.This characteristic of paddy soil seemed to be of considerable significance to self-adjusting CH4 emission from flooded rice fields if there exist oxic microsites in the soil.     

农药污染对水稻田土壤硫酸盐还原菌种群数量及其活性影响的研究

在实验室条件下 ,施用杀虫剂 (呋喃丹 )、杀菌剂 (多菌灵 )和除草剂 (丁草胺 )后 ,对黄松稻田土壤、紫色稻田土壤和红壤稻田土的硫酸盐还原细菌 (Sulfate reducingbacteria ,SRB)种群数量和硫酸盐还原活性的影响。结果表明 ,紫色稻田土壤、黄松稻田土壤和红壤稻田土的SRB种群数量和硫酸盐还原活性的范围分别为 (66 83～ 12 7 81)× 10 4 cfug- 1干土、(45 87～ 10 5 0 7)× 10 4 cfug- 1干土和 (3 81～ 61 62 )× 10 4 cfug- 1干土和S- 2 (7 14～ 11 57) μgg- 1d- 1干土、S- 2 (6 84～ 9 0 7) μgg- 1d- 1干土、S- 2 (1 91～ 6 67) μgg- 1d- 1干土 ,且稻田土SRB种群数量和土壤硫酸盐还原活性之间具有正相关性。每kg干土中加入 1mg的丁草胺或呋喃丹 ,能促进SRB的生长及其硫酸盐还原活性。 1kg干土中加入 5mg的多菌灵、50mg的丁草胺或呋喃丹 ,对SRB的生长和硫酸盐还原活性有明显的抑制作用。施用丁草胺和呋喃丹 7d时 ,多菌灵 14d时 ,对水稻田土壤的SRB种群数量和硫酸盐还原活性的抑制影响最大 ,然后逐渐减轻 ,最后显示出某种程度的促进作用     

尿素施用对稻田土壤甲烷产生、氧化及排放的影响

通过田间和培养试验研究了不施尿素(N0kg/hm2)和施用尿素(N300kg/hm2)对水稻生长期稻田土壤CH4产生潜力、氧化潜力和排放通量的影响。结果表明,水稻全生育期内,施用尿素降低土壤CH4产生潜力,并推迟其达到最大值的时间;尿素作为基肥和穗肥施用抑制土壤CH4氧化,而作为分蘖肥施用短暂地促进然后抑制土壤CH4氧化;施用尿素降低稻田CH4排放量。施用尿素通过同时影响CH4产生潜力和氧化潜力来影响稻田CH4排放。     

土壤甲烷氧化菌及水分状况对其活性的影响

阐述了土壤中甲烷氧化的机理及土壤水分状况对甲烷氧化的影响,土壤中甲烷氧化分4步进行,首先甲烷在sMMO或pMMO作用下氧化成甲醇,甲醇在甲醇脱氢酶作用下氧化成甲醛,甲醛是甲烷氧化菌合成体细胞的碳源,甲烷氧化菌Type Ⅰ利用RuMP途径把甲醛转化为细胞合成的中间体,TypeⅡ则利用丝氨酸途径,同时甲醛在甲醛脱氢酶作用下氧化为甲酸,后者再在甲酸脱氢酶作用下氧化为CO_2,从而完成甲烷氧化。甲烷氧化菌TypeⅠ只含pMMO,而TypeⅡ既含sMMO又含pMMO,因此其生存力更强。土壤中甲烷氧化主要发生在10cm左右的土层中,明显受土壤水分状况的影响,甲烷氧化的最佳土壤含水量变化为20％～70％间,主要取决于土壤机械组成和有机质含量。     

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。     

填埋场生物炭-甲烷氧化菌改性覆层的甲烷氧化特性

填埋场覆盖层是一种控制甲烷逃逸的最简单可行办法,然而一般的土质覆盖层工程特性差,与微生物甲烷氧化菌的甲烷氧化效能低。生物炭施加到土体中能够改变土体的微环境和微生物活性,进而可影响生物氧化甲烷的效能。为了研究生物炭-甲烷氧化菌改性土的甲烷氧化效率,使用甲烷检测仪,测定不同pH、甲烷浓度、土样干密度和生物炭掺量下,有菌和无菌土样的甲烷降低率的变化规律。结果表明：当无机盐培养液的pH值为7时,甲烷氧化菌具有较高的氧化效能;pH值为9时,甲烷氧化菌的甲烷降低小于pH值为7时。在一定初始甲烷浓度下,甲烷氧化菌的氧化效能随着初始甲烷浓度的增大而增大,但当初始甲烷浓度超过一定值时会抑制甲烷氧化菌的氧化效能,生物炭掺量和干密度均会影响甲烷氧化菌甲烷削减效能。随着生物炭掺量的增加,生物炭-甲烷氧化菌改性土的甲烷氧化效率是逐渐增大的;在干密度和生物炭掺量为1.20 g/cm³和15%时,无菌和有菌两种工况的甲烷降低率降幅较明显,分别为10.38%和39.72%。由此表明添加生物炭改变了填埋场覆盖层土体的微环境,提高了甲烷氧化菌的甲烷氧化效能,该研究对填埋场温室气体减排、大气污染防治及土体固碳减排具有重要学术意义和实际价值。     

不同农作措施对稻田甲烷排放通量的影响

通过网室小区试验，观测得到单施尿素处理的甲烷排放通量为０．６４ｍｇ／ｍ＾２·ｈ；农家肥＋尿素处理、农家肥＋硝铵处理、农家肥＋硫铵处理的甲烷排放通量分别为５７．１，４２．１，３０．７ｍｇ／ｍ＾２·ｈ；农家肥＋硫铵＋间歇灌溉处理和农家肥＋尿素＋间歇灌溉处理的甲烷排放通量分别为２２．０和１４．７ｍｇ／ｍ＾２·ｈ。结果表明，以农家肥为基肥的５个处理的甲烷排放通量大大高于单施尿素处理的甲烷排放通量，表明高量     

氮肥对土壤氧化甲烷的影响研究

阐述了N肥用量、品种对土壤氧化甲垸(CH_4)的影响以及高浓度CH_4对这一影响的反作用,土壤可通过固定一定量的外源N确保土壤具有相对稳定的氧化大气CH_4能力,N含量低的土壤适量施用N肥可刺激甲烷氧化菌繁殖和功能的发挥,促进大气CH_4氧化。但当外源N用量超出一定范围时甲烷氧化菌Type Ⅰ对环境变化十分敏感,会产生抑制作用并表现为长期和短期2种效应,铵态氮具有短期更具长期效应,其直接结果是引起土壤中甲炕氧化菌尤其是Type Ⅰ数量的减少和作用的减弱,该抑制作用是单向、不可逆的。由于甲烷氧化菌Type Ⅰ和Ⅱ可被高浓度CH_4激活,不易受N肥的长期影响,有些水田土壤施用N肥甚至促进甲烷氧化菌繁殖,即N的影响是双向且可逆的。