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.     

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¹³C-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¹³C-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...     

稻田甲烷氧化研究方法进展

土壤厌氧培养、添加CH4氧化抑制剂和稳定性C同位素方法是3种主要的稻田CH4氧化研究方法。采用土壤厌氧培养方法估算的CH4氧化率偏高,其大部分研究结果中CH4氧化率均>50%,高于其他方法的研究结果。添加CH4氧化抑制剂不仅会抑制CH4的氧化,同时也会减少或促进CH4的生成,这与添加的CH4氧化抑制剂的浓度有关。稳定性C同位素方法可在自然条件下测定CH4氧化率,无破坏性、灵敏度高,但计算CH4氧化率输入的δinitial、δfinal和α值还需要进一步研究。     

水稻土好氧甲烷氧化菌对大气CO2浓度升高的适应规律

CH4是仅次于CO2的第二大温室气体,而稻田是CH4的主要排放源,但未来大气CO2浓度升高情景下（elevated CO2, eCO2）,水稻土好氧甲烷氧化过程及其功能微生物群落适应规律尚不清楚。本研究依托中国FACE（Free Air CO2 Enrichment）水稻田试验平台,通过13C-CH4示踪的室内微宇宙培养实验,采用稳定性同位素核酸探针（DNA-SIP）和高通量测序技术,研究了未来大气CO2浓度升高对水稻土甲烷氧化活性及其功能微生物的影响规律。研究结果表明：与常规大气CO2浓度（ambient CO2, aCO2）相比,eCO2条件下的甲烷氧化活性显著增加,从243 nmol g-1 d.w.s h-1增加至302 mol g-1 d.w.s h-1,增幅高达24.3%,甲烷氧化菌数量则增加了1.1~1.2倍。通过超高速离心获得活性甲烷氧化菌同化13CH4后合成的13C-DNA,高通量测序发现,未来大气CO2升高情景下水稻土活性好氧甲烷氧化微生物群落极可能发生明显演替,与对照相比,类型I甲烷氧化菌甲基杆菌属Methylobacter的相对丰度增加16.2%~17.0%,而甲基八叠球菌属Methylosarcina的相对丰度下降4.7%-11.1%;同时刺激了食酸菌属Acidovorax和假单胞菌属Pseudomonas等非甲烷氧化菌的活性。这些研究结果表明：未来大气CO2升高情景下,水稻土好氧甲烷氧化微生物群落结构发生分异,促进了甲烷氧化通量,而甲烷氧化的代谢产物可能引发土壤中微生物食物网的级联反应,是土壤碳储存和周转的重要功能微生物群。     

不同浓度铜污染对水稻土甲烷氧化菌群落结构的影响

近年来,随着含铜矿产的开采、冶炼和制造等工业“三废”的排放、含铜农药与杀菌剂的长期大量施用以及城市污泥的堆肥利用,农田土壤铜污染日趋严重。土壤含铜量一旦超出其环境承载力,就会对植物、动物和土壤微生物产生危害,严重威胁到生态系统的稳定和人类的健康[1]。我国是水稻生产大国,其种植面积达全国粮食作物栽培面积的1/4,因此,水稻土在我国粮食生产中占有及其重要的地位,是具有重大经济意义的土壤资源[2]。研究表明,过量铜会对水稻根系产生毒害,进而推迟抽穗期,降低产量[3]。铜污染不仅会危害作物地上部分的生长发育,同时也会导致土壤微生物数量、呼吸强度、微生物商、代谢商等的变化,并对微生物的活性和功能产生影     

水稻土甲烷产生、氧化和排放过程的相互影响①——以水分历史处理为例

通过盆栽和培养试验研究了不同水分历史水稻土CH4产生、氧化及排放间的相互影响。水稻土CH4产生、氧化和排放皆受土壤水分历史条件的强烈影响,非水稻生长期土壤水分含量越高,随后水稻生长期CH4排放量越大,产生和氧化能力也越强。无论是水稻生长期平均值还是季节变化,CH4排放皆受CH4产生的显著影响。CH4产生量和排放量的相对差值很好地说明了各处理间土壤CH4氧化潜力的差异。水稻土CH4排放通量主要受CH4产生率,而不是CH4氧化潜力的影响,但CH4氧化能牵制CH4产生率对CH4排放通量的影响,水稻土这种自然调节CH4排放量的特性对减少稻田CH4排放具有重要的意义。     

稳定性碳同位素方法在稻田甲烷研究中的应用

稻田甲烷产生、氧化等过程不仅影响甲烷排放量,还影响其稳定性碳同位素组成;反之,稻田所排放甲烷的稳定性碳同位素组成也可用来定量研究甲烷的产生和氧化过程。20世纪80年代以来,国外已将稳定性碳同位素方法广泛应用在稻田甲烷的研究中。本文介绍了稳定性碳同位素方法的基本原理及其在稻田甲烷产生、氧化过程研究中的应用,指出了该方法在稻田甲烷研究中的不确定因素,为我国稻田甲烷的深入研究提供了新的有力手段。     

易利用态有机物质对水稻土甲烷排放的激发作用

为探讨外源有机物质对淹水稻田土壤CH4排放的激发作用,对比不同外源有机物质对土壤CH4排放的贡献差别,本研究选取3种标记的易利用态有机物(葡萄糖、乙酸和草酸)分别加入水稻土,进行了为期1个月的培养。结果表明:培养30 d后不同处理CH4的累计排放量差异显著(P0.05),其中,乙酸葡萄糖草酸对照;双因素方差分析结果显示,外源有机物质的添加加速了土壤易利用态有机质的矿化(即产生正激发效应);不同处理条件下激发作用产生的CH4分别占各处理CH4总累计排放量的73.3%(葡萄糖处理)、71.5%(乙酸处理)和40.9%(草酸处理),且CH4排放量与CH4激发效应之间极显著正相关关系说明土壤CH4排放主要要来自于土壤原有机质的分解,外源有机物质可能主要对土壤微生物活性及代谢途径有影响。     

施肥和淹水管理对水稻土氨氧化微生物数量的影响

全程氨氧化细菌(Completeammoniaoxidizers,Comammox)的发现被认为是氮循环研究的重要进展,但复杂土壤中Comammox与氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria, AOB)和氨氧化古菌(Ammonia-oxidizingarchaea,AOA)共存的环境驱动机制尚不清楚。针对紫色水稻土长期定位试验的植稻淹水(夏季植稻施肥并且全年淹水)管理、休耕冬干(不植稻、不施肥,仅在夏季植稻期间淹水,冬季排水落干)管理,研究了施肥和水分管理对水稻土硝化潜势及氨氧化微生物类群丰度的影响。结果表明,植稻淹水土壤的硝化潜势显著高于休耕冬干,分别为25.0 mg·kg~(-1)·d~(-1)、2.11mg·kg~(-1)·d~(-1),相差可达12倍之多。实时荧光定量PCR分析表明,两种管理方式下水稻土中均能检测到Comammox、AOA和AOB,并且其数量均为ComammoxAOAAOB。植稻淹水中Comammox丰度分别为AOA的8.5倍、AOB的77.3倍,而休耕冬干中Comammox丰度分别为AOA的4.1倍、AOB的490.3倍。相比于休耕冬干管理,植稻淹水刺激了Comammox分支A(Clade A)、AOA和AOB的生长,三者增长倍数分别为9、3、42,但Comammox分支B(Clade B)的降幅高达两倍之多。这些结果表明,与休耕冬干管理相比,28年长期植稻淹水,可能导致水稻土氨氧化微生物类群长期处于低O_2胁迫,并选择性促进了Comammox Clade A和AOA的生长,高强度施肥则显著促进了AOB生长,而Comammox Clade A和AOA则具有更广的铵态氮底物适应范围。未来应通过稳定性同位素示踪DNA技术,明确水稻土中数量上占优势的Comammox的功能意义及其与AOA和AOB的相对重要性。     

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     

围垦年限及施氮对滨海湿地CH4好氧氧化过程的影响

本试验选取崇明东滩的光滩湿地和芦苇湿地为对照，比较研究不同围垦年限(19、27、51、86 a)的围垦区稻田耕层土壤CH₄好氧氧化的速率和固碳量以及对氮肥的响应特征。结果表明，围垦稻田土壤有机碳(SOC)含量随围垦年限增长而显著增加，而湿地土壤的酸碱度(pH)、硫酸根离子(SO₄^2–)浓度和电导率(EC值)则均随围垦年限增长而呈逐渐下降趋势。围垦稻田的CH₄好氧氧化速率存在显著差异，其中围垦27 a稻田最高，为32μg/(g·d)，但远低于芦苇湿地(82μg/(g·d))。CH₄好氧氧化驱动的固碳净增量(¹³C-SOC)介于10.3～19.6μmol/g，与CH₄氧化速率显著正相关。围垦86 a稻田CH₄好氧氧化的固碳效率(¹³C-SOC净增量/¹³CH₄转化量)为61%，显著高于围垦19 a和27 a稻田。添加3种氮肥(NH₄     

The Effects of Sulphur Application on Yield,Sulphur Content and N/S-Ratio of Grasses for Silage at Six Sites in Finland

Abstract

The effects of sulphur (S) fertilization on forage production, sulphur content and N/S ratio of perennial timothy-meadow-grass (Phleum pratens L.- Festuca pratensis Hudson) and cocksfoot-dominant (Dactylis glomerata L.) swards cropped for one to three years were measured under a silage-cutting regime at six sites in Finland. Soil sulphur status ranged from poor/adequate (fine sand) to good (organic soils). Plant growth responses to supplementary sulphur were small, inconsistent and statistically insignificant. The supplementary S-fertilization increased the sulphur content of forage and decreased N/S-ratios at all sites. However, even in low-S fertilized plots the average sulphur content was very seldomly less than 0.2% on a dry matter (DM) basis, which has been assumed to be an adequate concentration in several foreign studies. High N/S ratios (> 14) were rare. The sulphur content of DM depended more significantly on growth stage and grass species than on supplementary sulphur. According to the results of these experiments, NPKS fertilizers contain sufficient amounts of sulphur to ensure both a good quality and a high yield of grass silage.