镉胁迫下不同烟田土壤的N2O排放特征及氨氧化微生物研究

论文摘要

氧化亚氮（N2O）是主要的温室气体之一。农田土壤是重要的N2O排放源,其环境变化及农业管理措施如土壤污染、施肥及耕作等都会对N2O排放产生重要影响。重金属污染特别是镉污染,是烟田土壤面临的重要环境问题,镉能通过影响土壤的生物化学反应进而影响土壤氮素转化和N2O排放,但不同土壤由于其理化、生物学性质及管理措施不同,其N2O排放对镉胁迫的响应可能也不一致。因此,开展镉胁迫下不同烟田土壤的N2O排放特征和功能微生物的研究,进一步明确不同烟田土壤的排放规律、环境影响及其内在生物学机制,对烟田N2O排放估算、减排管理及氮肥调控等方面均具有重要的科学价值和实践指导意义。本研究选取山东潍坊棕壤、福建南平水稻土、湖北恩施黄棕壤和贵州遵义黄壤等4个烟区的代表性土壤,通过室内模拟培养试验,开展了不同浓度镉胁迫及其氮素添加对4种烟田土壤N2O的排放特征及氨氧化微生物的影响研究。主要研究结论如下:1、4种类型土壤的理化性质、呼吸速率及N2O排放特征不同。水稻土的有机碳含量、呼吸和N2O排放速率、碳氮比最高但pH最低,棕壤的有机质含量、呼吸速率和碳氮比最低但pH最高。土壤碳氮排放特征与其理化性质密切相关,其中土壤呼吸速率及CO2累积释放量均与铵态氮、有机质及碳氮比呈显著正相关,与pH值及全氮呈显著负相关;N2O排放速率及累积释放量与土壤铵态氮、有机质及碳氮比呈显著正相关,与pH值呈显著负相关。2、不同浓度镉胁迫对不同烟田土壤的硝化率及N2O释放速率的影响存在差异。其中高浓度镉胁迫(100 mg·kg-1)显著抑制黄壤、棕壤和黄棕壤的硝化作用,而对水稻土的硝化率及N2O释放速率则有一定促进作用。低浓度镉胁迫(10 mg·kg-1)下各土壤的硝化率显著高于对照和高浓度镉胁迫处理,具有中度干扰效应。3、不同浓度镉胁迫在不同阶段对土壤N2O释放速率的影响不同。低浓度镉胁迫下各土壤的N2O释放速率在28 d培养初期有促进作用,中期抑制、后期差异逐渐缩小;高浓度镉胁迫下,除水稻土在培养前期N2O释放速率明显高于对照处理外,棕壤、黄棕壤、黄壤在培养前期均受到抑制,培养后期镉的抑制效应逐渐减弱。4、镉胁迫能够显著降低不同土壤中氨氧化细菌（AOB）与古菌（AOA）的丰度,且AOB受镉胁迫的影响更大。不同土壤在镉胁迫下主要通过调控AOA及AOB的主导性来影响N2O的释放,其中黄棕壤N2O释放速率与AOA和AOB的amoA基因拷贝数相关性不显著,棕壤和水稻土的N2O释放速率与AOB呈显著正相关,黄壤的释放速率则与AOA显著正相关。5、镉胁迫下添加铵态氮源对4种类型土壤的硝化率和N2O排放具有促进作用,但N2O排放动态不同。其中低浓度镉对水稻土和黄棕壤硝化率有促进效应,高浓度镉能显著降低水稻土的硝化率,对其他类型土壤则无显著影响。添加铵态氮短期内可以增加土壤中氨氧化微生物的丰度,但AOA与AOB的比值变化因土壤类型不同而存在差异。施氮处理中AOB-amoA基因拷贝数与N2O释放速率的相关性比AOA更强。在氮肥与镉共同作用时,4种类型土壤N2O的产生由AOA与AOB共同调控。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘跃东

导师: 张继光

关键词: 烟田土壤,镉胁迫,氨氧化古菌,氨氧化细菌

来源: 中国农业科学院

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑,农业科技

专业: 环境科学与资源利用,农业基础科学,农艺学

单位: 中国农业科学院

基金: 中国农业科学院基本科研业务费专项资助项目(1610232016-009),中国农业科学院科技创新工程(ASTIP-TRIC06)

分类号: S154;X53

总页数: 63

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