生物质炭对酸性菜地土壤N2O排放及相关功能基因丰度的影响
[目的]生物质炭显著影响土壤氧化亚氮(N2O)排放,但关于其相关微生物机理的研究相对匮乏,尤其是生物质炭对酸性菜地土壤N2O排放的微生物作用机理.本文通过研究氮肥配施生物质炭对酸性菜地土壤N2O排放以及硝化和反硝化过程相关功能基因丰度的影响,探讨酸性菜地土壤N2O排放与功能基因丰度的关系,阐释生物质炭对酸性菜地土壤试验N2O排放的微生物作用机理.[方法]在田间一次性施入生物质炭40 t/hm2,试验连续进行了3年,共9茬蔬菜.设置4个处理:对照(CK)、氮肥(N)、生物质炭(Bc)和氮肥+生物质炭(N+Bc).在施用后第三年,采集土壤样品进行室内培养,应用荧光定量PCR技术检测硝化过程氨氧化古菌(AOA)、氨氧化细菌(AOB)功能基因amoA和反硝化过程亚硝酸还原酶基因(nirK、nirS)以及N2O还原酶基因(nosZ)等相关功能基因丰度,同时监测土壤pH值、无机氮(铵态氮、硝态氮)含量及N2O排放.[结果]与CK相比,生物质炭(Bc)处理的土壤有机碳(SOC)提高了27.1％,总氮(TN)提高了8.2％,amoA-AOB基因丰度显著降低了11.0％,nosZ基因丰度增加了21.2％ (P＜ 0.05),N2O排放没有显著变化(P＞0.05).与CK相比,施用氮肥(N)显著降低土壤pH(P＜0.05),显著增加土壤无机氮含量、nirK、nirS和nosZ功能基因丰度以及土壤N2O累积排放量(P＜0.05).与N处理相比,生物质炭与氮肥联合施用(N+Bc)处理显著增加amoA-AOA、amoA-AOB、nirK、nirS和nosZ基因丰度,增幅分别为68.1％、39.3％、21.1％、19.8％、48.4％ (P＜ 0.05),但(nirK+nirS)/nosZ的比值降低,同时N2O累积排放量显著降低33.3％ (P＜ 0.05).室内培养期间N2O排放峰出现在1～5d,N和N+Bc处理排放速率分别为N 1.70×103和1.76×103 ng/(kg·h).相关分析结果显示,N2O排放速率与氧化亚氮还原酶的标记基因nosZ基因拷贝数(P＜0.05)、NH4+-N含量(P＜0.01)呈显著正相关,与pH呈显著负相关(P＜0.01).[结论]在菜地生态系统中氮肥和生物质炭联合施用可以有效缓解菜地土壤酸化,减少菜地土壤N2O排放,主要归因于反硝化作用nosZ基因丰度增加,(nirK+ nirS)/nosZ比值降低.
菜地土壤、N2O排放、生物质炭、硝化过程功能基因、反硝化过程功能基因
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国家自然科学基金项目41471192;公益性行业农业科研专项201503106;国家科技支撑计划2013BAD11B01
2018-06-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
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