DNDC模型对川中丘陵区稻田CH_4、N_2O排放的模拟对比分析

利用IKONOS高分辨率（1m）卫星遥感图,进行典型抽样和地形→土地利用→土地覆盖→综合信息提取的方法,选定了代表川中丘陵区类特征的四川省金堂县为研究区域,通过对研究区域中不同固定耕作制度下代表性田块的选取,于2005年5月—2006年5月对田块管理者进行作物田间管理、作物产出等农业生产实际情况调查和分析,进行土壤理化性状、水样的测定,并结合当地的气象资料,利用DNDC模型模拟川中丘陵区不同耕作制度下稻田温室气体的排放情况。结果表明：冬水田-水稻田（PF）水稻生长期CH4排放通量为2.24 kg.hm-2.d-1,占年排放量的80.73%;水稻生长期和冬闲期N2O通量分别为0.033和0.003 6 kg.hm-2.d-1,水稻生长期排放量为4.28 kg.hm-2,占年总排放量的83.59%。CH4和N2O排放量在水稻整个生季节存在明显的互为消长关系。油菜-小麦田（RR）水稻生长期CH4排放通量为1.16 kg.hm-2.d-1,是休闲期的20.71倍,水稻生长期CH4排放量占年排放量的90.48%;水稻生长期和非水稻生长期N2O排放通量分别为0.070和0.027 kg.hm-2.d-1,水稻生长期N2O排放量为8.01 kg.hm-2,占年排放量的54.19%。小麦-水稻田（RW）水稻生长期CH4排放通量为1.24 kg.hm-2.d-1,是休闲期的21.02倍。水稻生长期CH4排放量占年排放量的89.75%;水稻生长期和非水稻生长期N2O排放通量分别为0.089和0.030 kg.hm-2.d-1,水稻生长期N2O排放量为9.61 kg.hm-2,占年排放量的55.23%。PF年CH4排放量是RR和RW的近3倍,且少一季作物产量,应尽量将冬水田改为两季田。     

水稻光合碳在植株-土壤系统中分配与稳定对施磷的响应

为探究稻田土壤光合碳的输入及分配对施磷的响应特征,本研究选用籼性常规水稻品种（中早39）,在两个施磷（0 mg·kg^-1和80 mg·kg^-1;分别记为P₀和P₈₀）条件下进行盆栽试验,同时采用¹³CO₂连续标记技术量化光合碳在水稻-土壤系统中的分配.结果表明,施磷显著增加光合碳在水稻地上部的分配,降低其在根际土的分配（P<0.05）;施磷使拔节期水稻的光合碳含量增加了70%,根系干重降低了31%.与不施磷相比,施磷显著提高了水稻地上部全碳含量0.31 g·pot^-1（P<0.05）,显著降低了水稻根冠比;施磷使进入非根际土壤微生物量的光合碳（¹³C-MBC）显著增加了0.03 mg·kg^-1,但降低其在根际土壤的分配;光合碳在非根际土壤颗粒态有机碳（POC）和矿物结合态有机碳（MOC）的分配对施磷的响应不显著,但在根际土壤施磷处理显著降低了其在POC中的含量.因此,施磷增加了光合碳在水稻-土壤系统的分配,但降低了光合碳在土壤中的积累.本研究探讨施磷对水稻光合碳在水稻-土壤系统的分配及其稳定的影响,为缺磷土壤的合理施用磷肥及其对土壤有机碳积累的影响提供理论基础和数据支撑;对理解稻田土壤光合碳的传输与分配特征及其固碳潜力具有重要意义.     

稻田土壤氧化亚氮产生潜势、反硝化功能基因丰度和群落结构的垂向分布

土壤中氧化亚氮（N₂O）的释放量占全球N₂O释放总量的60%.其中，稻田土壤是N₂O最主要的释放源.反硝化过程是稻田土壤N₂O生成的主要微生物过程之一.本研究选取广东韶关稻田垂向土壤（0~100 cm）为研究对象，通过乙炔抑制剂法测定了N₂O产生潜势和反硝化潜势，并利用针对特异性功能基因的实时荧光定量和高通量测序技术分别分析反硝化功能基因丰度和反硝化微生物群落结构.结果显示：0~10 cm深度的土壤样品N₂O产生潜势最高，可达（0.020±0.0035）μg·g^-1·h^-1.反硝化功能基因中，nirK基因的丰度峰值（（1.51±0.0015）×10⁸ copies·g^-1）出现在0~10 cm深度，而nosZ和nirS基因的丰度峰值（（4.29±0.0015）×10⁷ copies·g^-1和（8.86±0.0010）×10⁷ copies·g^-1）均出现在10~20 cm深度.稻田垂向土壤中N₂O产生潜势和相关的反硝化功能基因（nosZ、nirK和nirS）丰度均随土壤深度的增加而逐渐降低.其中在所有深度的土壤样品中nirK基因的丰度均高于nirS.基于nirK基因的高通量测序结果发现慢生根瘤菌（Bradyrhizobium）的相对丰度最高（44.06%±6.14%，n=6）.相关性分析表明，稻田土壤中N₂O产生潜势与环境因子（TN、TC和含水率）、反硝化功能基因丰度以及慢生根瘤菌（Bradyrhizobium），罗河杆菌属（Rhodanobacter）和亚硝化螺菌属（Nitrosospira）的相对丰度呈正相关.上述结果表明稻田土壤中环境因子和反硝化功能基因丰度影响了N₂O产生潜势的垂向分布.     

风化煤组配改良剂结合水分管理对水稻根际土壤与稻米甲基汞含量的影响

采用以风化煤、碳酸钙与亚硒酸钠为主要原料组配的土壤改良剂,结合稻田水分管理(抽穗扬花期后保持80％田间持水量),通过盆栽试验和大田试验,研究改良剂和水分管理对稻田水稻土和水稻籽粒中甲基汞含量及水稻生产的影响.结果表明:①土壤改良剂结合稻田水分管理可以显著降低水稻根际土壤与水稻籽粒中甲基汞含量.在盆栽环境中,土壤改良剂+...     

镉胁迫下稻田土壤微生物基因多样性的DGGE分子指纹分析

采用现代分子生物学技术,避开传统的分离培养过程,探讨重金属镉污染条件下稻田土壤微生物种群的基因多样性.经过直接从土壤中抽提总DNA,并对总DNA中16S rDNA及其中 V3可变区序列作PCR扩增、变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析等,对镉胁迫下稻田土壤总DNA、微生物种类分布进行了初步的研究,发现不同浓度镉胁迫下稻田土壤间的菌种有明显差异,DGGE技术可以用于污染环境下微生物多样性研究.同时对DGGE分子指纹图谱的生物信息学分析作了初步尝试,为污染环境下土壤微生物多样性研究提供了新的实验方法与依据.     

炉渣与生物炭施加对稻田温室气体排放及其相关微生物影响

为了减少稻田温室气体排放通量,本研究对稻田土壤进行炉渣和生物炭单一施加和混合施加处理,并测定了早、晚稻拔节期和乳熟期CO_2、CH_4和N_2O排放通量及相关微生物(细菌、真菌、硝化细菌、反硝化细菌)的数量.结果表明,稻田施加废弃物可以减少温室气体的排放通量.在早、晚稻的拔节期,施加生物炭显著降低了CO_2和N_2O的排放通量(p0.05),混合施加显著降低了CO_2和CH_4的排放通量(p0.05),施加炉渣条件下3种温室气体的排放通量与对照组相比没有差异.施加炉渣或生物炭都显著降低硝化细菌的数量(p0.05),混施处理显著降低细菌、硝化细菌、反硝化细菌数量(p0.05),但显著提高了稻田土壤真菌/细菌比值(p0.05).在早、晚稻的乳熟期,炉渣、生物炭、混施处理能显著降低CH_4排放通量(p0.05),而生物炭处理显著降低N_2O排放通量(p0.05).炉渣处理显著降低细菌、硝化细菌、反硝化细菌数量(p0.05),生物炭处理显著降低细菌、反硝化细菌数量(p0.05),混施处理显著降低细菌、硝化细菌数量,并显著提高真菌/细菌比值(p0.05).温室气体排放与微生物数量之间的相关性分析结果表明,CO_2、CH_4排放通量与细菌数量呈显著正相关,与真菌/细菌比值呈显著负相关;而N_2O排放通量则与硝化细菌、反硝化细菌数量呈显著正相关.     

锑矿周边稻田土壤垂直剖面锑砷形态与细菌群落结构分布及相互关系

为了解稻田土壤微生物对锑(Sb)和砷(As)污染的长期适应机制,本文以贵州省独山半坡锑矿和某锑矿冶炼厂周边稻田土壤为研究对象.采用野外布点和室内分析的方法,利用Illumina高通量测序技术对稻田垂直剖面土壤细菌16S rRNA V3～V4可变区进行测序,分析了土壤微生物的α多样性、物种丰度差异和组成情况,探讨了不同形态Sb和As在tc1(水耕熟化层)、tc2(渗育层)、tc3(犁底层)和tc4(水耕淀积层)的地球化学行为及其对细菌群落结构的影响.结果表明,研究区Sb和As的来源不同,Sb主要来源于大气沉降和人工投放,As则来源于成土母岩.变形菌门(Proteobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)为各土层的主要优势菌门,具体表现为变形菌门(Proteobacteria)是tc1和tc2的优势菌门,绿弯菌门(Chloroflexi)是tc3和tc4的优势菌门.土壤剖面各土层多样性指数均在tc1达到最大值,在tc3达到最小值且差异不显著.相对重要性分析表明,总As、As(V)、TS和Fe(II)为影响多样性指数的主要因子.LEfSe分析表明,各土层差异指示种在不同分类水平上各不相同且tc1的数量高于tc2、tc3和tc4.如在门水平,tc1的差异指示种为疣微菌门(Verrucomicrobia),tc3为热袍菌门(Thermotogae),tc4为硝化螺旋菌门(Nitrospirae);在纲水平,tc1为α-变形菌纲(α-proteobacteria),tc2为β-变形菌纲(β-proteobacteria),tc3为热袍菌纲(Thermotogae),tc4为硝化螺旋菌纲(Nitrospirae).RDA分析和相对重要性分析表明,总As、As(III)、Sb(V)、总Sb和pH等对细菌门分类水平具有重要影响.共生网络分析进一步表明,Sb(III)和As(V)虽然对群落结构影响相对较小,但与特征性微生物却存在显著相关性,如Sb(III)与Defluviicoccus属显著相关,而As(V)对β-变形菌纲影响较为显著.     

长期施肥对红壤稻田耕层土壤碳储量的影响

以红壤性稻田土壤为对象,研究了长期施肥（1990～2006年）对稻田表层土壤碳储量及固碳潜力的影响,讨论了耕层厚度变化对碳储量估算及处理间差异的影响.研究发现,与长期施用化肥相比,有机物的循环利用能显著提高红壤性稻田土壤碳储量,其碳储量为57.7～66.2 t/hm²,比试验前高出18.7～27.2 t/hm²,而长期施用化肥碳储量提高幅度平均为5.4 t/hm².红壤性稻田土壤饱和固碳量为84.0 t/hm²,与目前碳储量相比还有17.8～43.7 t/hm²的固碳潜力.研究证实,土壤碳储量与土壤容重和表层土壤厚度的变化密切相关,以20 cm或23 cm作为统计厚度估算表层土壤的碳储量将分别低估20.6％和11.3％,其中有机物施用处理碳储量低估幅度最大（分别为26.8％和18.9％）;另外,用相同统计厚度进行碳储量估算减小了不同施肥处理间的差异.从稻田土壤碳储量及固碳潜力来考虑,有机物配合化肥施用是红壤稻田较优的施肥方式.     

不同种类有机肥施用对稻田CH4和N2O排放的综合影响

以麦茬稻田为对象,研究基肥施用不同有机肥对稻田CH4和N2O排放的综合影响.结果表明:有机肥施用对稻田CH4和N2O排放的季节变化模式无明显影响,但影响其排放量.与施用化肥(化肥处理)相比,施用菜饼+化肥(菜饼处理)促进CH4和N2O的排放,其季节排放总量分别增加了252%和22%;施用小麦秸秆+化肥(秸秆处理)和牛厩肥+化肥(牛厩肥处理)明显增加CH4排放,增加量分别为250%和45%,同时却减少N2O排放,分别减少18%和21%;施用猪厩肥+化肥(猪厩肥处理)降低CH4和N2O的排放,分别降低4%和18%.对CH4和N2O排放的综合温室效应分析表明,菜饼和秸秆处理的全球增温潜势(GWP)约为化肥处理的2.5倍,牛厩肥和化肥处理基本持平,但施用猪厩肥可减少10%～15%.各处理的GWP从高到低依次为菜饼、秸秆、牛厩肥、化肥和猪厩肥.单位产量的GWP以秸秆处理最高,菜饼次之,牛厩肥比化肥处理略高,猪厩肥处理最低.从本生长季来看,猪厩肥的施用对于实现环境效益与生产效益的协调发展具有一定作用.     

双氰胺对冬闲稻田和油菜地N2O排放的影响

冬季的温室气体排放往往被忽视,而最新的研究结果表明,冬闲稻田和冬季油菜地N_2O排放仍较大,研究相应的减排措施及减排机制对于减少农田土壤N_2O排放有重要意义.在中国科学院桃源农业生态试验站选择冬闲稻田和油菜地两种不同土地利用方式,并设置添加和不添加双氰胺(DCD)处理,采用静态箱采集和气相色谱法结合监测N_2O排放动态,利用分子生物学手段分析氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)的群落结构和丰度变化.结果表明,添加DCD后明显抑制了冬闲稻田和油菜地N_2O排放,分别减少了36.7%和23.6%.DCD施入抑制了冬闲稻田AOA和AOB的丰度但只改变AOA的群落结构,DCD使AOA和AOB丰度分别减少了59.3%和73.7%.与此相反,添加DCD只改变油菜地AOB的群落结构同时只抑制了AOB的丰度.本研究表明,施加DCD能有效减少冬闲稻田和冬季油菜地N_2O排放,但减排机制不一致.