不同减施措施对稻田N2O排放及相关功能菌群的影响

来源 :沈阳农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:a419132258
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中国种稻面积较广,且化肥尤其是氮肥投入量大,稻田生态系统N2O排放问题不容忽视。减少化肥施用量、配施有机肥是促进水稻稳产、降低稻田N2O排放的有效途径之一,但目前关于化肥配施有机肥对稻田N2O排放及相关微生物菌群影响的研究还不够系统和全面。为此,本研究以肥料长期定位试验站早稻田生态系统为研究对象,采用静态气箱-气相色谱法监测不施氮肥(NF)、单施化肥(CF)以及减施化肥配施鲜猪粪(PM)、沼液沼渣(BF)和紫云英(GM)5个不同施肥处理稻田N2O排放通量的动态变化,利用荧光定量PCR与高通量测序技术分析土壤氨氧化过程及反硝化过程重要分子标记物amoA(氨单加氧酶基因)、nirK(Cu-亚硝酸盐还原酶基因)和nirS(cd1-亚硝酸盐还原酶基因)对施肥措施的响应,探讨减施化肥配施有机肥措施对稻田N2O排放及其相关功能菌群的影响,以期为优化氮肥管理、减少稻田N2O排放、促进水稻清洁生产提供理论参考和数据支持。得到的主要结果和结论如下:1.配施适宜的有机肥能够在化肥减量条件下保证水稻稳产,且有利于稻田N2O排放量的降低。与CF相比,PM处理的水稻增产8.39%,而BF和GM处理产量分别降低了6.65%和1.92%,但差异未达到5%显著水平。PM与BF处理N2O累积排放量分别比CF处理降低了9.12%和2.12%,而GM处理增加了7.87%;土壤有机质(SOM)、碱解氮(AN)、全氮(TN)、碳氮比(C:N)及亚硝酸盐还原酶基因(nirS和nirK)丰度与N2O累积排放量显著相关。2.配施有机肥对氨氧化古菌(AOA)的影响强于氨氧化细菌(AOB),AOA和AOB对土壤硝化过程均有显著影响。与CF相比,配施有机肥显著提升了AOA的菌群多样性指数和基因丰度,改变了AOA的菌群结构,但对AOB菌群的相应影响较小。AOA和AOB的菌群丰度均与土壤硝化潜势PNR具有显著相关性。3.施用氮肥对nirK和nirS型反硝化菌群具有显著影响,且以nirS型菌群对于有机肥的响应更敏感。配施有机肥可提高nirS型菌群的Shannon多样性指数,以PM和BF处理效果显著。施肥显著提升土壤nirK和nirS反硝化菌群的基因丰度,但只有GM处理的nirS基因丰度显著高于CF处理,土壤AN、NH4+-N、TN、SOM和pH是影响nirS基因丰度和菌群结构的重要因子(P<0.01)。nirK型菌属相对丰度因氮肥种类不同而聚类清晰,但nirS型菌属相对丰度仅对有机肥施用的响应更为明显。综上所述,有机肥主要通过影响nirK和nirS型反硝化菌群调控N2O的排放,鲜猪粪替代部分化肥施用不仅能保证水稻稳产,还有利于实现稻田N2O排放量的降低,是本试验中最佳的施肥措施。
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