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水稻土甲烷厌氧氧化对不同电子受体和长期施肥的响应机制研究获进展
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甲烷厌氧氧化(AOM)是海洋生态系统中的常见现象。其甲烷消耗量为20-300吨/年,占全球大气甲烷通量的60-80%,对全球甲烷平衡和气候变化具有重要意义。海洋沉积物中的AOM与SO4的减少密切相关。相比之下,AOM在陆地生态系统中的贡献和机制仍然不清楚。稻田是湿地生态系统中最重要的甲烷排放源之一,也是AOM研究的热点。同时,稻田受到高强度田间管理的干扰,使其土壤的物理、化学和生物特性与自然湿地有明显不同。为了探索AOM在水稻土中的作用机制,中国科学院亚热带农业生态研究所的吴金水团队与德国哥廷根大学合作,利用同位素示踪技术对不同施肥(不施肥、猪粪、生物炭、氮、磷和钾肥)和不同电子受体(Fe3、NO342-和腐殖酸)的水稻土进行厌氧培养。结果表明,添加NO3-可提高AOM率20-90%,但生物炭处理与不施肥处理之间无显着差异。猪粪处理的AOM率最高,其次是不施肥,氮、磷、钾和生物炭处理最低。添加Fe3显着降低了对照和猪粪处理下的AOM速率,但生物炭和NPK处理下的AOM速率没有显着差异。SO42-的加入使AOM速率显着降低了5-51倍,但生物炭处理与对照相同。腐植酸使AOM率降低25-256%。该研究首次证明有机电子受体(腐殖酸)作为AOM的重要驱动力仅次于NO3,在水稻土中至关重要(如图所示)。此外,短期内施用畜禽粪便将增加土壤碳库并促进温室气体排放,但长期施用畜禽粪便将减少温室气体排放。研究表明,氮、磷、钾肥处理的甲烷排放量比不施肥处理高3.2倍,而猪粪和生物炭处理的甲烷排放量与不施肥处理无显着差异。由于施用猪粪的水稻土中AOM比率最高,在稻田可持续管理中应考虑长期施用畜禽粪便,这有助于降低甲烷产量和提高AOM,从而减少甲烷排放。根据本文中的AOM率,估计全球稻田AOM将消耗约3.9TgCyr-1的甲烷,约占全球稻田甲烷排放量的10-20%。这个估计是高度不确定的,所以需要更多的研究来进一步确定AOM作为稻田甲烷吸收汇的贡献。该研究可为进一步分析稻田减排潜力和稻田甲烷减排关键过程提供理论依据和数据支持。该研究最近发表在土壤生物学和生物化学杂志(2020,141:),标题为水稻土的模拟氧化:电子受体和施肥在缓解CH 4通量中的作用。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中德国际合作项目和中国科学院亚热带生态研究所青年创新团队项目的支持。

不同电子受体和施肥条件下水稻土甲烷厌氧氧化分解土壤有机质的机理

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