科研进展

稻田N2O排放对水热变化的响应及微生物驱动机制取得新进展

  

  稻田是重要的农业土地利用方式,同时也是人工N2O的重要排放源。N2O排放主要由微生物调控,未来以气候变暖和降雨格局改变为标志的全球气候变化势必影响微生物活动,从而影响N2O的排放。研究不同水热条件下N2O排放相关微生物的响应机制,有助于深入理解稻田氮素转化机制,减少稻田N2O排放量。 

  为此,中国科学院亚热带农业生态研究所桃源农业生态试验站科研人员以水稻土为材料,设置不同水分和温度条件,采用同位素标记法,结合土壤微生物分子学技术,研究了水热条件改变对稻田土壤N2O排放速率、硝化及反硝化微生物群落的影响。结果表明,在25% WFPS125% WFPS水分条件范围内,5℃35℃温度变化范围内,N2O排放速率随土壤水分或温度增加而增加,且N2O的排放均主要来自于反硝化作用。但水分和温度变化条件下,N2O排放的微生物驱动机制不同。土壤水分含量增加主要影响含nirKnosZ基因微生物的群落结构,刺激部分小丰度微生物的生长,包括含nirK基因的Bradyrhizobium,以及含nosZ基因的Tardiphaga,从而调控N2O的排放。而增温对含nirKnirS基因的反硝化微生物的群落结构影响不同,温度主要通过影响nirS型反硝化微生物群落结构而调控N2O排放,且RhodanobacterCupriavidus为驱动N2O排放关键物种。同时,温度变化可显著改变含nosZ基因的反硝化微生物的群落结构,从而影响N2O的还原,其中Azoarcus AzospirillumN2O的还原尤为重要。 

  该项研究近期以A few key nirK- and nosZ-denitrifier taxa play a dominant role in moisture-enhanced N2O emissions in acidic paddy soilWarming shapes nirS- and nosZ-type denitrifier communities and stimulates N2O emission in acidic paddy soil为题分别分表GeodermaApplied and Environmental Microbiology上。该研究得到了国家自然科学基金(41771335)项目的资助。 

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  不同水分条件下N2O排放速率(左)及N2O排放的结构方程模型(右) 

  不同温度条件下N2O排放速率(左)及N2O排放的方差分解图(右)