稻田土壤N₂O消纳能力及nosZ-I型功能种群应答机制

来源：环境科学杂志2020年第1期北京时间：

作者：郭俊丽,田美洁,葛体达,魏文学,王光军,孙志龙,刘毅

单位：中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室, 长沙 410125,中南林业科技大学生命科学与技术学院, 长沙 410004,湖南农业大学农学院, 长沙 410128,中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室, 长沙 410125,中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室, 长沙 410125,中南林业科技大学生命科学与技术学院, 长沙 410004,湖南省宁乡市回龙铺镇农业综合服务中心, 宁乡 410606,中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室, 长沙 410125

摘要：稻田土壤长期的淹水厌氧环境有利于反硝化作用的进行，是导致N₂O大量排放的重要原因之一.目前，关于稻田土壤N₂O排放特征的相关研究已有不少，然而关于稻田土壤N₂O的消纳能力及相关功能微生物的应答机制尚不明确.本研究以淹水水稻土原状土柱（0~5 cm）为研究对象，在土柱底部输入外源N₂O气体，系统监测所添加外源N₂O通过土柱的浓度及关键土壤因子的动态变化特征，以及分析nosZ-I型功能种群组成的演替规律，以期揭示淹水水稻土N₂O的消纳能力及nosZ-I型功能种群的应答机制.结果表明，外源N₂O输入后约97.39%扩散进入土柱，逸散出土表的N₂O占0.72%~7.75%，达到排放高峰后被土壤继续消耗，培养192 h后外源N₂O处理比对照多消耗67.10% N₂O，N₂O消耗速率提高144.2%.同时，NH₄+-N、NO₃--N和DOC分别多消耗了19.65%、16.29%和8.41%.N₂O输入192 h后nosZ-I的群落多样性没有显著差异，但是其种群组成发生显著改变：优势菌株OTU5004、OTU5065、OTU960和OTU1282（Proteobacteria）相对丰度显著提高，其中OTU5004菌株相对丰度比初始样和CK升高7.30%和4.63%，非优势菌株OTU5265（Azoarcus sp.）比初始样和CK升高0.33%和0.15%.上述结果表明，0~5 cm深度渍水水稻土壤具有很强的N₂O消耗能力，外源N₂O添加使N₂O消耗速率明显加快，提高了淹水水稻土壤对N₂O的消纳潜力，促进碳氮转化和nosZ-I群落组成变化，这将为降低大气N₂O排放提供新的参考.

关键词：外源N2O,水稻土,淹水厌氧,N2O消纳,nosZ-I型,