玉米田N_2O和CH_4通量及其与相关微生物的关系

旱作农田是重要的N_2O源和CH_4汇,而土壤中这两种温室气体的产生或消耗主要是微生物学过程。而到目前为止,没有看到通量与相关微生物有关的报导。因此,对旱田N_2O和CH_4通量及其与相关微生物关系的研究有着非常重要的理论和现实意义。本文首次对玉米田N_2O和CH_4能量、相关微生物菌群数量及田间环境因子进行了系统的同步观测,重点对根区土壤N_2O和CH_4通量及相关微生物数量进行测定。同时利用长效肥料开展了减排措施研究。其结果阐明了相关微生物菌群和作物根系及环境因子对N_2O和CH_4通量的影响,为深入研究这两种温室气体排放/吸收的微生物学机理及减排措施提供了科学依据。田间原位观测结果表明,玉米田N_2O排放有明显的季节变化规律，且施氮肥能增加其排放。不施肥土壤N_2O平均通量为4.7 ugN_2Om~(-2)h~(-1)；施碳酸氢铵土壤N_2O排放明显增加，其平均通量为27.2 ugN_2Om~(-2)h~(-1)；而施长效碳酸氢铵能减少N_2O排放，其平均通量为9.9 ugN_2Om~(-2)h~(-1)；且增加玉米产量。对玉米田根际土壤N_2O通量的观测也得到类似的结果。因此,玉米田施长效碳酸氢铵有明显的环境效益和一定的经济效益。另外, 对CH_4通量测定结果显示，玉米田土壤主要表现为CH_4的汇,但碳酸氢铵能减少CH_4的吸收。作物根系对N_2O和CH_4通过有显著影响。根系分泌物及脱落物能刺激土壤中微生物的生长繁殖,从而促进N_2O的产生和排放。另外,本研究发现,由于根系和环境因素的影响根区土壤N_2O和CH_4通量之间存在互为消长关系。在对生物源温室气体通量与相关微生物数量之间关系的研究中发现,土壤中硝化细菌和甲烷氧化菌数量有明显的季节变化规律,并与N_2O通量的季节变化趋势一致，表明它们之间有关关系。而甲烷氧化菌数量与CH_4通量之间存在负相关关系。环境因子对N_2O和CH_4通量及微生物数量有很大影响。相关性分析结果表明：土壤温度与N_2O通量呈正相关(r=0.57, n=12, 0.01<p<0.05),土壤含水量与CH_4通量呈正相关(r=0.78, n=12, p<0.01);土壤温度与硝化细菌(r=0.57, n = 12, 0.01<p<0.05)和反硝化细菌(r=0.63, n=12, 0.01<p<0.05)数量呈正相关，土壤含水量与硝化细菌(r=-0.62, n=12, 0.01<p<0.05)和甲烷氧化菌(r=-0.58, n=12, 0.01<p<0.05)数量呈负相关。说明环境因子（气温、降雨等）影响土壤的理化性状（土壤温度、土壤含水量、土壤通气状况等）,进而改变土壤中相关微生物的数量，引起N_2O和CH_4通量发生变化。