生物質炭對水稻生長與稻田甲烷排放效應的影響及其機理研究.pdf

1、水稻是我國最重要的糧食作物，其生產在糧食安全中占了舉足輕重的地位。然而，近年來，自然和人為因素所造成的土壤退化問題正逐漸威脅我國糧食安全。傳統(tǒng)的秸稈還田模式，雖然可以提高土壤肥力，改良土壤性質，但是也造成了溫室氣體CH4的大量排放。許多研究表明生物質炭具有促進水稻生長和抑制溫室氣體CH4排放的巨大潛力。然而，目前有關生物質炭輸入對中低產地改良和土壤CH4排放控制的機理研究主要是基于生物質炭一次性高劑量還田的短期實驗。對于低劑量等量秸稈還

2、田模式下生物質炭輸入對稻田土壤性質和溫室氣體排放效應的影響及其機制機理未見相關報導。本論文以水稻秸稈生物質炭和竹炭為試材，分別考察了生物質炭高劑量和低劑量兩種還田模式對土壤性質、水稻生長以及土壤溫室氣體CH4排放效應的影響;并通過常規(guī)檢測手段和分子生物學技術，探討了相關增產減排的機制機理。論文主要研究結果如下：
　　1、通過5年的大田實驗，對比分析了一次性高劑量水稻秸稈生物質炭和竹炭輸入對稻田土壤性質和水稻產量的長期影響。結果發(fā)現

3、，一次性高劑量生物質炭還田模式(22.5 t ha-1)下，水稻秸稈生物質炭輸入對稻田土壤改良和水稻增產的效果顯著優(yōu)于竹炭。與對照相比，一次性高劑量秸稈炭化還田可以在秸稈炭施加后的前2年分別顯著增加13.5％和6.1％的水稻產量。水稻秸稈生物質炭具有的高pH、CEC和營養(yǎng)物質（K和P）是產生這種效果的主要原因。但是，這種效果會隨著生物質炭還田時間的延長而逐年減弱，表明一次性高劑量生物質炭還田模式對土壤改良短期效果明顯，然而存在長期不可持

4、續(xù)性。
　　2、通過2年的大田實驗，對比分析了等量秸稈炭化還田(2.8 t ha-1)和秸稈全量還田(8 t ha-1)對稻田土壤性質和水稻產量的影響。結果發(fā)現，與對照相比，低劑量等量秸稈炭化還田可以顯著提高水稻產量，其中第一年增產7.6％，第二年增產10.7％。秸稈全量還田對土壤改良和水稻增產的效果沒有低劑量等量秸稈炭化還田顯著。Spearman相關性分析表明，低劑量的秸稈炭化還田對水稻的增產作用，主要是通過提高土壤有機碳和土壤

5、有效K和P的含量，降低土壤有效Al含量引起。雖然，每年低劑量等量秸稈炭化還田模式的還田量只有一次性高劑量秸稈炭化還田模式的1/10，但是其對水稻增產可能具有長期可持續(xù)性。
　　3、通過大田實驗，探究了低劑量等量秸稈炭化還田對稻田土壤CH4排放效應的影響及其微生物學機理。結果發(fā)現，與秸稈全量還田相比，低劑量等量秸稈炭化還田可以顯著抑制稻田土壤CH4排放，其中第一年減排80.9％，第二年減排87.9％。Q-PCR結果顯示，與秸稈全量還

6、田相比，低劑量等量秸稈炭化還田可以抑制稻田土壤產甲烷菌16S rRNA基因豐度，促進稻田土壤甲烷氧化菌pmoA基因豐度。進一步的454高通量測序結果則表明，與秸稈全量還田相比，低劑量等量秸稈炭化還田可以顯著降低稻田土壤產甲烷菌和甲烷氧化菌的多樣性，顯著抑制稻田土壤乙酸營養(yǎng)型產甲烷菌Methanosarcina和Methanosaeta的百分比，降低稻田氫營養(yǎng)型產甲烷菌Methanobacterium和Methanospirillum的百