大气CO2浓度缓增对稻田硝酸盐型甲烷厌氧氧化过程的影响

硝酸盐型甲烷厌氧氧化(AOM)是控制稻田甲烷排放的一种新途径,大气CO₂浓度升高会对稻田甲烷排放产生重要影响,但有关其对硝酸盐型AOM过程的影响知之甚少。本研究依托开顶式气室组成的CO₂浓度自动调控平台,采用¹³CH₄稳定性同位素示踪技术,从甲烷氧化活性、相关功能微生物Candidatus Methanoperedens nitroreducens (M. nitroreducens)-like古菌丰度与群落组成等方面,系统研究了稻田土壤中硝酸盐型AOM过程对大气CO₂浓度缓增的响应。试验设置背景CO₂浓度和CO₂浓度缓增处理(背景CO₂浓度基础上每年增加40 μL·L^-1,直至增幅达160 μL·L^-1)。结果表明: 稻田土壤硝酸盐型AOM速率为0.7～11.3 nmol CO₂·g^-1·d^-1;定量PCR结果显示,M. nitroreducens-like古菌mcrA基因丰度为2.2×10⁶～8.5×10⁶ copies·g^-1。与对照相比,CO₂浓度缓增处理使土壤中硝酸盐型AOM速率和M. nitroreducens-like古菌mcrA基因丰度均有一定幅度提高,特别是在5～10 cm深度下两者均显著提高。CO₂浓度缓增处理未显著改变M. nitroreducens-like古菌群落结构,但使其多样性显著降低。相关性分析表明,土壤有机碳含量可能是影响硝酸盐型AOM过程的重要因子。综上,大气CO₂浓度缓增在一定程度上促进了硝酸盐型AOM反应,暗示在未来气候变化背景下其在控制稻田甲烷排放中具有积极作用。     

稻田土壤亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化菌群落结构的时空特征

稻田是温室气体甲烷的重要排放源之一,对全球气候变化具有重要影响。由隶属于NC10门的Candidatus Methylomirabilis oxyfera (M. oxyfera)-like细菌介导的亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化是控制稻田甲烷排放的新途径。目前,有关此类微生物群落在稻田土壤中的时空分布特征及其环境影响因素尚不明确。本研究对水稻关键生育期(分蘖期、拔节期、扬花期和乳熟期)不同深度(0～40 cm)稻田土壤中M. oxyfera-like细菌的群落组成、多样性和数量进行分析。高通量测序结果表明,不同深度土壤中M. oxyfera-like细菌群落组成存在显著差异,但其随水稻生育期的变化不明显。此类微生物多样性水平随土壤深度增加呈增加趋势。定量PCR结果显示,供试土壤中M. oxyfera-like细菌16S rRNA基因丰度为5.73×10⁶～2.56×10⁷ copies·g^-1(干重),其丰度在10～20 cm土壤中最高,并且随着水稻的生长呈降低趋势。相关性分析发现,土壤有机碳含量和pH分别对M. oxyfera-like细菌的群落结构和丰度有显著影响。上述结果表明,稻田土壤中M. oxyfera-like细菌的群落分布存在一定的时空异质性,其主要受土壤有机碳和pH变化的影响。