土壤不仅能够产生、排放温室气体N2O,还具有截留、吸收、转化N2O的能力.土壤消耗N2O已经成为很重要的一种降低大气N2O浓度的途径,但目前关于土壤N2O消耗过程及其微生物调控机制的系统研究较为缺乏.试验以浅表层水稻土柱(0-5cm)为研究对象,通过外源添加N2O气体研究N2O迁移通过淹水土柱的动态过程,以及N2O消耗能力与氧化亚氮还原酶基因丰度变化和其他土壤养分含量变化的联系,揭示浅表层水稻土N2O消纳量与N2O还原微生物之间的耦合关系.结果 显示,淹水厌氧条件下5 cm土壤深度外源添加的N2O迁移通过浅表层土柱后,仅有7.17-9.80％部分逸散出土表,表明0-5 cm淹水水稻土层具有极强的N2O截留能力(90％以上)而减少N2O净排放量.排放出土表的N2O也可被淹水土柱继续吸收消耗,且吸收转化速率随N2O浓度增加而大幅提高,最高可达到3896.75 μg N m-2 h-1.与此同时,土壤DOC含量大量消耗,含nosZⅠ基因的反硝化微生物数量显著增长(P＜0.01),而nosZⅡ基因丰度的无显著变化.说明高浓度N2O添加能够促进淹水土壤N2O吸收消耗能力,此刺激作用可能主要由含nosZI基因的N2O还原微生物进行调控.浅表层土壤强大的N2O吸收消耗功能可进一步深入系统研究,为实践温室气体减排提供理论基础.

产甲烷菌广泛分布在淹水水稻土等各种厌氧环境中,在全球气候变化、碳循环和能源等领域都发挥着重要的作用.研究发现,厌氧条件下,水稻土中铁氧化物的生物还原会抑制产甲烷菌的甲烷合成作用.然而,目前关于铁氧化物对产甲烷菌群落结构的影响报道较少.通过泥浆厌氧培养实验,向采集的水稻土中添加甲酸盐作为甲烷合成的底物(Control,CK处理),并设置添加水铁矿作为体系中唯一电子受体的处理组(Ferrihydrite,Fh处理).培养结束后,与CK相比,添加水铁矿显著降低了古菌在总微生物群落中的占比,但对古菌群落的物种多样性和均一度没有显著影响;且两组处理中优势种均为操作分类单元(Operational taxonomic unit,OTU) 2056和OTU 911(76％-80％).这说明碳源相同时,产甲烷菌的群落结构不受铁氧化物的影响.本研究为探索土壤中微生物铁还原与碳循环耦合的分子机制奠定基础.

选取闽江河口潮汐湿地短叶茳芏枯落物为研究对象,通过设置不同盐度(0、5、10、15)和淹水程度(不浸没分解袋,淹水Ⅰ和持续浸没分解袋,淹水Ⅱ)等处理,分析枯落物分解过程中可溶性有机物(DOM)的含量及组成结构的紫外光谱、荧光光谱和红外光谱学等变化特征.研究结果表明,在181 d的分解过程中,枯落物可溶性有机碳(DOC)、可溶性总氮(DTN)、可溶性无机氮(DIN)和可溶性有机氮(DON)等浓度在不同盐度和淹水处理下均有显著差异(P＜0.05).盐度对DOC和DON影响不显著,但高盐组的DIN显著较低(P＜0.05);除淹水Ⅰ对照组外,各盐分处理组的芳香化指数(AI)随分解时间推移呈上升趋势.不同分解阶段对枯落物DOM组分和光谱特征有重要影响.分解前期(前89 d),淹水Ⅰ处理下,盐分升高可导致枯落物中的腐殖化指数(HIXsyn,HIXem)降低.分解中、后期(120 d后),盐分较高条件下,腐殖质在枯落物中累积;而淹水Ⅱ处理下,盐分处理组在整个实验期内始终抑制枯落物的分解,腐殖化程度较高.淹水程度也会影响枯落物DOM的淋溶和腐殖化过程.在分解前期,淹水Ⅰ处理的AI和HIXem显著高于淹水Ⅱ处理,而淹水Ⅱ处理下枯落物DOM较淹水Ⅰ处理更容易发生N的淋溶;分解中、后期,淹水Ⅱ处理下的厌氧环境反而抑制枯落物DOM中的腐殖质和芳香类物质析出.红外光谱分析表明,闽江河口短叶茳芏枯落物DOM中结构简单、容易分解的碳水化合物含量相对较高,但是不同淹水处理并未改变枯落物DOM的结构特征.

甲烷是最重要的温室气体之一,其单分子温室效应是CO2的298倍.湿地是甲烷重要的排放源,也是氮素的源和汇.微生物参与湿地碳、氮转化的生物地球化学循环过程,湿地CH4是土壤淹水条件下微生物厌氧降解有机质而产生,微生物又可以通过反硝化型甲烷厌氧氧化过程(DAMO)降低湿地甲烷的排放,对缓解全球温室效应具有重要作用.本文系统介绍了DAMO过程机理、功能微生物Methylomirabilis oxyfera菌群特性、分布以及土壤DAMO过程的检测方法和DAMO过程的影响因素,并对未来更多的湿地DAMO微生物的发现,尤其是对稻田湿地DAMO过程的相关研究提出展望,以期推动该领域更深入的研究,为稻田湿地甲烷排放量的估算及制定合理的减排措施提供科学依据.