秸秆沟埋还田对稻田产甲烷菌群功能的影响(2)
3.3 还田方式对稻田产甲烷菌群功能的影响7
4 总结与结论.7
41 总结. .7
4.2 结论.8
致谢8
参考文献8
引言近年来，随着温室气体的排放量加大，全球气温不断升高，造成海平面上升、冰川融化、极端天气频繁出现，因此对温室效应的研究成为了热点话题。诸多研究表明，大气所有的含碳化合物中，甲烷含量仅次于二氧化碳，对红外线具有很强的吸收潜力，是二氧化碳的 21 倍，对温室效应的贡献率达 19%，其重要性仅次于二氧化碳，成为第二大温室气体[1]。产甲烷的领域较广，但其中仅仅是农业所产甲烷占人类活动甲烷总产量的三分之二[2]。水稻作为我国主要的农作物，稻谷产量世界第一，占全球种植面积的 22%。据 IPCC 第 4 次评估报告表明，稻田 CH4的年排放量为 31 ～112Tg，占全球总排放的 5% ～19%[3]。也有研究表明稻田每年产生的甲烷高达 500～600Tg，相当于全球每年甲烷排放的总量[3—5]。可见，稻田是大气 CH4的重要排放源，在全球每年甲烷排放量中约有 74%是由产甲烷菌所产生的[6]，产甲烷菌的研究成为新的 CH4排放机理研究热点[28]。稻田微生物主导的甲烷产生与甲烷氧化过程是影响甲烷排放的直接因素[7]。因此，研究中国水稻田中的产甲烷作用和甲烷氧化作用对稻田甲烷排放的估算有着重要的意义。产甲烷菌是一类以产生大量甲烷气体作为能量代谢的终产物的特殊原核微生物， 广泛存在于各种极端厌氧环境中。作为自然界碳素循环中厌氧生物处理的最后一个成员，该菌与其它菌群协同作用，将大量的有机物转化成可再生能源，对自然界中的物质循环及当今社会能源危机中的能源替代问题具有极大的推动作用。研究表明，秸秆分解释放 CO2 ，促进土壤微生物体固持或矿化释放无机氮，最终形成土壤有机质[8]。因此，秸秆还田能够提高土壤有机质含量，产甲烷菌能有效的分解有机质。秸秆还田是保护性耕作中一项重要的措施，其能够有效补充和平衡土壤养分，增加土壤CO2的释放速率，促进增产增收[9]。同时国家农业部于 2010 年对全国农业秸秆资源专项调查显示,全国秸秆可搜集的资源量为 6.87亿 t,全国秸秆的利用率为 69%。要想进一步提高秸秆资源利用率,秸秆还田是一个比较可行的办法[9]。然而， 我国秸秆资源利用现状不容乐观, 大量秸秆在收获后被直接焚烧或弃置, 造成秸秆资源利用率较低, 且对大气环境带来更大的压力。同时，如今秸秆还田技术不够成熟，在规模化生产的农田中，传统旋耕动力消耗大，易使翻耕深度不足，进而导致整地质量较秸秆不还田时下降。在稻麦轮作系统中，秸秆粉碎旋耕还田不利于后茬作物种子养分传递，同时会造成小麦的弱苗和黄苗现象[10]。因此，大力开展农作物秸秆还田研究,进而提高秸秆资源利用率, 减轻环境污染势在必行。秸秆还田有很多种方式，王海候等研究发现，从水稻整个生育期 CH4排放总量来看，不同秸秆还田模式对稻季 CH4排放总量有显著影响 ，呈现为ＲW（稻麦季秸秆均还田＞W（稻季麦秸还田）＞Ｒ（麦季稻秸还田）＞CK 稻麦季秸秆均不还田），处理间有显著差异[11]。无论采用何种秸秆还田方式都能明显增加了稻季 CH4排放[12-14]。从而加剧了温室效应。因此，控制稻田甲烷的排放对缓解全球温室效应具有重要的作用。 本课题的研究目的在于利用新型的秸秆还田方式来降低甲烷的排放。为解决传统秸秆还田产生的问题，朱利群[15]等研究得到一种新型的秸秆还田技术，称为秸秆沟埋还田。秸秆集中沟埋还田可以显著降低秸秆上层土壤容重，增加总孔隙度，并可产生与排水沟相似的排水效果[16-17]。本项目主要运用新型的秸秆还田技术，即秸秆沟埋还田，研究在不同处理下秸秆沟埋还田对产甲烷菌群功能的影响。1 材料与方法1. 1 实验设计1. 1. 1 材料及实验地情况本试验在江苏沿江地区农业科学研究所试验田进行，该地区属亚热带季风气性气候，雨热同期，年均温为 14.8℃，年均无霜期 215 d，≥10℃的活动积温 3812℃，≥0℃的活动积温为 5221℃；水汽充足，降水充沛，年均降水量 1049.8 mm，年均降水日数 135.7 d。日照充足，年均日照时数 2007.3 h，日照百分率 45%；供试土壤为典型的冲积土，有机质含量为 20.45 g/kg，总氮含量为 1.62 g/kg，速效磷为 12.75 mg/g，速效钾为 44.41 mg/kg[18]。1．2 实验方案整个秸秆沟埋还田试验由 3 个单因子试验组成，采集田间原位的土壤材料后，在室内封闭的环境完成本实验。试验一：沟埋深度对稻田产甲烷菌群功能的影响沟埋深度因素分别为： 空白对照 (CK)、 20 cm (DB-SR-20)、 30 cm (DB-SR-30)、 40 cm (DB-SR-40)。所有秸秆还田处理均为全量还田，即 300 kg 秸秆/亩。所有处理均采用人工集中沟埋，随机排列，每处理重复 3 次。试验二：还田量对稻田产甲烷菌群功能的影响还田量因素分为：空白对照 (CK)、半量 (DB-SR-H, 小麦 150 kg/亩)、全量 (DB-SR-F, 小麦 300kg/亩) 和倍量 (DB-SR-D, 小麦 600 kg/亩)。所有处理均采用人工集中沟埋，埋深 20 cm，随机排列，每处理重复 3 次。