覆盖作物不同还田模式对稻田甲烷氧化菌多样性与活性的影响

我国是世界水稻种植第一大国，稻田是农田土壤甲烷（CH4）的主要排放源，甲烷对温室效应的贡献要比等摩尔的CO2大20-30倍。甲烷氧化菌是广泛存在于各种类型土壤中促进甲烷氧化的多种细菌，土壤甲烷氧化是在甲烷氧化菌的作用下将甲烷氧化为CO2。促进甲烷的氧化与抑制甲烷的形成对于减缓大气中甲烷浓度的增加具有同等意义。本研究是在前期研究的"双季稻绿色覆盖作物土壤微生态研究"的基础上，应用DGGE（变性梯度凝胶电泳技术）、Q-PCR（定量PCR）技术及RT-PCR（反转录与cDNA聚合酶链式扩增相结合）技术研究不同覆盖作物还田条件下甲烷氧化菌的多样性与活性表达；从覆盖作物种类、覆盖作物与化学N肥配合施用等角度阐述甲烷氧化菌对农作措施的响应，揭示影响稻田甲烷氧化菌多样性与活性的关键因子。为构建节能减排型现代农作制提供理论指导，为推进环境友好型农业技术推广提供技术支撑。

甲烷是一种重要的温室气体, 对全球增温的贡献率达15%，是仅次于二氧化碳（CO2）的第二大温室气体。甲烷的产生、转运、氧化、吸收和释放研究是当前生态学的前沿与热点问题。稻田是农田土壤甲烷（CH4）的主要排放源，每年全球水稻田排放甲烷的总量为20—40Tg(百万吨)，占全球甲烷排放总量的11%左右。本研究应用DGGE（变性梯度凝胶电泳技术）及Q-PCR（定量PCR）技术研究不同覆盖作物还田条件下甲烷氧化菌的多样性与相关基因活性表达。结果表明：MV（紫云英）、MVCF（紫云英+尿素）、MVRG（黑麦草+紫云英）、RG（黑麦草）和RGCF（黑麦草+尿素）在鲜草翻压还田13d后有大量CH4排放，此后2d内达到排放峰值。CH4排放速率按从大到小排列为：RG>MVRG>MV>MVCF>RGCF>CF（尿素）>NF（不施肥对照）。在早稻生长期内除NF外，所有处理CH4排放均表现为“双峰型”的变化规律，即早稻移栽后CH4排放逐渐增加，移栽后的第10d左右达到最高峰，然后逐渐下降，在水稻分蘖末期落水晒田时达到最低，复水后CH4排放有明显增加，出现第二个峰值；根际土中甲烷氧化细菌pmoA基因的DGGE图谱分析表明，土壤样品DGGE图谱条带的多少一定程度上反映了土样中该菌群不同种类的数量，不同时期与不同处理间甲烷氧化细菌群落组成差异较大。在早稻扬花期，甲烷氧化细菌数量及种类低于其他时期，在晚稻成熟期，甲烷氧化细菌无论数量还是种类上都较多。本研究所获得的菌属与已发现的菌属相似性均高于92%，其中I型甲烷氧化细菌多样性较高，主要有甲基单胞菌属（Methylomonas）、甲基球菌属（Methylococcus）等，II型甲烷氧化细菌主要是甲基弯曲菌属（Methylosinus）和甲基孢囊菌属（Methylocystis）等。早稻分蘖期和扬花期I型菌占主导地位，早稻成熟期和晚稻成熟期II型菌为优势菌；双季稻根际土中产甲烷古菌主要是甲烷杆菌属（Methanobacterium）、甲烷八叠球菌属（Methanosarcina）、甲烷髦菌属（Methanosaeta）、甲烷微菌科（Methanomicroiaceae）、Methanocella（RC-I）等五种不同菌属，其中属于RC-I的条带最多；在双季稻各生育时期，绿肥还田的处理（MV，RG）和施用尿素处理（CF）根际土壤中甲烷氧化菌的数量均显著