UV-B辐射对稻田土壤活性有机碳和甲烷产生周年动态的影响与机理

基本信息
批准号:41565010
项目类别:地区科学基金项目
资助金额:46.00
负责人:何永美
学科分类:
依托单位:云南农业大学
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:陈海燕,郭先华,谢春琼,高召华,吴炯
关键词:
稻田甲烷产生土壤活性有机碳UVB辐射根系分泌物秸秆分解
结项摘要

Enhanced ultraviolet-b (UV-B) radiation on earth surface is one of the important issues in the research on global climate change. UV-B radiation has a remarkable effect on methane emission from rice paddy. However, present researches focus on rice growing period and are lacking on annual period. Yuanyang Terraces is located in Yunnan plateau with a strong UV-B radiation. There is a continuous and large amount methane emission from year-round flooded rice paddy with straw return in fallow period. In this project the rice paddy in Yuanyang Terrace will be selected as study object. Under enhanced UV-B radiation, we will carry out some experiments include field plot, hydroponics, root bag cultivation, straw decomposition, etc. The research objects include: (1) To clarify the effects of UV-B radiation on annual dynamics of soil active organic carbon and methane emission in rice paddy. (2) To study the effects of UV-B radiation on chemical composition of root exudates and straw in rice growing period, and decomposition of straw in fallow period; then to expound the effects of changes of root exudates components and straw decomposition on soil active organic carbon turnover and potential methane production that inducing by UV-B radiation. (3) To establish the relationship between soil active organic carbon turnover and methane producing dynamics in rice paddy. (4) To reveal the processes and mechanisms of UV-B radiation on annual dynamics of soil active organic carbon and methane production in rice paddy as a result of the changes of root exudates components and straw decomposition under UV-B radiation. The results will offers a novel knowledge on the emission pattern and trend of greenhouse gas from agro-ecosystem under enhanced UV-B radiation, and enrich the theory on UV-B radiation ecology and carbon cycle in agro-ecosystem.

地表UV-B辐射增强是全球气候变化研究的重要问题之一。UV-B辐射对稻田甲烷排放有显著影响,但目前研究关注了水稻生长期,缺少周年的研究。元阳梯田地处UV-B辐射较强的云南高原,稻田全年淹水、秸秆还田,终年持续、高通量的排放甲烷。项目拟以元阳梯田稻田为研究对象,模拟UV-B辐射增强,开展大田、水培、根袋培养、秸秆分解等试验,明确UV-B辐射对稻田土壤活性有机碳和甲烷排放周年动态的影响。研究UV-B辐射对水稻生长期根系分泌物和秸秆化学组成、休闲期还田秸秆分解的影响,进而明确UV-B辐射改变根系分泌物组成和秸秆分解,对土壤活性有机碳周转和甲烷产生的影响,解析土壤活性有机碳组分周转与甲烷产生动态的关系,揭示UV-B辐射影响稻田土壤活性有机碳与甲烷产生周年动态的过程与机理。研究结果为UV-B辐射增强情景下农田温室气体产生规律与变化趋势提供新的认识,丰富UV-B辐射生态与农田生态系统碳循环方面的理论。

项目摘要

项目以元阳梯田稻田为研究对象,模拟UV-B辐射增强,开展大田、水培、根袋培养、秸秆分解等试验,研究UV-B辐射影响水稻根系分泌物、秸秆化学组成与还田分解,进而影响稻田土壤活性有机碳和甲烷排放周年动态的过程与机理。结果表明:(1)UV-B 辐射增强显著影响稻田土壤碳转化酶活性、功能基因表达、活性有机碳含量与甲烷排放,增加稻田土壤纤维素酶活性、甲基辅酶还原酶基因相对表达量、以及溶解性有机碳含量,降低稻田土壤多酚氧化酶和蔗糖酶活性、甲烷单加氧酶功能基因相对表达量、微生物量碳和易氧化有机碳含量和水稻生长期稻田甲烷的排放通量。(2)UV-B辐射显著改变水稻根系分泌物组分的含量,导致水稻根系分泌物中游离氨基酸、可溶性糖、总酚、草酸和琥珀酸的含量增加,苹果酸含量降低;进而导致水稻根际土壤草酸、琥珀酸和总有机酸含量显著增加,苹果酸和酒石酸含量显著减少。且水稻根系分泌物组分与稻田土壤甲烷产生关系密切,添加UV-B辐射下生长的水稻根系分泌物及其组分(可溶性糖、低分子量有机酸)会显著改变土壤碳转化酶活性、活性有机碳含量、甲烷产生菌丰度,提高土壤甲烷排放通量。(3)UV-B辐射会改变水稻秸秆化学组成与还田分解,显著增加水稻秸秆木质素、总酚和类黄酮的含量,促进还田秸秆组分的木质素、纤维素、半纤维素和水溶酚的降解;进而影响稻田土壤活性有机碳转化与甲烷排放,导致土壤碳转化酶活性、活性有机碳含量与甲烷排放通量降低。总之,UV-B辐射增强改变水稻根系分泌物组分含量与还田秸秆分解,影响稻田土壤碳转化酶活性、活性有机碳周转、甲烷产生菌丰度与功能基因表达,进而降低稻田甲烷排放。该研究探讨了土壤活性有机碳组分周转与甲烷产生动态的关系,揭示UV-B辐射影响稻田土壤活性有机碳与甲烷产生周年动态的过程与机理。结果为UV-B辐射增强情景下农田温室气体产生规律与变化趋势提供新的认识,丰富UV-B辐射生态与农田生态系统碳循环方面的理论。项目已发表论文12篇,其中SCI论文5篇,培养硕士生3人,参加国内外学术会议8次。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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