淮北平原典型农田土壤N_(2)O产生途径及相关功能基因丰度研究

温室气体氧化亚氮(N_(2)O)已成为全球关注的焦点,全球约60%的人为N_(2)O排放来自农业土壤.虽然已知微生物硝化和反硝化是土壤N_(2)O产生的主要过程,但N_(2)O产生的关键生物学机制以及其调控环境变量之间的相互作用仍然难以预测.本研究选取安徽省亳州市冬、夏两季农田垂向土壤(0~200 cm)为研究对象,通过乙炔抑制法、15N-18O同位素示踪技术分别测定了N_(2)O产生潜势及产生途径,并利用宏基因组测序技术分析不同N_(2)O产生途径中功能基因的丰度变化以解析农田土壤N_(2)O产生的微生物机理.结果显示,在空间尺度上,表层土壤(0~20 cm)是N_(2)O产生热区,其N_(2)O产生潜势最高,为(0.364±0.048)ng·g^(-1)·h^(-1).硝化和反硝化潜势均在表层土壤达到最高.在时间尺度上,冬季(15℃)是N_(2)O产生热时,冬季样品N_(2)O产生潜势显著高于夏季样品,分别为(0.198±0.007)和(0.057±0.009)ng·g^(-1)·h^(-1).总体而言,硝化过程是农田土壤N_(2)O产生的主要来源,其中,硝化细菌反硝化过程(ND)对N_(2)O产生的贡献率最高,为52%,而硝化细菌硝化过程(NN)和硝化反应偶联的反硝化过程(NCD)的贡献率分别为24%和0.统计分析表明,农田土壤N_(2)O产生、硝化及反硝化潜势与理化性质(MC、pH、TN)和功能基因相对丰度(hao、nirK、norB)存在显著相关性.本研究揭示了农田土壤中N_(2)O的产生机理及关键影响因素,并强调了冬季农田土壤中N_(2)O的产生不容忽视,这些结果对准确评估我国农业温室气体排放具有重要意义.