秸秆还田与石灰配施对稻田温室气体排放的协同调控机制OA

为探究酸性水稻土上秸秆还田配施不同用量石灰对温室气体排放的影响机制,本研究采用双因素设计,主区为秸秆用量处理,分别为秸秆不还田(S0)和秸秆还田(S1,5500 kg·hm^(-2))处理,副区为石灰用量处理,分别为不施用石灰(L0)、低石灰用量(L1,3500 kg·hm^(-2))以及高石灰用量(L2,7000 kg·hm^(-2))处理,测定不同处理下温室气体甲烷(CH_(4))和氧化亚氮(N_(2)O)排放及相关微生物丰度与结构、土壤硝化潜势与反硝化能力。结果表明:秸秆还田后CH_(4)累积排放量增加115.5%~144.3%,其作用机制与可溶性有机碳(DOC)的积累密切相关。DOC的积累通过增加产甲烷菌Methanocella属的丰度,抑制了甲烷氧化菌pmoA功能基因的表达,并显著降低了甲烷氧化菌关键属(Methyloparacoccus和Methylomicrobium)的相对丰度,最终加剧了CH_(4)的排放。而石灰施用通过提高土壤pH和硝态氮(NO_(3)^(-)-N)含量,在降低产甲烷菌Methanobacterium属丰度的同时促进了甲烷氧化菌pmoA功能基因的表达,使CH_(4)累积排放量降低21.9%~39.7%。秸秆还田后N_(2)O累积排放量减少了33.0%~38.2%,其减排机制为秸秆还田通过降低narG基因丰度以及关键群落Acidiphilium和Mycolicibacterium属的相对丰度,增加nosZ基因丰度,有效促进N_(2)O向N_(2)还原转化。而石灰处理通过双重调控使N_(2)O累积排放量提高了29.5%~65.0%。具体表现为,铵态氮(NH+4-N)和DOC的降低促进了氨氧化古菌丰度增加,同时pH和N的升高刺激了narG基因丰度的增加和nosZ基因丰度的降低,两者共同增加了硝化和反硝化过程中N_(2)O的产生。秸秆还田增加了全球增温潜势(GWP)和温室气体排放强度(GHGI),而石灰的配合施用有效降低了GWP和GHGI。其中,秸秆还田配施高量石灰能够将GHGI降至0.81 kg·kg^(-1),显著低于L0S0处理。研究表明,对于强酸性稻田土壤,秸秆还田条件下施用高量石灰(7000 kg·hm^(-2))能够有效缓解秸秆还田造成的温室气体排放增加效应,秸秆还田下配施石灰是一种能够实现增产、减排的有效栽培模式。