第28卷第10期生态学报Vol.28:No.102008年10月ACTA ECOLOGICA SINICA0ct.,2008长期不同施肥下水稻土甲烷氧化能力及甲烷氧化菌多样性的变化郑聚锋，张平究，潘根兴，李恋卿，张旭辉(南京农业大学农业资源与生态环境研究所，南京210095)摘要：稻田内源甲烷的氧化是稻田甲烷减排的重要途径。而甲烷氧化菌是土壤中甲烷氧化的主要施动者，在长期不同施肥条件下，土壤微生物群落的演变是否影响到土壤甲烷氧化菌群落结构及其活性，进而影响到田土壤CH4向大气的实际排放强度还不清楚。为此，选择太湖地区一个长期肥料试验的稻田土壤为研究对象，分析长期不同肥料施用对土壤甲烷氧化能力的影响及其与土壤中甲烷氧化菌群落结构变化的可能关系。结果表明，长期不同的施肥措施下稻田土壤对甲烷的氧化能力产生了明显差异，伴随着土壤中甲烷氧化菌(MOBI和MOB)的基因群落多样性的显著变化。长期单一施用氮肥为主的化肥显著降低了土壤对甲烷的氧化能力，同时显著降低了稻田土壤甲烷氧化菌的多样性和丰富度，不同施肥下甲烷氧化菌多样性的变化与土壤的甲烷氧化能力的变化趋势相一致。因此，研究显示长期不同施肥处理下甲烷氧化菌群落结构的改变可能是引起水稻土甲烷氧化能力变化的一个主要因素，有机无机配合施用可以明显降低稻田土壤甲烷的大气释放潜能。但长期不同施肥处理下甲烷氧化菌活性的变化还有待于进一步研究。关键词：水稻土，长期试验，CH,氧化，甲烷氧化菌；微生物多样性：温室气体减排8文章编号：1000-0933(2008)10-4864-09中图分类号：Q142,Q16,Q938文献标识码：AEffect of long-term different fertilization on methane oxidation potential anddiversity of methanotrophs of paddy soilZHENG Ju-Feng,ZHANG Ping-Jiu,PAN Gen-Xing LI Lian-Qing,Zhang Xu-HuiActa Ecologica Sinica,2008,28(10):4864 -4872.Abstract:Oxidation of endogenous methane is an important process affecting the real flux of methane from rice paddies,which is generated and mediated by methanotrophs living in topsoil.Very few data has been available on whether the changeof the overall microbial community effects on methane oxidation activity and/or community of methanotrophs,and in turn,the real methane flux from rice paddies under different long-temm fertilization practices.Taking an example of a long-termdifferent fertilization trial of a typical rice paddy from the Tai Lake region China,effects of long-tem different fertilizationson methane-oxidizing activity and the linkage to possible change of methanotrophs community are studied by laboratoryincubation of rice paddy topsoil.The studied long-term different fertilization plots include non-fertilized (NF),chemicalfertilizers only (CF)and combine fertilization of chemical fertilizers and pig manure (CFM).Results show that bothmethane-oxidizing activity and methanotrophic bacterial community MOBI and MOBII)community of the topsoil samples基金项目：国家自然科学基金重点资助项目(40231016)收稿日期：2007-06-26：修订日期：2008-02-26Foundation item:The projeet was financially supported by National Natural Science Foundation of China (No.40231016)Received date:2007-06-26:Accepted date:2008-02-06Biography:ZHENG Ju-Feng,Ph.D.,mainly engaged in soil earbon eyeling and global change.E-mail:zhengjufeng7708@yahoo.com.enhttp://www.ecologica.cn(C)1994-2023 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net10期郑聚锋等：长期不同施肥下水稻土甲烷氧化能力及甲烷氧化菌多样性的变化4865vary with the different long-term fertilization practices.Compared with the treatments of NF and CFM,methane-oxidizingactivity is significantly decreased as well as methanotrophic bacteria abundance and diversity significantly reduced under CFtreatment.The variation of observed methane-oxidizing activity among under different fertilizations is shown in coincidencewith the change of the abundance and diversity of the methanotrophs community.Therefore,real methane emission capacityfrom rice paddy may be altered by different fertilization practices,which could be linked to diversity changes of themethanotrophs community under the different fertilization practices.Thus,best management of fertilizer application may bean option for mitigating methane emission from rice paddies.However,the mechanism causing such variation ofmethanotrophic bacterial activity in rice paddies under long-term different fertilization deserves further studies.Key Words:rice paddy;long-term experiment;methane oxidation;methanotrophs;microbial diversity;greenhouse gasesmitigation淹水稻田被认为是大气甲烷的一个重要生物物理源，但其净排放量取决于CH产生和CH氧化的相对平衡。据估计，稻田产生的内源甲烷在排向大气之前大约有50%~90%在根际和土水界面被重新氧化4。甲烷氧化菌是土壤中氧化甲烷的主要微生物，同时也是大气甲烷的主要生物汇)，它们以甲烷为唯一的碳源和能源，每年从大气中氧化甲烷达20~60Tg,使淡水和湿地等自然环境向大气的CH,释放减少约700Tg)。根据其生理特征，甲烷氧化菌大致分为两类，TypeI型(MOBI)和TypelI型(MOBI),Typel型利用单磷酸核糖途径同化甲醛为细胞组分，Ty型利用丝氨酸途径同化甲醛为细胞组分)，一些研究者采用分子生物学技术（如FISH、PIFA,T-RFLP等）对甲烷氧化菌在不同的生境中的分布和多样性进行了研究9)。但对于微生物群落的动态及环境变化引起的微生物多样性的改变研究来说，DGGE方法因具有较高的分辨率而被认为是目前研究微生物多样性的一个较好的工具)。最近，已有研究者利用DGGE技术对稻田MOB的群落分布进行了研究4)，Seghers等也对长期施肥下旱地土壤中甲烷氧化菌群落结构变化进行了报道，研究表明长期施肥用不同肥料会改变甲烷氧化菌的多样性：利用培养研究表明，不同处理产甲烷能力有明显差异【，但目前对于长期不同肥料施用下稻田土壤甲烷氧化能力与甲烷氧化菌的多样性的变化及其相结合的研究还相对较少，在不同的长期施肥下，土壤的生产力、土壤固碳潜力和土壤有机碳矿化均有明显改变7~，这种改变伴随着养分条件的改变刘、微生物区系)、土壤动物区系的改变四。对不同施肥下表土有机碳矿化和甲烷释放潜力的厌氧培养研究表明，不同施肥措施下稻田土壤产甲烷的能力表现出明显差异，且长期单施化肥明显增加了土壤甲烷的产生量。在长期不同施肥条件下，土壤微生物群落的演变是否影响到土壤甲烷氧化菌群落结构及其活性，进而影响稻田土壤CH,向大气的实际排放强度还不清楚。因此，选择一个长期不同施肥定位试验田的水稻土（太湖地区黄泥土)为研究对象，探讨长期不同肥料施用下土壤甲烷氧化能力及甲烷氧化菌多样性的变化，为认识农业经营管理下稻田甲烷的释放差异及其减排的管理途径提供科学依据。1材料和方法1.1试验地概况供试长期定位试验田始于1987年，位于江苏省苏州市吴江县金家坝镇前厅村(3105N,120°46'E),土壤类型是太湖地区典型的潴育型水稻土一黄泥土（铁聚水耕人为土，Ferric-accumulic Stagnic Anthrosols),该地在过去20a中年平均降雨量约1100mm,年均温18.3℃，冬季地下水位80cm,夏季地下水位60cm,原土pH为5.6，粘粒(<2m)含量为302.9g/kg,阳离子交换量为20.5cmol(+kg。供试的3个施肥处理分别是①不施肥区（简称无肥区，NF),②单施化肥区（简称化肥区，CF),③化肥配施猪粪区（简称常规区，CFM),各施肥试验小区的化肥使用量相同：纯氮：427.5kghm2a,P0s:45.0kghm2a,Kd:84.0ghm2a,N:P20:KCl是1：0.11：0.20，常规区增施猪粪16800kghm2a(鲜重)。小区面积70(10×7)m2,设置3个http://www.ecologica.cn(C)1994-2023 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net