| 王佳宁,徐祥玉,李梦涛,岳璐璐,李佳莹,赵书军,童莉莎,赵竹青.CaO2调控潜育化稻田CH4排放的动态特征及机制[J].农业环境科学学报,2025,44(11):2994-3004. |
| CaO2调控潜育化稻田CH4排放的动态特征及机制 |
| Dynamic characteristics and mechanisms of CaO2 regulation on CH4 emissions from paddy fields under cultivation |
| 投稿时间：2024-12-12 |
| DOI：10.11654/jaes.2024-1091 |
| 中文关键词: 潜育化稻田 过氧化钙 产CH4菌 CH4氧化菌 CH4排放 |
| 英文关键词: submerged rice soil calcium peroxide methanogens methanotrophs CH4 emission |
| 基金项目:国家重点研发计划项目（2021YFD1901204，2021YFD1901202）；湖北省重点研发计划项目（2023BBB039） |
| 作者 | 单位 | E-mail | | 王佳宁 | 湖北省农业科学院植保土肥研究所, 武汉 430064
华中农业大学资源与环境学院, 武汉 430070 | | | 徐祥玉 | 湖北省农业科学院植保土肥研究所, 武汉 430064 | xuxy@hbaas.ac.cn | | 李梦涛 | 湖北省农业科学院植保土肥研究所, 武汉 430064
湖北大学生命科学学院, 武汉 430062 | | | 岳璐璐 | 湖北省农业科学院植保土肥研究所, 武汉 430064
华中农业大学资源与环境学院, 武汉 430070 | | | 李佳莹 | 湖北省农业科学院植保土肥研究所, 武汉 430064 | | | 赵书军 | 湖北省农业科学院植保土肥研究所, 武汉 430064 | | | 童莉莎 | 湖北省农业科学院植保土肥研究所, 武汉 430064 | | | 赵竹青 | 华中农业大学资源与环境学院, 武汉 430070 | |
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| 中文摘要: |
| 潜育化稻田因长期渍水导致土壤缺氧、还原性物质大量积累，加剧了甲烷（CH4）排放。为改善潜育化稻田的强还原性环境，本研究选用圆盘造粒法制备的过氧化钙（CaO2）颗粒（粒径2~3 mm），利用其遇水释放氧气的特性，探究持续淹水条件下CaO2对潜育化稻田CH4排放的影响及作用机制。试验设置空白对照（CK）及低（LC，0.15 g·kg-1）、中（MC，0.30 g·kg-1）、高（HC，0.60 g·kg-1）3个CaO2施用量（以鲜土计），通过盆栽试验系统分析其对土壤理化因子、还原性物质、微生物功能基因丰度及CH4排放的影响。结果表明：水稻移栽43 d后，LC、MC、HC处理均抑制了CH4排放，但至水稻生育期结束，3个处理均促进了CH4排放，其中MC处理的累积排放量较CK显著增加88.2%，而较LC和HC处理分别降低29.2%和10.4%。与CK相比，LC处理使土壤还原性物质总量、活性还原性物质、亚铁（Fe2+）、亚锰（Mn2+）含量分别减少0.1%、0.6%、3.0%和8.2%，其对土壤还原性物质的消减效果优于MC和HC处理。与CK相比，LC、MC、HC处理的产CH4菌基因（mcrA）丰度均增加，基因丰度依次为LC>HC>MC，而CH4氧化菌基因（pmoA）丰度在LC和MC处理中降低，HC处理中则增加。与CK相比，CaO2处理均提升了土壤pH，增加了可溶性有机碳（DOC）含量，但降低了铵态氮（NH4+-N）和硝态氮（NO3--N）含量。研究表明，在持续淹水情况下，CaO2能够在短期内（施用43 d内）减少潜育化稻田土壤CH4排放，但长期影响则呈现出一定的差异性和复杂性。 |
| 英文摘要: |
| Long-term waterlogging in gleization paddy fields creates anaerobic soil conditions that promote substantial accumulation of reductive substances, which not only impedes rice growth but also exacerbates methane（CH4）emissions. To address this issue, calcium peroxide（CaO2）granules（2-3 mm diameter）prepared through disc granulation were applied to investigate their impacts on CH4 emissions and underlying mechanisms under continuous flooding. A pot experiment with four treatments was conducted: control（CK）, and three CaO2 application rates（LC: 0.15 g · kg-1, MC: 0.30 g · kg-1, HC: 0.60 g · kg-1, fresh soil basis）. Systematic analyses were performed on soil physicochemical properties, reductive substances, microbial functional gene abundance, and CH4 emissions. Key findings revealed that: all CaO2 treatments initially suppressed CH4 emissions within 43 days after transplanting, but ultimately enhanced emissions by maturity. The MC treatment showed 88.2% higher cumulative emissions than CK, though 29.2% and 10.4% lower than LC and HC treatments respectively. LC treatment demonstrated superior reduction efficiency for total reductive substances（0.1%）, active reductive substances （0.6%）, Fe2+（3.0%）, and Mn2+（8.2%）compared to CK. Methanogen（mcrA）gene abundance increased across all treatments（LC > HC > MC）, while methanotroph（pmoA）abundance decreased in LC, MC but increased in HC. CaO2 amendments elevated soil pH and dissolved organic carbon（DOC）, while reducing NH4+-N and NO3--N contents. These findings indicate that CaO2 application can temporarily mitigate CH4 emissions within 43 days, but exhibits complex long-term dynamics. |
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