不同秸秆类型通过产甲烷路径差异调控两种稻田土壤CH4生成机制研究

本文系统探究了水稻秸秆（C3植物）和玉米秸秆（C4植物）添加对两种典型稻田土壤——水旱轮作（RW）与长期淹水（PF）稻田中甲烷（CH4）产生潜力、产甲烷路径（氢营养型/乙酸裂解型）及古菌群落结构的差异化影响。研究发现秸秆添加显著提升土壤溶解性有机碳（DOC）和mcrA基因拷贝数，并通过调控Methanobacterium（氢营养型）与Methanosarcina（乙酸裂解型）等关键古菌类群的丰度，改变产甲烷路径贡献率（1–fac值），揭示了秸秆碳源类型与土壤管理方式共同驱动CH4生成机制的生态规律。

　　

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Soil sampling

土壤样品采集自中国两种典型种植模式的稻田：水旱轮作（RW）稻田位于江苏省句容市（31°57′N, 119°10′E），长期淹水（PF）稻田位于四川省简阳市（30°39′N, 104°55′E）。水稻秸秆和玉米秸秆分别取自成熟作物。所有土壤和秸秆样品经风干后室温保存，过筛（<2 mm）并使用研磨仪粉碎备用。

The δ¹³CH₄, δ¹³CO₂, and α_(CO2/CH4) values

秸秆添加普遍提高了RW和PF土壤中δ¹³CH₄和δ¹³CO₂值，且玉米秸秆（MS）处理组的这些值显著高于水稻秸秆（RS）处理组（p < 0.05）。此外，添加CH₃F的处理组其δ¹³CH₄和δ¹³CO₂值低于未添加组。α_(CO2/CH4)值在RW土壤中范围为1.0428–1.0534，在PF土壤中为1.0397–1.0562。总体而言，MS显著提高了两种土壤的α_(CO2/CH4)值，而RS仅显著提高了PF土壤的该值。

Effect of straw addition on MPP

水稻秸秆和玉米秸秆的添加均显著提高了两种土壤的甲烷产生潜力（MPP），这与既往研究一致——秸秆衍生的有机组分能提升土壤肥力并进而增强稻田CH₄生成。土壤可溶性有机碳（DOC）是稻田土壤中的重要碳源，而mcrA基因是产甲烷古菌的理想生物标志物。

Conclusion

本研究揭示了两类典型稻田土壤在水稻与玉米秸秆添加下的产甲烷特征。结果表明，RW和PF土壤的CH₄产生潜力及产甲烷路径对秸秆添加呈现显著响应。水稻秸秆和玉米秸秆添加均显著提升两种土壤的CH₄产生潜力，这一过程与土壤DOC和mcrA基因拷贝数的增加同步。CH₄产生潜力受到产甲烷路径与关键功能微生物类群组合效应的共同调控。