水稻土氮转化和N2O排放对重金属污染响应的微生物机制
文献类型：学位论文
| 作者 | 郭一帆 |
| 答辩日期 | 2025-09 |
| 文献子类 | 博士后出站报告 |
| 授予单位 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 江东 ; 方华军 |
| 关键词 | 重金属 水分管理 氮循环 N2O排放 土壤微生物 |
| 学位名称 | 博士后 |
| 学位专业 | 自然资源学 |
| 英文摘要 | 微生物在土壤氮循环及其生物有效性的调节中起着至关重要的作用，尤其通过参与关键的氮转化过程进而影响土壤中氧化亚氮（N2O）的排放。然而，重金属污染对水稻土中氮转化、排放过程与微生物相互作用的影响尚不清楚。本研究以典型南方红壤丘陵区水稻土为研究对象，通过调查重金属污染梯度带，研究长期重金属胁迫下水稻土微生物氮转化过程的变化特征；构建重金属单独和复合添加培养实验，探讨不同水分管理条件下典型重金属污染对水稻土氮循环微生物群落和N2O排放的差异性影响；构建多剂量重金属添加培养实验，揭示不同水分管理条件下水稻土N2O排放对重金属污染的非线性响应及其微生物驱动机制。本研究主要结论如下： （1）土壤铜（Cu）和镉（Cd）浓度比土壤理化属性对氮循环微生物功能和分类特征的影响更大。土壤Cu和Cd共同污染主要通过增加Nitrospira属（属于Nitrospirota门）的丰度来促进微生物硝化、反硝化和硝酸盐异化还原为铵（DNRA）过程，而通过降低Desulfobacca属的丰度来抑制固氮过程。这些氮循环微生物过程的差异性变化表明，水稻土存在氮损失的潜在风险。重建了一个属于Nitrospirota门的高质量基因组，其在重污染土壤中丰度最高。该新发现的Nitrospirota菌株具有氮转化和金属抗性代谢能力。 （2）高剂量Cd和Cu单独污染对土壤N2O排放的影响受水分管理条件的调控，在非淹水条件下呈现拮抗效应，而在淹水条件下则呈现协同效应。高剂量复合污染在两种水分管理条件下均显著抑制了硝化过程，主要是由于Nitrosospira丰度的降低。相比之下，在淹水条件下这种复合污染降低了Ramlibacter的丰度，从而抑制了反硝化和DNRA过程。在两种水分管理条件下，这些关键微生物及其介导氮循环过程的抑制减少了土壤N2O的排放。在淹水条件下，由于更多氮转化过程受到抑制导致N2O排放减少的幅度更大。宏基因组分箱进一步表明，Nitrosospira携带与硝化过程相关的基因，Ramlibacter含有参与反硝化、硝酸盐同化还原为铵（ANRA）和DNRA过程的基因。这些发现表明，这两种微生物具有产生N2O的潜力。 （3）在非淹水和淹水条件下，所有剂量的Cd添加均显著减少了通量。在两种水分管理条件下，水稻土平均N2O通量和反硝化基因比值nirK/nirS对Cd添加剂量的响应均呈二次函数关系。相关分析、回归分析和随机森林分析表明，土壤nirK/nirS与平均N2O通量均呈显著线性正相关，且nirK/nirS是土壤平均N2O通量的主要预测因子。这表明在两种水分管理条件下，Cd添加可能通过改变水稻土反硝化基因的组成，从而对N2O排放产生影响。另外在非淹水和淹水条件下，Cd添加均显著改变了土壤微生物群落结构。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 116 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217401]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 郭一帆. 水稻土氮转化和N2O排放对重金属污染响应的微生物机制[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院地理科学与资源研究所. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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