不同耕作方式对稻田甲烷排放及其循环微生物活性的影响开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

课题意义：

研究基于在秸秆还田的条件下，通过对耕作方式条件设置的差异来研究稻田土壤的有机碳含量和碳氮比结构的不同，同时也研究对稻田甲烷气体产生和降解起作用的微生物群落与结构间的差异。研究秸秆还田这一措施对与稻田土壤结构的影响，进而了解稻田的甲烷等温室气体的排放通量是否受耕作方式影响，得到在农业生产过程中的最优解（实现最大农业生产效率时也实现农业生产污染最低），从而实现农业生产温室气体减排。

2. 研究的基本内容和问题

研究目标

研究在不同的耕作方式条件（包括秸秆还田的有无）对稻田甲烷的产生的影响，同时也研究不同耕作方式对稻田甲烷循环微生物活性的影响，为农业生产甲烷减排提供理论依据。

3. 研究的方法与方案

研究方法研究方法本试验主要研究以稻麦系统为对象，进行水旱轮作稻田的轮耕轮作系统优化，从土壤理化特性、生物学特性以及栽培管理、耕作制度等方面系统揭示水旱轮作系统的土壤学特征，同时从稻田甲烷的产生与降解来全面了解稻田的微生物的结构群落，进而实现农业生产上的温室气体的有效减排。试验田块农场位于黄海分公司五分场n14#02，小区全长930米，宽40米，水稻品种除直播稻选用苏秀867外，其他一律使用连粳7号，小麦品种为淮麦22。秸秆还田后地表整洁，有利于进行表土耕作。在农业机械创新技术配合下，实现快速、全量、清洁、安全还田；同时可以达到增厚耕层、改善土壤理化性状、控制渍害、动土少而降低能耗、增加土壤碳汇等功能目标。实验方案实验设计：试验设计两个因素：主因素a-耕作模式；副因素b：秸秆还田方式；a为4水平，b为2水平。四种耕作模式分别为麦茬稻上水泡田旋耕，稻茬麦翻耕 旋耕；麦茬稻上水泡田旋耕，稻茬麦旋耕；麦茬稻旱整，稻茬麦翻耕 旋耕；麦茬稻旱整，稻茬麦旋耕；秸秆还田方式为秸秆去除和秸秆还田。共八个处理，每个处理做三个重复，一共24个小区。从水稻种植开始每隔10天测量一次ch4和n2o的排放量，同时在甲烷排放峰期与小区土壤30cm左右深度取样。在取得土壤土样后测量土壤中的碳氮比结构及有机质的含量，测定完毕后将其送至外面公司测量所取土样中的甲烷产生菌及甲烷氧化菌的活性。以项目设计的8种耕作模式为对象，采用静态暗箱-气象色谱法测定试验稻田的温室气体排放通量，并且计算全球增温趋势。每年连续监测，每10天测定一次。在ch4排放的峰期，取0-20cm土样，测定土壤甲烷氧化菌和产甲烷菌的活性及有机碳的含量和氧化还原电位。主要测定指标：稻田ch4的排放通量；土壤中产甲烷菌活性；土壤中甲烷氧化菌活性；有机质（有机碳）的含量测定方法：ch4气体数据测量方法：采用静态暗箱-气相色谱方法测定。静态暗箱装置是由黑色的 pvc 塑料制成的采样箱( 0.5 m×0.5 m×0.5 m 或 0.5 m×0.5 m×1.0 m，由作物株高而定) 和底座 (0.5 m×0.5 m×0.3 m) 两部分组成。箱体内配置有温度探头 (检测箱体内温度)、空气搅拌风扇 (混合气体) 和气体采集管，箱体外包有锡纸，以减缓太阳辐射下采样箱和箱内温度上升过快，尽量维持采样箱体内外温度相对一致。将底座下端插入 5 cm 的土体，底座上端有密水槽，抽气时向其中加入适量的水以保证箱体和底座之间密封。n2o 采集时间在9 00-12 00，每周采集1次。每次采样时间控制在20 min内，每5 min 收集1次，共连续采气4次。用带有三通阀的针筒采集气体，将其注入特制的集气瓶中保存,并记录每次抽气时的箱内温度。ch4气体浓度采用气象色谱仪(agilent 7890a，美国)同步测定，其中ch4用63ni电子捕获检测器ecd测定。根据每次4个气样的ch4浓度与时间关系曲线计算ch4的排放通量。气体排放通量计算公式如下：f(p×h×(dc /dt)×273)/(273 t)式中：f为气体排放通量 (mg·m-2·h-1)；为标准状态下气体的密度 (kg·m-3)，h为采样箱高度 (m)；dc/dt 为采样箱内的气体浓度变化率；273为气态方程常数；t为采样过程中采样箱内的平均温度(oc)。稻田循环微生物活性测量方法：在ch4排放的峰期，取0-20cm土样，测定土壤甲烷氧化菌和产甲烷菌的活性，产甲烷菌测量通过实时荧光定量pcr，测定其mlf和mlr的丰度；甲烷氧化菌活性实时荧光定量pcr，测定a189和a682的丰度。有机碳的测量方法：由于土样中有机碳在一定温度下被氧化剂重铬酸钾氧化产生co2，因此用硫酸亚铁铵标准溶液滴定剩余的cr6 与空白氧化剂滴定量之差计算有机碳量。2k2cr2o7 3c 8h2so4→2k2so4 2cr（so4)3 3co2 8h2o试验步骤：称取过100目筛0.3хх克风干土(小区高沙土有机碳含量为0.6-0.8左右)于试管中；准确加入0.4n重铬酸钾与浓硫酸混液10ml，试管口加小漏斗，试管放于铁笼中；在己预热油浴上加热（180度），沸腾时开始计时5分钟，然后取下；转入三角瓶，少量水洗入，三角瓶内溶液总体积在60-70ml，加邻啡罗啉指示剂2-3滴，用0.1n硫酸亚铁铵滴定，至变色（橙黄-蓝绿-砖红色），记录读数；同时测土样的吸湿水含量。土壤有机碳计算公式：土壤有机碳(v0-v)*n*0.003*1.1*1000/烘干土样重式中：v0为滴定空白试验时用去硫酸亚铁铵毫升数；v为滴定土样时所用去硫酸亚铁铵毫升数；n为硫酸亚铁铵的当量浓度；0.003为1个毫克当量碳的克数；1.1为氧化校正系数（此为史瑞和书系数，李酉开编书系数为1.08)

4. 研究创新点

秸秆还田对于土壤的影响现在还不能有个明确的推论，我们目前实验主要研究在不同的耕作方式条件下对稻田的甲烷气体排放通量的影响，研究稻田土壤微生物的结构群落，进而希望在此研究基础上做到在稻田农业生产过程中做到农业温室气体减排的效果。

5. 研究计划与进展

2018.09-2019.01 查阅文献资料 ，水稻气体数据测量收集

2019.03-2019.04 稻田土壤样本获取，将部分土样样本送至外面公司测得菌活性

2019.05 稻田土样数据测量，毕业论文的写作，毕业答辩