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二氧化碳捕获和封存技术(CCS)被认为是目前最有效和最具潜力的减排方法,2011年,二氧化碳捕获和封存技术被南非德班气候变化大会视为未来减缓温室效应的重要措施之一。虽然CCS技术发展前景广阔,但是目前还处于探索阶段,在实际操作过程中可能会产生泄露,对周围的生态环境产生不利影响,具有一定的风险性。因此,对CCS项目泄露问题的研究迫在眉睫。相关研究表明,土壤微生物是对高浓度C02反应最敏感和最活跃的土壤因子,因此,定量研究高浓度CO2条件下土壤微生物各项指标的耐受阈值,对评估CCS项目的泄露风险有着十分重要的科学意义。本研究利用二氧化碳人工气候箱盆栽实验的方法,模拟C02地质封存的泄露下不同C02浓度(正常大气、10000ppm、20000ppm、40000ppm、80000ppm)对玉米、高粱、谷子和糜子等4种C4作物根际土壤微生物数量、呼吸、生物量C、N及多样性的的影响。通过分析以上4种C4作物根际土壤微生物对不同浓度C02的响应情况,探讨抑制和促进不同作物根际土壤微生物生长的C02浓度范围,并筛选对CO2响应最敏感的土壤微生物,为利用土壤微生物监测C02泄露浓度的评估提供依据。主要的研究结论如下：(1)高浓度C02对4种C4作物根际土壤中细菌、真菌和放线菌数量的影响一致,均呈现出先促进后抑制的趋势。在正常大气到20000ppm之间,随着C02浓度的升高,细菌、真菌和放线菌数量逐渐增加,在C02浓度为20000ppm时达到最大值。与正常大气相比,4种C4作物(玉米、高粱、谷子和糜子,顺序下同)根际土壤细菌数量分别增加了145.50%,112.98%,53.79%和44.04%；真菌数量分别增加了101.68%,91.76%,60.45%和65.87%；放线菌数量分别增加了82.58%,67.85%,41.52%和46.87%。当CO2浓度高于20000ppm时,土壤中真菌、细菌和放线菌数量逐渐减少,在80000ppm时达到最小值。与正常大气相比,4种C4作物细菌数量分别降低了65.02%,63.57%,25.88%和24.33%；真菌数量分别降低了48.84%,45.84%,45.52%和41.94%；放线菌数量分别降低了28.82%,35.05%,41.52%和38.51%。(2)高浓度C02对4种C4作物根际土壤微生物的生物量C和生物量N的影响一致,均呈现出先促进后抑制的趋势。随着CO2浓度的升高,土壤微生物的生物量含量增加,在20000ppm时达到最大值。4种C4作物根际土壤微生物的生物量C最大值分别为235.271mg/kg,211.5mg/kg,144.83mg/kg和150.633mg/kg；生物量N的最大值分别为27.553mg/kg,21.825mg/kg,13.416mg/kg和14.514mg/kg。当C02浓度高于20000ppm时,土壤微生物的生物量逐渐减少,于80000ppm时达到最小值。4种C4作物根际土壤微生物的生物量C最小值分别为81.667mg/kg,69.468mg/kg,55.645mg/kg和60.935mg/kg；生物量N的最小值分别为7.974mg/kg,4.067mg/kg,2.022mg/kg和2.654mg/kg。(3)高浓度C02对4种C4作物根际土壤微生物呼吸作用的影响均呈现出先促进后抑制的趋势。在正常大气到20000ppm之间,随着C02浓度的升高,土壤微生物呼吸作用增强,在C02浓度为20000ppm时达到最大值。与正常大气相比,4种C4作物根际土壤微生物呼吸作用分别增加了40.67%,30.91%,30.19%和29.63%。当C02浓度高于20000ppm时,土壤微生物呼吸作用逐渐减弱,于80000ppm时达到最小值。与正常大气相比,4种C4作物根际土壤微生物呼吸作用分别降低了20.34%,21.82%,24.53%和22.22%。(4)高浓度C02对高粱和糜子根际土壤细菌多样性的影响呈现出先促进后抑制的趋势,随着C02浓度升高,高粱和糜子根际土壤细菌多样性指数增加,在10000ppm时达到最大值,分别为3.89和3.70；当C02浓度高于10000ppm时,细菌多样性指数逐渐降低,在80000ppm时达到最小值,分别为3.68和3.56。高浓度C02对玉米和谷子根际土壤细菌多样性有抑制作用,玉米在20000ppm时达到最小值3.91,谷子在80000ppm时达到最小值3.82。与其他指标相比,高浓度C02对土壤微生物细菌多样性影响较小。(5)通过对比不同C02浓度条件下4种C4作物根际土壤细菌的DGGE电泳图谱,在种植玉米、高粱和糜子根际土壤中共筛选了10种具有指示作用的细菌。其中,当C02浓度为10000ppm时,在高粱和糜子根际土壤细菌中可以作为指示微生物的分别为Brucella suis, Thiohalocapsahalophil, Burkholderia cepacia, Porphyromonas gingivicanis, Bacteroides intestinalis和Brucella suis, Thiohalocapsa halophil, Pelomonas aquatica, Hydrogenophaga intermedia, Prevotella dentalis, Sphingomonas oryziterraee;当CO2浓度为80000ppm时,在玉米根际土壤细菌中可以作为指示微生物的是Desulfomicrobium thermophilum。可以利用分子生物学技术测定作物土壤中细菌类型,来大致评估CO2泄露情况。