【摘要】：由于不合理的農(nóng)藝措施,例如頻繁翻耕與秸稈焚燒等,導(dǎo)致了土壤質(zhì)量退化、環(huán)境污染和農(nóng)田生態(tài)可持續(xù)性受到破壞,作物氮素利用率不高等問題。免耕和秸稈還田是保護(hù)性耕作的兩大措施,對改善土壤質(zhì)量提高N素利用率有一定積極效應(yīng)。然而,當(dāng)前保護(hù)性耕作對稻田土壤硝化作用和水稻氮素利用的影響機(jī)制尚不明確,因此,本試驗(yàn)于2011年通過設(shè)置,翻耕秸稈不還田(CTNS)、翻耕秸稈還田(CTS)、免耕秸稈不還田(NTNS)和免耕秸稈還田(NTS)4個(gè)處理,分析免耕和秸稈還田6年后了水稻不同生育期土壤理化因子、微生物量碳氮、硝化微生物、N_2O排放、硝化潛勢、水稻根系氮代謝酶活性、水稻產(chǎn)量、氮素積累量等對不同保護(hù)性耕作的響應(yīng)。主要試驗(yàn)結(jié)果如下:(1)耕作方式和秸稈還田對稻季土壤p H無顯著影響,但顯著影響水稻各生育期土壤銨態(tài)氮(NH_4~+-N)和硝態(tài)氮(NO_3~--N)含量。與翻耕處理相比,免耕處理孕穗期、齊穗期和成熟期NH_4~+-N含量顯著提高了25.2%~37.4%、13.0%~22.0%、12.2%~27.1%,NO_3~--N含量顯著提高了14.5%~30.6%、15.8%~29.8%、9.9%~53.9%;與秸稈不還田處理,秸稈還田處理孕穗期、齊穗期和成熟期NH_4~+-N含量顯著提高了10.1%~26.7%、17.0%~31.3%、18.7%~33.8%,NO_3~--N含量顯著提高了15.5%~32.5%、25.8%~39.7%、35.4%~48.2%。耕作處理對微生物生物量碳(MBC)含量均無顯著性影響,但秸稈還田處理土壤MBC含量顯著高于秸稈不還田處理。耕作處理與秸稈還田均未影響土壤微生物生物量氮(MBN)含量。(2)耕作方式和秸稈還田顯著影響硝化微生物氨氧化古菌(AOA)與氨氧化細(xì)菌(AOB)豐度。免耕處理較翻耕處理AOA和AOB豐度分別顯著提高了4%~14%和9%~11%;與秸稈不還田處理相比,秸稈還田處理AOA和AOB豐度分別顯著增加了14%~45%和21%~91%。耕作方式和秸稈還田顯著影響硝化潛勢。與免耕處理相比,翻耕處理平均硝化潛勢提高了41%~78%;秸稈還田硝化潛勢提高了31%~56%。(3)耕作方式與秸稈還田顯著影響稻田N_2O排放。與翻耕處理相比,免耕處理2016和2017年N_2O累積排放量分別顯著提高了12.5%~18.2%和21.1%~38.6%;與不還田處理相比,還田處理2016和2017年N_2O累積排放量分別顯著提高了38.5%~45.5%和13.1%~29.5%。相關(guān)分析與多元回歸分析表明,土壤微生物量碳、銨態(tài)氮含量、AOA和AOB豐度調(diào)控著土壤N_2O排放。(4)耕作方式顯著影響分蘗期根系硝酸還原酶(NR)活性,秸稈還田顯著影響分蘗期和成熟期各處理根系硝酸還原酶活性。耕作方式未影響水稻各生育時(shí)期根系谷氨酰胺合成酶(GS)活性;秸稈還田顯著提高根系GS活性。(5)耕作方式對氮素累積和水稻產(chǎn)量沒有顯著影響,但秸稈還田顯著影響著氮素累積和水稻產(chǎn)量。與不還田處理相比,秸稈還田處理氮素累積量和水稻產(chǎn)量分別提高了14.9%~38.3%和5.9%~19.1%。同時(shí),耕作方式與秸稈還田對氮素累積量有顯著的交互作用。(6)相關(guān)分析與多元回歸分析表明,不同秸稈還田下NR活性、GS活性均與水稻產(chǎn)量、氮素積累總量呈顯著相關(guān);土壤無機(jī)氮含量、AOA豐度、土壤MBC含量、NR和GS酶活性與水稻氮素積累密切相關(guān),表明土壤硝化作用和水稻N素吸收利用關(guān)系密切。因此,我們的研究表明,秸稈還田處理下土壤硝化微生物AOA主要通過調(diào)節(jié)土壤硝化作用,影響土壤無機(jī)氮供給,影響根系的生長;同時(shí),根系NR和GS酶活性的提高有利根對無機(jī)氮吸收,進(jìn)而將土壤無機(jī)氮吸收轉(zhuǎn)入水稻植株體內(nèi),最終實(shí)現(xiàn)了水稻對N素吸收利用。
【圖文】：

和 AOB 相對豐度及其功能特性對氨氧化速率的影響還沒有統(tǒng)一的結(jié)果（Gubry-rangin et al 2011；He et al 2012）。研究表明，AOA 對底物 NH3的親和力很高，其營養(yǎng)方式為異養(yǎng)型或者混合營養(yǎng)型，，可以在極端條件如底物不足或氧氣含量較低時(shí)保持較高的活性，從而在硝化作用硝化作用占主導(dǎo)地位（Hallam et al 2006；Walker et al 2010）。有研究發(fā)現(xiàn) AOA 在大多數(shù)酸性土壤的氨氧化作用的功能活性和豐度大于 AOB（Stopni ek et al 2010；Zhang et al 2012；Wang et al 2014），但也有些研究表明 AOB 在中性或堿性以及含氮較豐富的生態(tài)系統(tǒng)的功能活性和豐度大于 AOA（Jia and Conrad 2009；Di et al 2009；Verhamme et al 2011），甚至還有些研究發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)土壤中只存在 AOA（Alves et al 2013）。這些矛盾的結(jié)論使得人們進(jìn)一步加強(qiáng)了環(huán)境因素對 AOA 和 AOB 的可能影響、二者生態(tài)位差異及不同氨氧化微生物種群的系統(tǒng)發(fā)育功能特性的研究（Erguder et al 2009；Wessén et al 2010）。

技術(shù)路線圖
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S511

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本文編號：2698954