双季稻田冬闲期土壤细菌数量及结构对施氮的响应

[目的]研究不同施氮水平对湖南双季稻区冬闲期土壤细菌结构与数量的影响,为双季稻区水稻可持续生产提供理论依据。[方法]依托湖南省双季稻区连续8年的定位试验,选取3个氮肥水平处理:CK(不施氮肥)、N1(施N 100 kg/hm^2)、N2(施N 200 kg/hm^2),取稻田冬闲期5—20 cm耕层土样,采用高通量测序和荧光定量PCR方法测定了土壤细菌数量与结构。[结果]与CK相比,N1、N2处理显著增加了双季稻产量,提升了冬闲期土壤总氮、全碳含量,降低了土壤pH、硝态氮及碳氮比(P<0.05)。N1和N2处理的细菌16s rDNA基因拷贝数分别为CK的48.25和40.31倍。施氮显著增加土壤总细菌丰度,土壤细菌丰度与土壤全氮、碳氮比呈显著正相关,与土壤全碳呈显著负相关。施氮改变了冬闲期稻田土壤细菌的多样性及群落结构。与CK相比,N1处理提高了稻田土壤微生物多样性;N2处理显著增加稻田土壤细菌丰富度,但显著降低稻田土壤细菌多样性。此外,3个处理土壤菌群相对丰度最高的是Proteobacteria(变形菌门),达40.16%~51.16%。N2处理的变形菌门相对丰度显著高于CK与N1,N1处理的变形菌门相对丰度显著低于CK。3个处理属水平细菌相对丰度较高的是Anaerolineaceae_uncultured(厌氧绳菌属)和Nitrospira(硝化螺旋菌属),其相对丰度分别为8.6%~14.56%和8.16%~11.46%。Spearman相关性分析显示,11个优势门菌群数量均与土壤化学性质存在显著相关性。稻田11个优势菌群的数量与土壤化学性质显著相关。[结论]湖南双季稻区施氮降低冬闲期稻田土壤pH和C/N比,低施氮水平可增加稻田微生物多样性,高施氮量虽然增加稻田细菌丰富度,但降低了微生物多样性。     

紫云英还田对早稻直播稻田温室气体排放的影响

为研究早稻直播条件下冬种紫云英翻压还田对稻田CH_4与N_2O排放的影响。选取南方双季稻区稻田为研究对象,采用静态暗箱-气相色谱法监测冬闲-双季稻,不施氮肥(CK);冬闲,早晚稻每季施氮200 kg·hm~(-2)(N_(200));冬种紫云英全量还田,早晚稻均不施氮(CMV);冬种紫云英半量还田,早晚稻每季施氮100 kg·hm~(-2)(CMV+N_(100))等4个处理的CH_4与N_2O排放速率及其全球增温潜势(GWP)与单位粮食产量温室气体排放强度(GHGI)。结果表明,各处理CH_4排放峰主要在水稻种植初期至分蘖末期,早稻与晚稻出现最大峰值的处理分别是CMV(105.6 mg·m~(-2)·h~(-1))和CMV+N_(100)(52.94 mg·m~(-2)·h~(-1));N_2O排放峰主要出现在田间水稻种植初期至分蘖及田间水分干湿交替阶段,早稻晚稻最大峰值均为N_(200),分别为717.7μg·m~(-2)·h~(-1)和1 065.57μg·m~(-2)·h~(-1);与N_(200)相比,CMV+N_(100)增加了CH_4累积排放量,减少了N_2O的排放,且早稻季CH_4排放量低于晚稻季。与CK相比,施肥对于稻田GWP并无显著影响,其中CH_4对GWP的贡献可达90%以上;与N_(200)相比,CMV+N_(100)增加了早稻季GHGI,降低了晚稻季GHGI,而对双季稻GHGI并无显著影响。综上,早稻直播条件下紫云英还田配施氮肥虽然增加了稻田CH_4排放,但降低了N_2O排放,可降低晚稻田GHGI。     

施氮水平对稻-稻-紫云英稻田土壤细菌数量及群落结构的影响

通过对稻-稻-紫云英稻田土壤细菌数量和群落结构多样性进行研究,揭示不同施氮水平对稻田土壤微生物的影响,以期为促进稻田土壤养分管理提供依据。以湖南省8年定位田间试验稻田土壤为对象,试验处理以冬闲水稻田不施氮肥为对照（CK）,设置冬种紫云英还田条件下水稻季三个施氮肥水平分别为不施氮肥（0 kg N·hm^-2,CN₀）、施中水平氮肥（100 kg N·hm^-2,CN₁₀₀）、施高水平氮肥（200 kg N·hm^-2,CN₂₀₀）。采用荧光定量PCR和Illumina MiSeq高通量测序平台分别研究了不同处理下稻田土壤的总细菌数量和群落结构。结果表明：稻田土壤总细菌数量为1.25×10⁸~8.47×10⁹拷贝数·g^-1干土;处理间物种多样性指数（Shannon和Simpson）和物种丰富度指数（Ace和Chao）均存在显著性差异;16S rRNA基因在门水平分类下3个主要类群是变形菌门（Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和硝化螺旋菌门（Nitrospirae）,分别占总OTU比例的42.22%~54.54%、8.56%~20.73%、10.98%~15.08%;CN₁₀₀土壤样品中变形菌门的相对丰度低于CN₂₀₀、CN₀和CK,绿弯菌门的相对丰度分别为CN₂₀₀、CN₀和CK的2.26、1.58倍和1.17倍。相关性分析表明,土壤细菌16S rRNA基因拷贝数与铵态氮含量呈显著正相关。影响土壤细菌菌群结构的因子分析结果表明,土壤细菌与土壤pH值、铵态氮、硝态氮存在密切相关性。研究表明,在冬种紫云英还田条件下施加氮肥可以显著改变湖南省双季稻区土壤微生物数量与结构。     

紫云英与化学氮肥配施对双季稻田CH4与N2O排放的影响

【目的】 冬季种植紫云英翻压还田对促进稻田养分循环和提高氮素利用效率具有重要意义,本文重点研究了紫云英还田与氮肥配施对稻田温室气体排放的影响。 【方法】 盆栽试验条件下,设置紫云英与氮肥配施6个处理:不施肥 (CK);单施尿素 (CF);单施紫云英 (MV);1/4紫云英+3/4尿素 (1/4 MV+3/4 CF);1/2紫云英+1/2尿素 (1/2 MV+1/2 CF) 和3/4紫云英+1/4尿素 (3/4 MV+1/4 CF),除CK外,所有处理的施氮 (N) 量均为111.4 mg/kg干土。采用静态暗箱–气相色谱法,监测双季稻季节内稻田CH₄和N₂O排放特征及其全球增温潜势 (GWP) 与单位粮食产量温室气体排放强度 (GHGI)。 【结果】 1) 不同处理稻季CH₄排放规律基本一致,早稻和晚稻生长季各处理CH₄排放均集中在分蘖期与抽穗期,其中早稻季CH₄没有明显的排放峰,其最大值为5.69 mg/(m2·h);晚稻季有两个较为明显的排放峰,出现在水稻移栽初期以及晒田期,最大峰值分别为13.33 mg/(m2·h) 和8.83 mg/(m2·h);稻田CH₄累积排放量随紫云英施用比例的增加而增加。2) 不同施肥处理下N₂O排放通量有较为明显的季节变化规律。早稻季N₂O最大峰值出现在播后第3天,为1092.2 μg/(m2·h);晚稻季N₂O排放主要集中在分蘖期和后期干湿交替阶段,最大峰值为795.7 μg/(m2·h);N₂O累积排放量随紫云英施用比例的增加而减小,且MV的N₂O累积排放量为负值。3) CF处理双季稻产量最高,显著高于CK、1/4 MV+3/4 CF和MV;1/2 MV+1/2 CF处理双季稻产量显著高于CK和1/4 MV+3/4 CF;各处理对稻田GWP及GHGI的影响均不显著。 【结论】 通过不同配比紫云英与氮肥配施盆栽试验发现,与CF相比,紫云英与氮肥不同配比对于稻田GWP及GHGI并无显著影响。      

低磷条件下接种丛枝菌根真菌对大豆生长和磷吸收的影响

目的 阐明不同磷(P)高效基因型大豆在不同生育期对接种丛枝菌根真菌的反应及其与P效率的关系，为接种丛枝菌根真菌提高作物P效率的研究提供理论依据。方法 以3个基因型大豆‘威廉姆斯82’‘粤春04-5’和‘巴西10号’为试验材料，设置接种和不接种丛枝菌根真菌2个处理，在开花期和结荚期采样，分析接种丛枝菌根真菌对大豆植株干质量、菌根侵染率、P营养状况、根系性状以及菌根诱导的P转运蛋白基因表达的影响。结果 不同基因型大豆在不同生育期对接种丛枝菌根真菌的菌根反应存在显著差异。与不接菌相比，接菌在开花期显著提高了3个菌根诱导表达的P转运蛋白基因GmPT8、GmPT9和GmPT10在3个基因型大豆根系中的表达，从而显著提高了3个基因型大豆根部的P浓度；接菌在结荚期显著提高了3个基因型大豆的根部干质量，以及‘巴西10号’的地上部干质量、P浓度和总P吸收量；此外，在开花期，不接菌的‘威廉姆斯82’和‘粤春04-5’的地上部干质量、总P吸收量、总根长和根表面积均显著高于‘巴西10号’，而接菌的‘巴西10号’的菌根生长反应和菌根P反应显著高于‘威廉姆斯82’和‘粤春04-5’。结论 ‘威廉姆斯82’和‘粤春04-5’具有更高的P效率，而‘巴西10号’具有更高的菌根依赖性；大豆生育期的延长有利于菌根植物吸收的P转化为生物量，促进大豆与菌根真菌的有益共生。