硫肥对水稻—东南景天轮作系统中镉有效性及根际细菌群落特征的影响

发布时间：2020-04-22 03:13

【摘要】：硫肥施用作为一种重要的农艺措施,其对土壤镉有效性的具体调控机制尚不明确。本研究以镉低积累品种水稻(H优518)、镉超积累植物东南景天为供试材料,研究了两种形态硫肥(S0、Na2SO4)对水稻-东南景天轮作体系中土壤镉生物有效性及植物根际土壤细菌群落特征的影响,探究特异细菌对硫形态转化及植物镉吸收的潜在作用,为水稻-东南景天轮作模式的优化提供科学依据。本研究取得的主要研究成果如下:1.研究了两种水分管理模式(持续淹水和干湿交替)与硫肥协同作用对土壤镉有效性的影响及其根际细菌调控机制。结果表明,两种水分管理模式下,硫肥添加对土壤镉有效性及种植水稻籽粒镉积累的影响截然相反。持续淹水模式下,施硫可通过促进形成难溶态金属硫化物、提高土壤pH的方式降低土壤辑有效性,进而减少籽粒中镉积累。而在干湿交替模式下,由于土壤氧化还原状态的剧烈变化导致硫化物难以稳定存在且易发生氧化,促使土壤pH降低,反而提高了土壤镉有效性,增加籽粒镉积累。此外,硫肥施用和水分管理共同塑造了水稻根际特异的细菌群落结构。在持续淹水模式下,施硫促使水稻根际特异募集大量硫还原菌,如Gammaproteobacteria纲的Pseudomonas、Deltaproteobacteria纲的Desulfobulbaceae、Geobater,其中Pseudomonas在根际尤为丰富,且其丰度与土壤硫化物浓度、植物生长呈显著正相关,在促进金属硫化物形成以及促进水稻生长发面发挥着潜在作用。在干湿交替模式下,施硫则促进水稻根际特异定殖 Betaproteobacteria 纲的 Thiobacillus、Alphaproteobacteria纲的Kaistobacter等硫氧化或促生菌,其中Thiobacillu在硫的氧化过程中发挥着重要作用,其可能会促进土壤镉有效性的提高。以上结果说明,在镉重度污染土壤条件下,持续淹水结合硫肥施用可以显著降低水稻根际土壤中镉有效性和水稻籽粒中镉积累量,有助于实现水稻安全生产。2.探究了施硫对于后茬轮作的东南景天镉萃取效果的影响及其相关细菌调控机制。结果表明,施硫促使更多硫化物发生氧化,提高了土壤中植物可利用硫含量,且硫氧化过程促使土壤pH降低,提高土壤有效镉浓度,进而促进了东南景天的生长及对镉的吸收。此外,施硫促使东南景天根际特异募集了与硫氧化相关、具有促生及金属活化作用的关键细菌,如Betaproteobacteria纲的Thiobacillus、Bacteroidetes 菌门的 Chitinophagaceae 和 Proteobacteria 菌门的Sphingomonadaceae。其中Thiobacillus可参与氧化金属硫化物,在促进东南景天对镉、硫的吸收中发挥潜在作用。且东南景天根际细菌中参与硫代谢和与重金属解毒、耐性相关的氨基酸代谢基因的表达丰度更高。以上结果表明在后茬轮作过程中,硫肥施用可以显著提高东南景天对重度镉污染土壤的修复效果。
【图文】：

２．３．１水稻生物董及籽粒产董逡逑施用硫肥均可以显著提高水稻的生物量和株高，其中持续淹水下水稻的生逡逑长状况整体优于干湿交替（表２－１，，图２－１），此外水稻籽粒的千重也显著增加，逡逑施用硫肥分别是对照组的１．５倍以上，可见施用硫肥不仅能增加水稻的生物量逡逑２５逡逑

图２－２水稻土壤的镉含量（Ａ：根际非根际土壤镉全量，Ｂ：根际非根际土壤有逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X503.231;S511;S154.3

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本文编号：2636070