水肥亏缺和刈割对牧草生长和丛枝菌根真菌的影响

发布时间：2017-06-06 09:13

  本文关键词：水肥亏缺和刈割对牧草生长和丛枝菌根真菌的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：草地约占全球陆地面积的1/5,其可持续发展受到草地水肥条件和放牧等因素的影响。我国黄土高原半干旱农牧区紫花苜蓿(Medicago sativa L.)长期受到水分和养分亏缺的影响,其产草量较低,一定程度上限制了该地区畜牧业的发展；加之该地区人工草地主要为豆科的紫花苜蓿,引进一些禾本科的牧草也是有助于该地区人工草地的发展。在国外,澳大利亚西部主要有轮牧和定牧两种方式,而定牧会直接加剧草地的退化,是该地区畜牧业发展的限制因素。本研究针对我国人工苜蓿草地受到的逆境胁迫因子和长期以豆科牧草为主的现状,分别开展苜蓿生产力和水土效应对施肥的响应的研究、盆栽条件下开展苜蓿响应水磷亏缺的根系形态学和生理学机理的研究和优化禾本科牧草柳枝稷(Panicum virgatum L.)田间出苗的农艺学措施研究；针对澳大利亚西部不同放牧方式对草地退化的差异性影响,据此开展不同刈割频次对黑麦草(Lolium rigidum cv. Wimmera)植株生长和丛枝菌根真菌的影响的研究。通过上述四个试验,我们试图解决我国黄土高原半干旱农牧区人工草地和澳大利亚西部草地管理中的一些问题,试验结果如下：1、为了研究氮肥和磷肥的施加对该地区苜蓿产草量及产量组成,土壤水分消耗以及土壤磷矿化过程的影响,试验于2011-2012年在兰州大学黄土高原半干旱生态系统定位研究站(36°02'N,104°25'E)的两块不同立地年限的苜蓿草地中进行,即种植于2010和2005年的两块苜蓿草地(分别称为低龄和高龄苜蓿草地)。试验为双因素随机区组试验设计,包括两个氮肥水平(O和70 kg N ha-1)和三个磷肥水平(0,17和34 kg P ha-1),设置三次重复,各处理分别在低龄和高龄苜蓿草地中按随机区组排列。每年收获两次地上生物量,并在第一次收获时统计其产量组成。研究发现,低龄和高龄苜蓿草地每年的产草量随着氮、磷施加量的增加而增加,并与分枝生物量呈显著正相关。连续施肥两年后,苜蓿草地深层土壤水分消耗均随着氮磷施加量增加而增强。施加氮肥提高了低龄苜蓿草地土壤碱性磷酸酶活性,而施加磷肥抑制了高龄苜蓿草地碱性和酸性磷酸酶活性。同时发现,施加氮、磷肥显著提高了苜蓿的水分利用效率,但对植株密度没有影响。2、盆栽实验研究水磷亏缺对苜蓿引进品种(阿卡西亚)和当地品种(陇中)的植株生长、根系形态、植物组织磷含量、根际土壤有机酸浓度和组成、以及根际土壤pH值的影响。试验为三因素随机区组试验设计,包括两个品种、四个磷肥梯度(0,4.2,8.4和16.8μgP g-1 干土重)和三个土壤水分梯度[分别维持在75-90%,45-55%和30-35%FC(田间持水量,field capacity,FC)]。结果表明,在土壤充分供水并施加高磷的条件下,与当地苜蓿品种陇中相比,引进品种阿卡西亚的总根长和根系总表面积较高,有助于其磷吸收、生理磷利用效率和植株生长；然而在严重水分胁迫下(30-35% FC),当地品种陇中的比根长、总根长、根系总表面积以及根际土壤有机酸的浓度显著高于引进品种阿卡西亚。此外,水分胁迫显著增加了两个苜蓿品种的根比率(根系占总生物量的比率),而磷亏缺显著增加比根长。水磷亏缺显著增加两个苜蓿品种根际土壤有机酸含量。两个苜蓿品种在各水磷处理下,植株的磷吸收与总根长(r2=0.845,P0.001)以及根系总表面积(r2=0.851,P0.001)呈显著正相关。此项研究结果阐明碱性土壤中的紫花苜蓿对水磷亏缺的响应机制,有助于开展干旱和低磷的碱性土壤条件下苜蓿的栽培和选育工作。3、柳枝稷不仅是一种重要的禾本科牧草,也是重要的生物能源物质,但其在干旱和冷凉的黄土高原地区的早期建植较为困难。本试验通过研究柳枝稷种子对光、水和温度的萌发属性以及该地区的田间出苗,提出合理的农艺学方案。在控制条件下,设定15/5、20/5、20/10、25/10、35/20、40/20和45/20℃共7个昼夜变温处理,以及0、-0.2、-0.4、-0.6、-0.8和-1.2 MPa共6个水分处理。研究结果表明,与水分对照(OMPa)相比,水分为-0.4、-0.6、-0.8和-1.2 MPa时,柳枝稷种子的萌发率均受到显著抑制,而其萌发率在35/20℃变温处理下最高。同时发现光照显著抑制了所有变温处理下柳枝稷种子的萌发率。大田试验发现,4月地膜覆盖改善了土壤温度和保墒,显著增加了柳枝稷的田间出苗率,在播前灌溉和非灌溉处理中分别达到383和273株/平方米；而不覆盖和覆草均没有柳枝稷出苗；而在7月份,覆草的土壤保墒和维持适宜的温度有助于柳枝稷出苗,而地膜覆盖造成的土壤高温反而不利于柳枝稷出苗。此外,浅层(1-2 cm)播种有利于柳枝稷的成苗,显著大于深层(3-4cm)播种。由此可见,优化黄土高原干旱和冷凉地区柳枝稷田间出苗的方案为：1)、播前灌溉和播种深度为1-2cm为宜；2)、在春季播种时候采用地膜覆盖；3)、在夏季播种时采用覆草方式。4、不同的放牧方式引起澳大利亚西部草场退化差异性。放牧移除植物光合组织,降低光合能力,被认为减少了碳向根系和菌根真菌的分配。然而,关于放牧对丛枝菌根形成影响的研究有相互矛盾的报道,但是BartO和Rillig报道的荟萃分析发现放牧对菌根没有生物学意义上的显著的影响。推测可能是菌根侵染水平评价的方法导致这种不确定性。通过盆栽实验研究不同刈割频率对一年生黑麦草(Lolium rigidum cv. Wimmera)植物生长、根系形态、根系丛枝菌根真菌(AM真菌)侵染水平、养分吸收以及根际可溶性碳的影响。黑麦草种植于澳洲西南部一年生草场采集的土壤中。试验为双因素随机区组试验设计,包括三个刈割频率(不刈割、低频率刈割和高频率刈割)和五次采样时间(分别为播种后45、66、87、108和129天)。刈割处理在播种后45天开始实施。研究结果发现,AM真菌根系侵染比率随着刈割频率升高而增加,而AM真菌根系侵染长度随着刈割频率升高而下降。植物地上和地下部分生物量随着刈割频率增加而降低,从播种后87天开始,地上和地下生物量一直维持原有生物量水平,然而没有刈割处理下生物量持续升高。刈割频率的增加也降低了黑麦草根际可溶性碳和微生物碳；且根际可溶性碳与根系侵染长度呈显著正相关。由此可见,以上关于苜蓿产草量、根系形态和生理过程对低水肥条件的响应机制的研究和禾本科牧草柳枝稷优化出苗方案的探索将有助于半干旱区草地的栽培和管理；并且,高频次刈割处理可以降低牧草根际可溶性碳和AM真菌侵染长度,这可能是过度放牧造成草地退化的一个原因。
【关键词】：丛枝菌根 水分亏缺 刈割 紫花苜蓿 磷亏缺 根系形态 黑麦草 土壤可溶性碳 柳枝稷
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S54;S182
【目录】：

• 中文摘要4-7
• Abstract7-11
• 缩写词(Abbreviations)11-16
• 第一章 文献综述16-26
• 1.1 我国黄土高原地区人工草地的管理16-17
• 1.1.1 水分利用效率17
• 1.1.2 叶片水分关系17
• 1.2 植物响应逆境胁迫的形态学、生理学以及生物学过程17-22
• 1.2.1 根形态对水分亏缺的响应18-19
• 1.2.2 根构型对养分(磷)亏缺的响应19-20
• 1.2.3 排根20-21
• 1.2.4 根际分泌物21-22
• 1.2.5 菌根对水分和养分亏缺的响应22
• 1.3 放牧对草地根系形态和AM菌根形成的影响22-26
• 1.3.1 放牧对菌根的影响23
• 1.3.2 放牧对地上和地下生物量的影响23-24
• 1.3.3 放牧对根际分泌碳有效性的影响24-25
• 1.3.4 放牧对土壤养分有效性的影响25-26
• 第二章 氮、磷肥施加对半干旱地区不同苜蓿草地产草量、土壤水分和土壤磷酸酶的影响26-43
• 2.1 前言26-28
• 2.2 材料与方法28-31
• 2.2.1 研究区概况28-29
• 2.2.2 试验设计29
• 2.2.3 测量参数和样品采集29-30
• 2.2.4 统计分析30-31
• 2.3 结果分析31-39
• 2.3.1 苜蓿产草量和产量构成31-35
• 2.3.2 土壤水分动态和水分利用效率35-36
• 2.3.3 七月份土壤无机氮和速效磷含量36-37
• 2.3.4 七月份土壤酸性磷酸酶和碱性磷酸酶活性37-39
• 2.4. 讨论39-42
• 2.4.1 苜蓿产草量和产量构成40-41
• 2.4.2 土壤剖面的水分含量和水分利用效率41
• 2.4.3 土壤胞外磷酸酶活性41-42
• 2.5 小结42-43
• 第三章 当地和引进紫花苜蓿根系形态和根系生理对水分和磷亏缺的差异性响应43-61
• 3.1 前言43-45
• 3.2 材料和方法45-48
• 3.2.1 植物材料和生长条件45-46
• 3.2.2 植物地上和根系生物量的测定46
• 3.2.3 根际土壤羧化物和pH值的测定46-47
• 3.2.4 根系形态的测定47
• 3.2.5 植物组织磷含量、磷吸收和生理磷利用效率47
• 3.2.6 统计分析47-48
• 3.3 结果48-56
• 3.3.1 地上和根系生物量49-50
• 3.3.2 干物质在地上和根系的分配50
• 3.3.3 根系形态50-52
• 3.3.4 地上和根系磷浓度52-53
• 3.3.5 磷吸收和生理磷利用效率53-54
• 3.3.6 根际羧化物和pH值54-56
• 3.4 讨论56-59
• 3.4.1 苜蓿根比率和根形态对土壤水分和磷的响应56-57
• 3.4.2 苜蓿生理适应性对土壤水分和磷的响应57-59
• 3.4.3 苜蓿生长和植物组织的磷含量59
• 3.5 小结59-61
• 第四章 柳枝稷种子萌发特征及其在黄土高原半干旱区不同农艺措施处理下田间出苗61-75
• 4.1 前言61-62
• 4.2 材料与方法62-66
• 4.2.1 种子萌发实验62-63
• 4.2.2 大田幼苗生长试验63-64
• 4.2.3 数据统计64-66
• 4.3 实验结果66-72
• 4.3.1 萌发试验66-68
• 4.3.2 田间出苗率68-72
• 4.4 讨论72-74
• 4.5 小结74-75
• 第五章 模拟放牧的刈割处理对黑麦草根系生长和菌根形成的影响75-89
• 5.1 前言75-76
• 5.2 材料与方法76-79
• 5.2.1 地上和地下生物量,植物组织N和P浓度77-78
• 5.2.2 使用光学显微镜鉴定根内AM真菌侵染率78
• 5.2.3 根系形态的测定78
• 5.2.4 根际和非根际土的速效磷、无机氮、可溶性碳和微生物碳的测定78
• 5.2.5 统计分析78-79
• 5.3 结果与分析79-86
• 5.3.1 刈割处理对根系AM真菌侵染率和侵染长度的影响79-81
• 5.3.2 刈割处理对黑麦草植株生长的影响81
• 5.3.3 刈割处理对黑麦草根系形态的影响81-82
• 5.3.4 刈割处理对植株组织磷和氮含量、吸收和积累的影响82-84
• 5.3.5 刈割处理对根际和非根际土壤可溶性碳、微生物量碳的影响84-85
• 5.3.6 根际土壤可溶性碳与根系侵染比率和侵染长度的相关性85-86
• 5.3.7 刈割处理对根际和非根际土壤无机氮、速效磷的影响86
• 5.4 讨论86-88
• 5.5 小结88-89
• 第六章 结论89-91
• 6.1 主要结论89-91
• 参考文献91-106
• 在学期间的研究成果106-107
• 致谢107

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 徐怀忠,杨自平,先晨钟,李世忠,胡玉荣,于海洋,于建勇;苜蓿引种试验研究[J];草业科学;2005年04期

  本文关键词：水肥亏缺和刈割对牧草生长和丛枝菌根真菌的影响，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：425919