丛枝菌根真菌对稻田系统碳氮元素平衡的影响研究

发布时间：2018-10-17 10:02

【摘要】：稻田系统产生的温室气体(Greenhouse gases,GHGs)N_2O、CO_2和CH_4对全球气候变化具有较大程度的贡献,人工管理稻田系统的碳、氮元素流动能够影响这些温室气体的释放。本研究在水稻种植季节添加丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhiza fungi,AMF),分别通过源汇理论和通径分析法探讨其在稻田系统碳、氮元素分配及温室气体释放中的效应,为减缓稻田温室气体的释放提供潜在的管理措施。基于AMF与化学肥料的交互效应分析,发现两种AMF即摩西球囊霉(Funnelliformis mosseae)和根内球囊霉(Rhizophagus intraradices)与化肥存在协同效应,尤其是R.intraradices与基肥交互作用显著,可实现对传统化肥的削减,为优选菌种。在R.intraradices施加量为27.4 kg·hm~(-2)时,可减少基肥施加量190 kg、追肥169 kg,同时水稻产量可达到9824.9±159.1 kg·hm~(-2),显著高于传统化肥方式9416.5±119.0 kg·hm~(-2)。对比传统施肥(对照)与优选菌种和化肥搭配施用(接菌处理)条件下水稻不同功能器官对氮元素的利用和分配规律,结果表明,接菌处理通过扩张根系的吸收域及促进深层根系和须根系的生长,提高了水稻对氮素的吸收和利用效率;同时接菌促进了生长期内水稻根系的氮浓度和积累量,以及灌浆期前营养器官(叶片、叶鞘和茎)的氮浓度和氮积累量,使叶片、叶鞘和茎向穗的氮转运量分别提高33.0%、33.7%和107.8%,相应的氮转运率也得到显著提高,使成熟期穗部氮浓度和积累量分别提高18.8%和39.0%。接菌处理能够提高水稻的光合同化能力,尤其是在营养生长时期其净光合速率比对照显著提高13.6~25.5%,从而显著提高了灌浆期前叶片,叶鞘和茎的碳积累量;营养器官对籽实的碳贡献大小为叶鞘叶片茎,接菌处理显著促进了叶片和茎向穗的碳转运量,分别提高61.4%和58.6%,同时茎对碳的转运率得到显著提高;成熟时期接菌水稻籽实的碳浓度和积累量分别显著提高2.5%和19.9%(p0.05),然而其C/N降低13.7%,说明接菌更大程度地促进了籽实对氮的分配;根系的碳积累量在水稻生长期内呈增长趋势,菌根作为重要的碳汇,成熟期其碳积累量比对照根系提高52.3%。菌根共生系统对水稻种植期内土壤碳氮元素含量具有重要的调节作用,与对照相比,接菌处理提高了深层土壤(20~30 cm)的总氮含量,以及0~10 cm和20~30 cm土层的总碳含量及C/N。这对稻田温室气体的释放具有重要影响,通过复杂因子通径分析法研究AMF对GHGs释放的影响途径,结果表明菌根真菌通过对根系形态和水稻生理功能的改变影响着植物与土壤的碳氮分配,从而形成两条主要通径,即根系长度-土壤总碳-GHGs和根系长度-N吸收-土壤总氮-GHGs,从而通过两条通径的权衡降低了稻田温室气体的释放量。N_2O的排放峰值分别出现在季中和季末排干阶段,接菌处理分别比对照降低58.8%和10.9%;CO_2和CH_4的排放峰值出现在稻田淹水与季中、季末排干的交替时期,接菌处理分别比对照降低55.4%和66.4%的CO_2排放量,52.5%和29.4%的CH_4排放量。丛枝菌根真菌能够减少水稻生产中氮肥的施用量,促进水稻对氮素的吸收以及向籽实库的分配,同时提高碳的同化能力以及光合产物向根系的分配,这种对稻田系统碳氮平衡的调节抑制了温室气体的释放量。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S511

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本文编号：2276306