水位控制与施氮对水稻根际氮素转化的影响研究

Rice is amongst the most important crops, and is also the largest water and fertilizer consummer and give great contribution to the non-point source pollution in China. Improper water and fertilizer management has caused the serious resources and environment crisis. This study takes consideration in plant rhizosphere where biogeochemical processes of soil-crop-microbial system take place) and nitrification (the key process of nitrogen transformation in farmland ecosystem), through investigating on rice root morphology and function, the rhizosphere habitat, soil microorganisms and nitrogen transformation activities, etc., by means of soil-core experiment, rhizo-box test. Researching into the effects of soil environment variable on soil microorganisms, nitrifying/denitrifying enzyme activity and mechanism of nitrogen use efficiency, etc, and to establish the response models would help optimize paddy field water and nitrogen management and guiding a high grain yielding, water-saving, fertilizer-saving, environmentally friendly rice cropping pattern.

水稻是最重要的粮食作物，同时是我国用水量最大、化肥消费量最多作物，对农业非点源污染有重要贡献，其主要原因在于稻田水肥的不合理施用。本研究从根际（土壤-作物-微生物系统中生物地球化学活动发生的热点部位）和硝化作用（农田生态系统氮素转化关键过程）入手，通过土芯试验、根箱试验和测坑试验研究水稻根系形态及功能、根际环境、土壤微生物和氮素形态变化规律等，试图探讨土壤环境变量影响土壤微生物、硝化/反硝化酶活、氮素利用效率等的机理，并建立相关模型，为水稻水肥优化管理，对建立稻田高产、节水、省肥、减排的高效水稻种植模式优化得到高效高产、节水、省肥、减排的高效水稻生产模式的建立具有重要指导意义。

水稻作为我国重要的粮食作物，以高耗水高需肥为特征，追求产量为目标的大肥大水生产方式不仅造成了农业水资源紧缺的压力，并造成污染和排放等环境问题，通过协调水氮二因素构建节水高效环境友好型生产技术是发展水稻产业的重要任务。本项目从水稻根际氮素营养转化角度研究节水灌溉和施氮水平影响土壤氮素转化和作物产量形成机理。在根箱、桶栽和小区尺度开展水稻的灌溉和氮素调控实验，研究了三种灌溉方式（AFD：干湿交替灌溉；浅淹湿润灌溉：Fld_S；淹水灌溉：Fld_D） 不同灌溉方式和三种施氮水平（N0：不施氮；N1：施氮120kg/公顷；N2：施氮210kg/公顷）处理组合下水稻生长和氮素利用、土壤微环境的响应与土壤氮素形态、根际土壤微生物群落特性等方面内容。主要结果如下：. 施氮提高水稻叶面积和光合功能，改善植株的氮平衡，提高了产量，N1和N2间差异不显著，N1处理平均氮素肥料回收率略高于N2。Fld_D和Fld_S处理的植株叶面积、光合生理及生化活性均显著高于AFD处理。Fld_D处理的氮素农学表观生产效率高于Fld_S 和 AFD。施氮和灌溉方式在水稻生长和产量方面的交互作用不显著。. Fld_S和Fld_D处理的土壤处于还原或者高度还原状态，电位值和土壤温度均显著低于AFD；TOC、TN、铵态氮(N1和N2下)含量，及DHA和NR活性均显著高于AFD；硝态氮含量和Nir活性显著低于AFD处理，Fld_S和Fld_D处理间差异不显著。施氮对铵态氮、TOC、TN影响不显著，但N2显著提高了DHA（Fld_S、Fld_D条件下）和NR活性、降低了硝态氮含量和Nir活性。施氮和灌溉方式对硝态氮含量影响呈显著交互作用。. 施氮提高了的土壤菌种群落的丰度，而灌溉方式对细菌种群丰度和多样性无显著影响。AFD处理的样本组内异质性高，较大的Unifrac距离距离表达了与其样本的群落结构差异，特别地与FLd_D处理间菌群结构差异显著；施氮对菌群群落结构影响小。施氮提高了变形杆菌和放线菌的相对丰度，降低了酸性细菌、亚硝基单胞菌和硝酸螺旋菌相对丰度。AFD处理的变形菌、放线菌和亚硝基单胞菌相对丰度较高，Fld_D处理的酸杆菌和硝酸螺旋菌相对丰度较高。