土壤酸化对双季稻氮素利用效率的影响机制研究

土壤酸化是当前最大的农业环境问题之一，已严重影响到双季稻的可持续生产。目前，土壤酸化对水稻的影响研究多处在模拟试验阶段，尤其在对水稻氮素利用效率的影响机制研究上尚属空白。本项目拟在典型酸化稻田上筛选耐酸性敏感材料，再将之分为氮素敏感型、中间型和迟钝型等3种类型；在此基础上进行大田和盆栽试验，应用根系动态监测系统实时、原位监测根系建成与形态，测定吸收能力与酶活性等，探讨土壤酸化影响水稻氮素利用效率的根系生理机制；测定土壤酶活性、微生物区系结构、根际土壤氧化还原电位与无机氮动态等，探讨土壤酸化影响水稻氮素利用效率的土壤生物学机制；应用常规技术与同位素示踪技术，测定根叶含氮化合物与氮代谢关键酶活性等，探讨土壤酸化影响水稻氮利用效率的根叶氮代谢机制。旨在明确土壤酸化对水稻的危害，筛选耐酸性不同的水稻品种，明确土壤酸化对水稻氮素利用效率的影响机制，为耐酸性水稻品种选育和酸化稻田的合理利用提供依据。

土壤酸化是非常严重的土壤退化问题，湖南省是我国土壤酸化最严重的省份。在湖南长沙开展试验，研究了酸化土壤对水稻氮利用效率的影响机制研究。先通过发芽实验和大田试验比较各品种耐酸性差异，分为耐酸性敏感型、迟钝型与中间型，再比较耐酸性敏感型品种的氮素敏感性，然后不同氮素敏感型品种开展试验，探讨酸化土壤影响水稻氮利用效率的机制。.酸化土壤显著降低早稻有效穗、结实率和产量，生理原因是酸化土壤降低了早稻叶面积、色素含量、净光合速率、蒸腾速率、根系干重、体积与可溶性蛋白含量，增大了胞间CO2浓度。酸化土壤使耐酸性敏感型品种氮利用效率下降，其中氮素敏感型品种氮积累量(NA)、氮素利用效率(NUTE)、氮生理效率(NPE)、氮收获指数(NHI)与氮肥效率(NFE)下降显著，氮素中间型品种仅NA、NPE、NHI显著下降，而氮素迟钝型品种下降不显著。酸化土壤造成早稻NA下降是通过降低叶绿素含量、气孔导度、蒸腾速率和净光合速率而增大胞间CO2浓度实现的；NUTE、NHI与NPE下降主要由叶面积指数、光合色素与可溶性蛋白含量下降引起净光合速率、气孔导度和蒸腾速率下降及胞间CO2浓度增大所致。根系体积和干重下降是NPE下降的主要原因，而NUTE下降主要与根系体积和吸收面积下降有关。酸化土壤使耐酸性敏感型晚稻品种NA、NUTE、NFE和NPE下降，其中，NPE下降极显著，而前三者下降的显著性与品种氮素敏感性有关，氮素敏感性越强则下降越显著。相关分析表明酸化土壤影响晚稻氮利用效率主要是通过影响根系活力与POD活性实现的。.盆栽试验表明：土壤pH对水稻产量影响很大，且主要通过影响根系活力、叶绿素含量和叶片CAT活性实现。土壤pH显著影响水稻NA、NUE与氮利用效率，其通过影响根系活力、叶绿素含量、叶片POD和CAT活性、根系可溶性蛋白含量影响NA和NUE，通过影响叶绿素含量、根系活力与叶片SOD、POD、CAT和NR活性影响NUTE、NHI、NPE。pH值下降使土壤过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶活性降低，土壤细菌、放线菌、真菌与原生动物减少，这可能是酸化土壤影响晚稻氮素利用效率的重要途径。.土壤pH＜6.5时，有效Cd含量随pH降低而增加；酸化促进水稻对Cd的吸收。水稻各器官Cd含量与积累量存在品种间差异，且Cd在器官间分配不均匀，一般根系和茎秆含量高于叶片和稻穗，穗部Cd含量表现枝梗>空粒>实粒。