地下滴灌对干旱区苜蓿接种根瘤菌定殖、结瘤和固氮效应的影响及其应用基础研究

Subsurface drip irrigation (SDI) is an emerging water-saving technology with very significant extension and application values for alfalfa production in arid region. Artificial inoculation of excellent rhizobium is a critical practice for realizing high symbiotic nitrogen fixation rates, reducing nitrogen fertilizer dosage hence promoting alfalfa productivity. By using alfalfa rhizobium strains isolated from Xinjiang as the materials which are of stress resistance and growth promotion, this proposed research will focus on: (1)screening high efficient rhizobium strains maximally compatible with major alfalfa varieties and strongest nodulation capacity in Xinjiang; (2) illustrating the distribution, spreading and colonizing dynamics of the inoculate rhizobium in the rhizosphere soil and within the root system, nodulation and nitrogen fixation rates under different inoculation approaches and moisture/ fertilization conditions with SDI, to confirm the nitrogen contribution of inoculated rhizobium as well as its impact on the quantity and quality of alfalfa; (3)figuring out the key factors which impact the ecological adaptability and nitrogen fixation rates of alfalfa-rhizobium endosymbiont, to propose the technical parameters for the rhizobium application for providing the scientific basis and technical support to establish high yield, quality and efficiency of alfalfa production system in arid region. This research can not only enrich the connotation of rhizobium ecology, reveal the interaction between soil-rhizobium-alfalfa, but also develop the key technology for application of rhizobium under SDI in the arid region, thus is scientifically valuable and practically significant.

地下滴灌是一项新兴的节水灌溉技术, 在干旱区苜蓿生产中具有重要的应用价值。利用优良根瘤菌接种是实现高效共生固氮，减少氮肥用量，促进苜蓿生产提质增效的关键举措。本项目以前期研究中分离获得的具抗逆促生性能的新疆苜蓿根瘤菌为材料，开展：⑴ 筛选与新疆主栽苜蓿品种匹配、固氮力高、竞争结瘤力强、环境适应性好的高效菌株；⑵ 研究地下滴灌不同接种措施和水肥条件下，根瘤菌在苜蓿根部土壤和植株内的分布、传导动态和定殖规律、结瘤性能和固氮效应，明确根瘤菌对苜蓿的氮素贡献及产量和品质的影响；⑶ 揭示影响根瘤菌生态适应性及固氮效率的关键因素，提出根瘤菌应用技术参数，为充分发挥根瘤菌固氮功能，构建干旱区苜蓿高产、优质、高效的生产体系提供科学基础和技术支持。研究不仅能丰富根瘤菌生态学的研究内涵，揭示土壤-根瘤菌-植物之间互作规律，还研发解决地下滴灌生产模式下根瘤菌应用的关键技术问题，具有重要的科学价值和实践意义。

地下滴灌是干旱区苜蓿生产中具有重要应用价值一项新兴节水灌溉技术。研究苜蓿地下滴灌生产中应用根瘤菌接种，对促进苜蓿生产的提质、节本和增效具有重要意义。本项目通过筛选出优良根瘤菌菌株，研究地下滴灌条件下根瘤菌接种在苜蓿根际定殖动态、结瘤性能和固氮效应，明确根瘤菌对苜蓿的氮素贡献及产量和品质的影响；揭示接种根瘤菌对地下滴灌苜蓿根际微环境的影响及与固氮性能的相关性。通过研究筛选获得了固氮活性高、竞争结瘤力强、环境适应性好的2个高效苜蓿根瘤菌株Sinorhizobium meliloti XGL026和Sinorhizobium sp. 180。利用构建的绿色荧光蛋白基因（GFP）标记菌株，原位示踪不同接种处理根瘤菌在地下滴灌苜蓿根际的定殖、结瘤动态和固氮性能。结果表明，第1茬苜蓿刈割后滴施（D）， 拌种结合第 1、2 茬苜蓿苗期滴施 1~2 次根瘤菌（B+D1,B+D2），拌种结合滴施根瘤菌并增施少量氮肥处理(B+D1+N1 ，B+D2+N2)的接种处理根瘤菌定殖水平持续稳定，增加结瘤数和占瘤率，显著高于拌种 B 处理。结果证明，接种处理对1年生苜蓿的固氮率和固氮量分别为 54.52%～76.80%和 43.00～183.39 kg·hm-2，较对照提高 3.35%～40.41%和 13.56～83.86 kg·hm-2；分别增加鲜干草产量9.50%～121.71%和31.81%～124.66%，显著提高粗蛋白含量和叶茎比，降低NDF和ADF，提升草品质，以B+D1+N1 和B+D2+N2 接种效果最优。研究证实，在2年生、4年生苜蓿上通过滴施补接1~2次根瘤菌能有效提高苜蓿的固氮效能；利用4000Gs磁化处理水滴灌能有效促进根瘤菌的生长和结瘤。研究发现，地下滴灌促进苜蓿新生侧根形成、增加根毛和活根量，有利于根瘤菌侵染；根瘤集中分布在滴头周围、0~30cm土层范围内；苜蓿侧根根长、总表面积与根瘤数、固氮率和固氮量呈极显著相关。研究成果为构建苜蓿根瘤菌应用技术体系，充分发挥根瘤菌的高效固氮功能，促进干旱区苜蓿产业发展提供了科学基础；同时丰富了根瘤菌生态学的内涵，具有重要的科学价值和实践意义。