根际氧化圈对硝化作用及水稻氮素营养的贡献

水稻由于长期淹水，根系形成通气组织，能够将氧气从地上部向根部运输，满足根系呼吸，同时向根际释放氧气，形成氧化圈，硝化作用在根际土壤迅速发生。因此水稻泌氧能力、根际氧化圈范围、根际硝化作用以及水稻氮素营养存在密切关系。南方红壤地区是我国水稻主产区之一，本项目拟通过根箱土培实验，采用土壤速冻切片、微电极原位测定、扫描电镜观测等技术，研究红壤水稻土种植条件下，不同产量水稻品种根系通气组织结构、根系泌氧量差异；根际土壤氧化圈范围、pH 和Eh时空变异；根际实际及潜在硝化作用动态变化差异。定量红壤水稻土氧化圈大小及范围，同时阐明其与根际硝化作用及水稻氮素营养的关系。为调控红壤稻田硝化适宜pH值、氧化还原条件，提高红壤区水稻产量及氮肥利用率提供理论依据。

水稻由于长期淹水，根系形成通气组织，能够将氧气从地上部向根部运输，满足根系呼吸，同时向根际释放氧气，形成“氧化圈”，硝化作用在根际土壤迅速发生。本项目以不同产量籼稻品种中旱22（ZH，高产品种）和禾盛10号（HS，低产品种）为材料，通过根箱土培实验，采用土壤速冻切片、微电极原位测定、扫描电镜观测等技术，研究红壤水稻土种植条件下，不同产量水稻品种根系通气组织结构、根系泌氧量差异；根际土壤氧化圈范围、pH和Eh时空变异；根际硝化作用动态变化差异。主要结果如下：. ZH根际和土体土壤中铵（NH4+）含量始终低于HS，而硝（NO3-）含量则始终高于HS。ZH和HS硝化强度最大发生部位均在距根表2 mm的根际土壤。随着距根表越远，硝化强度就越弱。ZH根际土壤硝化强度始终显著高于HS。ZH苗期生长、氮素吸收及氮素利用率（NUE）均显著优于HS；ZH单株不定根数量及根直径均显著高于HS。两个水稻品种在距根尖20 mm处均可见辐射状通气组织，ZH皮层薄壁细胞已经完全崩溃，而HS皮层薄壁细胞未发生完全离解。同时ZH外皮层厚壁细胞体积较小，排列紧密，细胞壁增厚程度大；而HS外皮层厚壁细胞体积相对较大，排列疏松，细胞壁增厚程度相对较小。表明高产品种通气组织发育比低产品种更加完善，表现为ZH根孔隙度（POR）显著高于HS，且高产品种对水稻根系径向泌氧（ROL）的屏蔽作用较低产品种更强，为根系提供更充足的氧气供应，促进根系生长。ZH单株、单位重量以及单根ROL均显著高于HS。相关性分析结果表明，水稻根际土壤硝化强度和整株水稻ROL、POR以及根系直径、数量和干重均呈极显著正相关关系。氧电极原位测定结果表明，ZH根系内部及表面氧气含量、ROL、淹水层及根际土壤氧气含量均显著高于HS。高产品种由于根系发达，通气组织发育好，相应ROL也较大，造成根际土壤氧气含量较高，促进根际土壤硝化作用，使得根际NO3--N含量较高，从而水稻根吸收NO3--N的量也高。由于水稻对NO3--N吸收量的差异最终可能导致水稻生长及NUE的差异。因此，红壤区水稻根系泌氧及根际硝化作用与水稻生长和氮素营养密切相关。