水分調(diào)控對水稻根際土壤反硝化作用驅(qū)動機制研究.pdf

1、反硝化產(chǎn)物氧化亞氮(N2O)所導(dǎo)致的氣候變暖已成為全球廣泛關(guān)注的研究熱點。水稻是我國最重要的糧食作物之一，種植區(qū)域廣泛，栽培面積巨大。水稻不僅為人民提供著食物，而且水稻生態(tài)系統(tǒng)在濕地生態(tài)系統(tǒng)中占有重要地位，成為濕地碳氮源匯轉(zhuǎn)換的重要場所之一。前期大量研究發(fā)現(xiàn):反硝化作用在水稻田生態(tài)系統(tǒng)中氮素生物地球化學(xué)循環(huán)方面發(fā)揮著舉足輕重的作用。此外，由于反硝化作用是導(dǎo)致氮素氣態(tài)損失的重要機制之一，其中間產(chǎn)物氧化亞氮(N2O)則是引起全球氣候變暖的重

2、要元素之一，水稻田反硝化作用過程中N2O的產(chǎn)出所帶來的全球溫室效應(yīng)則成為當(dāng)前被廣泛關(guān)注的熱點。因此，對水稻田反硝化作用過程的研究具有非常重要的意義。
　　基于此，論文以水稻農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，采用室內(nèi)盆栽試驗，研究干濕交替(J)、淺水層連續(xù)灌溉(C)以及控水(G)三種水分管理模式引起的農(nóng)田土壤水分變化對水稻不同生長階段根際反硝化作用的影響，闡明水稻不同生長發(fā)育階段根際反硝化過程及其產(chǎn)物N2O產(chǎn)出的關(guān)鍵驅(qū)動因子及酶學(xué)機制，探討水

3、稻根際在土壤反硝化中的關(guān)鍵作用，從酶學(xué)角度闡明水稻根際土壤反硝化作用過程，為水稻濕地氮素生物地球化學(xué)循環(huán)研究及溫室氣體N2O排放的控制提供理論依據(jù)和技術(shù)手段。論文的主要研究結(jié)果如下所示:
　　(1)三種水分管理模式對水稻植株生長發(fā)育及根際土壤理化參數(shù)有影響，具體表現(xiàn)在:①水稻根系干重、地上部干重、植株鮮重、根系長度、地上部長度都隨著水稻的生長而呈現(xiàn)遞增的趨勢，其值都在干濕交替模式下表現(xiàn)最高，而控水模式下表現(xiàn)最低，但三種水分管理模式

4、中，水稻植株形態(tài)的差異均未達到顯著水平。②三種水分管理模式下，水稻生長發(fā)育過程中根際土壤全氮在干濕交替模式下最高，硝酸鹽氮在淺水層連續(xù)灌溉模式下最高，控水模式下全氮、硝酸鹽氮最低。隨著植物的生長，三種水分管理模式下的土壤全氮均呈現(xiàn)上升趨勢，成熟期全氮含量達到最高。而硝酸鹽氮表現(xiàn)為隨植物的生長呈顯著下降的趨勢。且實驗組值均要小于對照組。水稻根際土壤銨態(tài)氮含量的變化波動較大。實驗組值遠遠低于對照組。對照組土壤銨態(tài)氮含量呈現(xiàn)遞增的趨勢。統(tǒng)計分

5、析表明，水分因子對根際土壤各種氮的影響在水稻生長的不同階段表現(xiàn)不一樣。與對照組進行比較，水稻根際在土壤中起到突出的作用。
　　(2)水分變化下水稻生長發(fā)育過程中根際土壤反硝化酶活性的變化特征為:①水稻根際土壤NaR活性在淺水層連續(xù)灌溉模式最高，控水模式下最低。隨著植物的生長，三種水分管理模式下的土壤NaR活性均呈現(xiàn)下降趨勢。②水稻根際土壤NiR活性亦隨水分不同而顯著變化，表現(xiàn)為連續(xù)灌溉＞干濕交替＞控水模式，但三種模式下NiR活性平

6、均值均高于NaR活性。與NaR相似，水稻系統(tǒng)內(nèi)NiR活性同樣表現(xiàn)為隨植物的生長呈顯著下降的趨勢。③土壤HyR活性在淺水層連續(xù)灌溉模式最高，而在干濕交替模式和控水模式下，土壤HyR活性差別不大，實驗組與對照組無明顯差異。此外，在水稻整個生命時期內(nèi)HyR活性波動變化較大，但整體上隨植物的生長過程無顯著增加或者降低的趨勢。④土壤脲酶活性在淺水層連續(xù)灌溉模式最高，控水模式下最低。隨著植物的生長，三種水分管理模式下的土壤脲酶活性均呈現(xiàn)下降趨勢，成

7、熟期脲酶活性達到最低。
　　(3)三種水分管理模式下，水稻根際土壤反硝化強度、土壤反硝化勢以及土壤反硝化速率均有相似的規(guī)律性，均表現(xiàn)為連續(xù)灌溉＞干濕交替＞控水模式，且實驗組＞對照組，并隨著水稻的生長而呈遞減趨勢。淺水層連續(xù)灌溉模式下土壤反硝化強度平均值為2.187 NO3--N mg·kg-1·d-1，反硝化勢平均值為28.42 N2Omol·m-2·d-1，反硝化速率平均值為118.54 N2O mmol·m-2·d-1。相關(guān)分