【摘 要】
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农业生态系统中,磷肥和畜禽粪便的不合理施用导致土壤磷过剩,引发潜在的资源与环境问题。磷富集植物对磷(P)的吸收积累能力较强,可有效提取环境中过量的磷,施氮可增强磷富集植物磷吸收积累能力,提高植物磷修复效率,然而针对施氮促进磷富集植物磷吸收积累的相关机理研究还较缺乏。本文通过土培盆栽试验,以前期筛选获得的磷富集植物矿山生态型粗齿冷水花为研究对象,探讨其在适宜施氮条件下的磷富集能力和根际土壤特性,以期
【基金项目】
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国家自然科学基金(41671323); 四川省科技支撑计划(2013NZ0044);
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农业生态系统中,磷肥和畜禽粪便的不合理施用导致土壤磷过剩,引发潜在的资源与环境问题。磷富集植物对磷(P)的吸收积累能力较强,可有效提取环境中过量的磷,施氮可增强磷富集植物磷吸收积累能力,提高植物磷修复效率,然而针对施氮促进磷富集植物磷吸收积累的相关机理研究还较缺乏。本文通过土培盆栽试验,以前期筛选获得的磷富集植物矿山生态型粗齿冷水花为研究对象,探讨其在适宜施氮条件下的磷富集能力和根际土壤特性,以期明晰施氮促进植株磷富集的相关根际过程。主要研究结果如下:(1)适宜施氮处理下,两种生态型粗齿冷水花生物量和磷积累量在施磷800mg kg-1时最大;磷含量随施磷量增加而升高,在施磷1200 mg kg-1时最高。矿山生态型(ME)地上部生物量和磷积累量在施磷400和800 mg kg-1时显著高于非矿山生态型(NME),磷含量在两种生态型间无显著差异。ME植株地上部最大生物量和磷积累量分别为27.23 g plant-1和193.82 mg plant-1,是NME的1.18和1.24倍,其具有更强的磷富集潜力。随施磷量增加,两种生态型粗齿冷水花磷富集系数、磷提取率和植株有效数均降低,磷移除量在施磷800 mg kg-1时最高,磷迁移率无明显变化。与NME相比,ME在施磷400、800和1200 mg kg-1时具有更高的磷提取率和移除量,更低的植株有效数,其磷去除潜力更大。(2)与不施氮相比,适宜施氮处理下,两种生态型粗齿冷水花根际土壤H2O-P、Na HCO3-Pi含量增加,根际土壤Na HCO3-Po含量降低。ME根际土壤H2O-P和Na HCO3-Pi含量分别增加10.24%和20.47%,NME根际分别增加14.69%和16.71%。两种生态型粗齿冷水花根际土壤H2O-P和Na HCO3-Pi含量显著高于非根际土壤,根际土壤Na HCO3-Po和Na OH-Pi/Po含量显著低于非根际土壤,而HCl-Pi/Po和Residual-P含量在根际与非根际土壤之间无显著差异。适宜施氮处理下,ME根际土壤H2O-P和Na HCO3-Pi含量显著低于NME,分别为NME根际的90.1%和81.3%,土壤Na OH-Pi/Po、HCl-Pi/Po和Residual-P含量在生态型之间无显著差异。(3)与不施氮相比,适宜施氮处理增加了两种生态型粗齿冷水花根际土壤酸性磷酸酶、碱性磷酸酶和植酸酶活性,增加了两种生态型植株根际土壤微生物量碳、氮含量和土壤呼吸强度,表明施氮可提高植株根际土壤磷酸酶活性和微生物活性。两种生态型粗齿冷水花根际土壤磷酸酶活性、植酸酶活性和土壤呼吸强度均大于非根际土壤,具有明显的根际效应。适宜施氮处理下,ME植株根际土壤酸性磷酸酶活、碱性磷酸酶活和植酸酶活均显著高于NME,较NME分别增加7.50%,15.1%和8.93%,而土壤微生物量碳、氮含量和土壤呼吸强度在生态型之间无显著差异。两种生态型粗齿冷水花根际和非根际土壤微生物以细菌为优势类群,细菌占土壤微生物总量的91.8%~96.1%。适宜施氮增加了ME植株根际土壤细菌磷脂脂肪酸(PLFA),增幅为11.5%,降低了其根际土壤真菌PLFA,降幅为49.7%,施氮对NME根际土壤各类微生物PLFA含量无显著影响。两种生态型粗齿冷水花根际土壤微生物总PLFA含量和细菌PLFA含量显著高于非根际土壤,但在不同生态型之间无显著差异。(4)施氮与不施氮处理下,土壤磷组分和磷酸酶活性在两种生态型粗齿冷水花根际微域的变化趋势一致。适宜施氮处理下,土壤H2O-P和Na HCO3-Pi分别在距ME植株根际土壤4 mm和6 mm微域范围内高于非根际土壤,分别在距NME根际2 mm和8 mm微域范围内高于非根际土壤;土壤Na HCO3-Po、Na OH-Pi/Po在距两种生态型植株根际6 mm微域范围内低于非根际土壤;土壤HCl-Pi/Po和Residual-P在根际微域和非根际土壤之间无显著变化。表明粗齿冷水花对土壤H2O-P、Na HCO3-Pi/Po和Na OH-Pi/Po的吸收利用范围主要在距植株根际土壤6 mm范围内。此外,土壤酸性磷酸酶和碱性磷酸酶活性在距两种生态型植株根际4 mm范围内显著高于非根际土壤,植酸酶活性在距植株根际8 mm范围内更高。与NME相比,ME根际微域更高的土壤磷酸酶活性,有利于ME根际土壤有机磷的矿化水解。(5)适宜施氮处理下,ME植株根际微域8 mm范围内土壤细菌群落多样性无明显差异,NME根际土壤细菌群落多样性低于距根际0-8 mm微域土壤。土壤细菌群落组成上,变形菌门、放线菌门和酸杆菌门是两种生态型植株根际微域土壤中相对丰度较高的三类优势菌门。
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