硒氮互作对燕麦植株硒氮积累及根际土壤肥力的影响

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硒是人体必需的微量元素,全球有5-10亿人硒缺乏,大约2/3的中国人缺硒,我国有72%的地区属于低硒区,51%的地区属于缺硒区,人均每日摄入量为26-32μg,低于常规推荐量(55-200μg)。目前,通过外源施硒进行植物富硒是目前较为常用且高效的一种富硒手段。裸燕麦是世界上重要的谷类作物,广泛分布于欧洲、南美洲和中国的高寒地区,燕麦越来越受到人们的关注,但是其硒含量较低,导致以其为主食人群普遍存在硒缺乏问题。已有研究表明硒肥能够有效实现燕麦籽粒富硒,且硒肥与氮肥配合施用被认为是提高硒肥施用的可行性,进而从根本上解决人群缺硒问题的重要措施。为深入探索硒氮互作机理,提高燕麦籽粒硒含量,强化燕麦营养元素,本试验于2021年在山西省左云县、大同市新荣区、太谷县(盆栽)开展。以施氮量为主区,设0(N0)、120(N1)和240(N2)kg/hm~2 3个施氮水平,以施硒量为副区,设0(Se0)、75(Se1)、150(Se2)和375(Se3)g/hm~24个施硒水平。研究硒氮互作对燕麦生育特性、产量、硒氮积累转运及土壤养分变化和土壤微生物群落结构的影响,为富硒燕麦高产优质栽培提供理论基础和技术支撑。主要结果如下:(1)与不施氮肥相比较,施用氮肥显著提高燕麦扬花期、成熟期株高以及茎粗,以N2处理下最好;硒肥和氮肥的施用,还能够提高燕麦穗数和穗粒数,提高穗数1.35%-17.49%(左云)、3.65%-20.73%(新荣区)、2%-10%(盆栽),提高穗粒数0.94%-5.23%(左云)、1.95%-5.77%(新荣区)、2.61%-11.5%(盆栽),千粒重无显著变化,氮肥的施用对花后燕麦根、茎、叶氮素积累量带来显著影响。施硒肥较不施硒肥显著提高了燕麦的籽粒产量、千粒重、以及燕麦茎、叶、穗各部位硒含量。硒氮互作下,在所有处理中,N2Se3和N2Se2产量及籽粒硒含量较高,二者无显著差异。(2)单施氮肥显著提高燕麦土壤有机质含量、土壤速效钾含量、土壤脲酶活性、土壤蔗糖酶活性、土壤碱性磷酸酶活性,极显著提高燕麦土壤全氮、速效氮、速效磷含量;单施硒肥显著提高燕麦土壤有机质含量、速效钾含量、脲酶活性、蔗糖酶活性、碱性磷酸酶活性;硒氮配施显著提高土壤有机质含量(新荣区成熟期)、土壤脲酶活性(左云、盆栽条件下成熟期的硒氮互作除外)、碱性磷酸酶活性(盆栽除外),极显著提高土壤全氮含量(左云硒氮互作除外)。土壤养分及酶活性随施氮量的增加而增加,在不施氮肥时,随土壤施硒量的增加而增加,当施氮量为120 kg/hm~2或240 kg/hm~2时,随施硒量的增加呈先增加后降低的趋势,在N2Se2处理下达到最大。(3)与不施肥相比,无论单施硒肥还是氮肥均能够改变土壤微生物群落结构,与N0Se0相比较,N1Se2和N2Se2处理降低了变形菌门相对丰度,N0Se1提高了其相对丰度;N2Se2提高了放线菌门相对丰度;N1Se2处理明显提高了酸杆菌门相对丰度;N0Se2和N1Se2提高了浮霉菌门相对丰度,N1Se2降低了其丰度;芽单胞菌门在N1Se1、N1Se2和N1Se1处理下有所提升;拟杆菌门在不同处理下均有所提升,提高幅度在7.29%-33.88%;在N0Se1、N0Se2和N1Se0处理下,绿湾菌门相对丰度有所降低,而在N1Se1、N1Se2、N2Se0、N2Se1和N2Se2处理下均有所提高,在N1Se2处理下最高;在属水平上,N2Se2明显提高了类诺卡氏菌属的相对丰度;N0Se2和N1Se2显著提升了链霉菌属的相对丰度;N2Se0和N2Se1提高了中慢生根瘤菌属相对丰度;N0Se1、N1Se1和N2Se2提高了微枝形杆菌属相对丰度。此外,PCA分析结果显示,第一主成分(PC1)的变化主要由土壤施硒引起,而第二主成分(PC2)的变化主要由施氮引起。PC1和PC2的贡献率分别为79.55%和4.59%(合计84.14%),并且,在硒肥氮肥配施或高氮高硒的条件下可以提高土壤氨基酸代谢、碳水化合物代谢、辅酶和维生素代谢、核苷酸代谢、能量代谢,单施硒肥和氮肥在低用量时对微生物能量代谢影响较小,N2Se2处理还提高了聚糖生物合成与代谢和脂类代谢,且在N2Se2处理下最好。总之,施用硒肥和氮肥对燕麦生长、产量以及土壤养分和土壤微生物带来了显著变化。在采用氮肥240 kg/hm~2和硒肥150 g/hm~2配合施用时,有利于促进燕麦生长发育,增加硒氮积累量,提高籽粒硒含量,以及土壤养分,影响土壤微生物群落结构,提高土壤有机质分解相关菌落结构,降低土壤致病真菌相对丰度。
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