【摘 要】
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氮素是作物最主要的营养元素,其在土壤中的转化过程受到植株氮素吸收和土壤理化性状的深刻影响。干湿交替灌溉是水稻的重要节水措施之一,会对水稻生长和土壤环境产生显著影响。干湿交替灌溉会同时影响水稻氮吸收和土壤氮转化,但目前将两者结合起来的研究较少。本研究通过根箱培养试验探究干湿交替灌溉对水稻植株氮素吸收和土壤氮素转化之间关系。试验包括两种水分管理:干湿交替灌溉（Alternative flooding,
【基金项目】
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国家重点研发计划子课题“稻麦培肥和耕作技术筛选及其效应”（2016YFD0300908-02）
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氮素是作物最主要的营养元素,其在土壤中的转化过程受到植株氮素吸收和土壤理化性状的深刻影响。干湿交替灌溉是水稻的重要节水措施之一,会对水稻生长和土壤环境产生显著影响。干湿交替灌溉会同时影响水稻氮吸收和土壤氮转化,但目前将两者结合起来的研究较少。本研究通过根箱培养试验探究干湿交替灌溉对水稻植株氮素吸收和土壤氮素转化之间关系。试验包括两种水分管理:干湿交替灌溉（Alternative flooding,AF）和传统水分灌溉（Conventional flooding,CF）。分别分析两个处理下:1)水稻植株氮素积累、产量、叶片光合以及根系变化特征;2)表（0～10 cm）、中（10～20 cm）和底层（20～30 cm）根际与非根际土壤的硝化潜势（Nitrification potential,NP）、反硝化能力（Denitrification capacity,DC）、硝化菌（Ammonia-oxidizing archaea,AOA 和 Ammonia-oxidizing bacteria,AOB）丰度、反硝化菌（nirK和nirS型）丰度、反硝化菌群落结构的差异。并试图关联土壤氮素转化和植株吸收的关系。主要结果与结论如下:（1）水分管理会显著影响水稻植株的生长。相比CF处理,AF处理下水稻的产量和氮素积累、根系指标、光合指标、有效穗和千粒重等发生显著下降。AF处理通过降低了水稻的根系吸收能力、有效穗和净光合速率等而降低了水稻的产量和氮素积累。（2）根际土壤的NP均低于非根际土壤,水稻的根系对根际土壤的NP有明显抑制现象。水稻根系对NH4+的大量吸收是根系抑制根际NP的主要原因。相关分析结果表明水稻的氮素积累与不同土层根际土壤的NP均呈显著负相关。AF处理通过降低了植株的氮素积累和根系对NH4+的吸收作用而降低了根系对根际土壤的NP的抑制作用。（3）表、中层根际土壤的AOA的丰度显著高于非根际,AOA的丰度对根系的敏感度高于AOB。水稻的根系可以显著刺激AOA的生长,但根际的AOA丰度与NP之间相关性不高。非根际土壤中AOB与NP极显著相关（0.482,P<0.01）,AOB是非根际土壤的NP主要驱动者。AF处理通过影响了非根际土壤的AOB丰度而影响非根际土壤的NP。（4）CF处理下,根际土壤的DC在拔节期低于非根际,而在开花期高于非根际。水稻的根系在拔节期会抑制根际土壤的DC,而在开花期促进根际土壤的DC。AF处理的根际土壤的DC在拔节期高于CF处理,而在开花期低于CF处理。因此,AF处理减缓了水稻根系对根际土壤DC的抑制或促进作用,这一方面与AF处理影响了水稻植株的氮素吸收和根系生长有关,另一方面与反硝化菌的丰度与群落结构差异有关。（5）nirS-反硝化菌丰度比nirK-反硝化菌对根系更敏感,其生长会受到根系的刺激。nirK-反硝化菌的丰度比nirS-反硝化菌对水分管理更敏感,其生长会受到AF处理的限制。RDA结果显示nirK-反硝化菌的群落结构在根际与非根际土壤中存在明显的差别。PERMANOVA结果显示水分管理可以显著解释表、底层土壤的nirS-反硝化菌群落结构变化（14.37%,3.86%）。nirK-、nirS-反硝化菌在根际与非根际土壤之间的丰度和结构差异可能是造成DC对水分管理响应差异的主要原因之一。综上,与CF相比,AF处理会降低水稻的氮素吸收量。AF除了通过影响植株形态、光合等特征和植株氮吸收外,还会减弱拔节期水稻根系对根际土壤NP和DC的抑制作用,增加氮素损失。因此在AF处理下,我们不仅要关注其对水稻植株存在的水分胁迫情况外,还需要重点关注对根际硝化和反硝化的调控,减少土壤氮素损失。
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