增施AMF对甜玉米氮肥增效及根际土壤AMF群落多样性的影响

来源 :甘肃农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:caocao0121
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丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)作为一种分布最为广泛的古老真菌,自然条件下能够与约90%以上的陆生植物根系形成菌根共生关系。这种共生体形成,一方面能够促进作物对氮、磷、钾等营养元素的吸收,减少化肥施用量;另一方面,AMF的施用可影响植物根际土壤微生物多样性和群落结构,调节农田生态系统养分循环。广东省是我国甜玉米的主产区,也是世界上最大的优势产区之一。当前广东省甜玉米复种指数高、氮肥施用集中且施用量大、利用效率低、环境污染严重等问题突出。广东省甜玉米氮肥减施增效技术的创新应用对我国鲜食玉米减肥具有典型性和引领性。在大田上通过增施AMF来促进甜玉米氮肥减施增效的研究鲜有报道,严重制约了AMF菌根共生体在甜玉米生产中对氮肥减施增效潜力的挖掘。本文以甜玉米为研究对象,采用大田区组试验,设计4个施氮水平:(1)N0,不施氮;(2)N330,施氮量为330 kg/hm~2;(3)N297,施氮量为297 kg/hm~2;(4)N264,施氮量为264 kg/hm~2。同一施氮水平下设增施AMF(AMF+)315 kg/hm~2和不增施(AMF-)2个裂区,共8个处理3次重复。利用土壤常规理化指标分析方法和Illumina Hiseq 2500高通量测序平台,研究增施AMF对甜玉米氮肥减量增效及土壤AMF群落多样性的影响,探索甜玉米根际土壤AMF群落结构的变化与氮利用率之间的关系,以期为甜玉米氮肥减量增效以及AMF在大田作物上的应用提供参考。主要研究结果如下:(1)甜玉米的菌根侵染率与孢子密度变化规律一致,均随着施氮量的增加呈现先增加后降低的趋势。在N297施氮水平时,侵染率和孢子密度达到最高值,在N330施氮水平时,侵染率和孢子量均有所下降。增施AMF的菌根侵染率和孢子密度均大于不施菌的处理;整个甜玉米生育期,侵染率和孢子密度随着生育期的推进呈现出先增加后降低,吐丝期菌根侵染率和孢子密度均达到高峰;增施AMF提高了甜玉米吐丝期根内氮代谢相关酶活性。(2)在同一施氮水平上,增施AMF其铵态氮、碱解氮含量均高于不施菌处理;土壤pH值、硝态氮在整个生育期内的变化趋势与铵态氮、碱解氮含量呈现出相反的变化趋势,在同一施氮水平上,增施AMF使土壤pH值、硝态氮含量均有所降低;增施AMF不同施氮水平的氮肥农学效率、氮肥偏生产力和氮素生理利用率均有所增加。且在N264施氮水平时,氮肥农学效率、氮肥偏生产力和氮肥吸收利用率增加幅度最大,分别增加6.84%、6.85%和11.49%,增施AMF能促进植物对氮素的吸收和利用。(3)甜玉米增施AMF后,在抽雄期到吐丝期,干物质积累量、地上部分氮素积累量增长明显。甜玉米增施AMF显著提高了穗长、穗粗、穗行数和行粒数。在4个施氮水平上,甜玉米鲜苞产量均有所增加;在N0、N264和N297施氮水平下,裂区间甜玉米的鲜苞产量差异显著(P<0.05),相比不增施AMF的处理,甜玉米鲜苞产量分别增加了32.6%、16.7%和8.0%;在一定的施氮范围内增施AMF,改善甜玉米的品质。(4)通过Illumina Hiseq 2500测序平台共获得1558461条高质量序列,以97%的一致性将序列聚类成为15771个AMF的OTUs,全部为球囊菌纲,实际观测到的OTUs数量为N330AM>N264>N297>N297AM>N264AM>N0>N330>N0AM。对AMF群落结构组成分析得出,球囊霉属(Glomus)、近明球囊霉属(Claroideoglomus)和类球囊霉属(Paraglomus)占各处理土壤AMF总丰度的38.51%以上,在N0AM处理中所占比例最大,达到了74.22%;球囊霉属是8个处理的优势菌属,占各处理相对丰度≥1%物种的21.82%以上。N330AM处理的Chao1和Richness显著高于其他处理(P<0.05),表明N330AM处理的AMF菌群的丰富度最高;N0AM处理的Dominance指数最大、Shannon指数和Simpson指数最小,N0AM处理的AMF群落多样性最低。增施AMF和不增施裂区各解释了96.79%和95.7%的AMF群落与环境变量之间的关系。Monte Carlo检验显示,与不增施AMF的处理相比,硝态氮和铵态氮对AMF群落结构的解释量分别增加了15.8%和40.5%。(5)增施AMF显著增加了N0、N264、N297三个氮水平的孢子密度和侵染率,提高了甜玉米根系氮代谢酶GS、GOGAT的活性、地上部分的氮素累积、氮素利用率(NAE、PFP、NRE)和甜玉米鲜苞产量。其中,侵染率与GS、GOGAT显著正相关(P<0.05),相关系数分别为0.693、0.710;孢子密度与NR、NiR、GS、GOGAT极显著正相关(P<0.01),相关系数分别为0.852、0.854、0.977、0.986;与不施菌相比,对甜玉米的鲜苞产量、Vc含量、可溶性糖含量、蛋白质含量均有所增加,硝酸盐含量有所减少;增施AMF改善了AMF群落结构,显著增加了孢子密度、侵染率与AMF多样性指数的相关性和AMF多样性指数与氮利用率的相关关系。通过对N297AM和N330处理的各项指标对比分析,N297AM处理的鲜苞产量、品质、地上部分氮含量、氮素生理利用率、Shannon指数、Simpson指数和N330处理并没有显著的差异,表明,N297施氮水平(297kg/hm~2)增施AMF(315 kg/hm~2)可实现氮肥减量增效的同时,达到稳产提质的效果,可作为推荐施肥方式进行推广应用。
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