CO2倍增和施氮对水稻不同生长期土壤反硝化细菌丰度的影响

摘要

随着全球气候变化的不断加剧,大气CO2 浓度呈明显增加趋势,这将间接影响土壤-植物-微生物系统的氮循环过程. 为研究典型水稻土壤反硝化细菌对CO2 浓度升高的响应规律和机制,借助水稻密闭培养箱,运用实时荧光定量聚合酶链式反应(Real-Time qPCR)分子技术,设置不施氮(0 mg∕kg)和常规施氮(100 mg∕kg)2个处理,研究CO2 倍增对水稻不同生长期土壤关键反硝化功能细菌(narG、nirK和nirS型)丰度的影响. 结果表明:①在2种施氮水平,CO2 倍增显著促进了水稻分蘖期、孕穗期、扬花期和成熟期水稻根系生长(增幅为2. 96%～28. 4%)、地上部生物量增加(增幅为7. 1%～107. 3%)以及成熟期籽粒干质量的增加(增幅为19. 5%和38. 0%),具有显著的增产效应. ②反硝化细菌丰度对CO2 倍增的响应与生育期及施氮水平有关,CO2 倍增在2个施氮水平均抑制分蘖期反硝化细菌的繁殖,显著增加孕穗期反硝化细菌数量;在水稻扬花期,CO2 倍增促进了施氮处理narG和nirS型反硝化细菌数量的增加,在成熟期抑制未施氮处理下narG、nirK和nirS型反硝化细菌的生长. 另外,narG、nirK、nirS型反硝化细菌丰度整体表现为narG＞nirS＞nirK,且随水稻的生长,其在成熟期的丰度均呈降低趋势. nirK和nirS基因同属亚硝酸还原酶,但nirS基因丰度高于nirK,且对CO2 倍增和施氮的响应有所差异. 研究显示,CO2 倍增可显著增加水稻生长和产量,不同施氮水平对稻田土壤反硝化细菌丰度的影响存在差异.