蚯蚓菌根互作对玉米根系吸收氮磷的互补效应及作用机理

蚯蚓和菌根在促进植物生长等方面发挥着积极作用，但蚯蚓菌根互作促进宿主植物生长的规律及机制尚无定论。本研究采用田间试验和室内研究相结合的方法，研究不同的蚯蚓-菌根互作方式与处理对玉米吸收氮磷的影响及机制。主要研究内容包括：研究不同生态型蚯蚓互作对植物吸氮量、植物吸磷量、土壤无机氮、土壤有效磷、土壤酶活的影响，以及这些影响对玉米生物量的反馈作用；研究不同农田投入模式下蚯蚓对玉米根际区AM真菌有效种群的影响及蚯蚓菌根互作对玉米根系吸收氮磷的影响；应用自行设计的三室实验装置和PLFA方法，准确研究添加秸秆等碳素对蚯蚓分解有机质及菌根传递养分的影响，揭示蚯蚓-菌根吸收氮素的可控性。本研究在蚯蚓分解土壤有机质及菌根传递养分的作用的基础上，揭示蚯蚓菌根互作对玉米根系吸收氮磷的互补效应及其对土壤微生物过程的调控作用。进而为全面揭示蚯蚓菌根的互作机制打下基础。研究结果对于挖掘和调控土壤生物肥力具有重要意义。

本研究采用田间试验和室内试验相结合的方法，研究了蚯蚓与菌根真菌之间的相互作用及其对玉米吸收土壤中的氮、磷、钾等养分的影响，并应用15N同位素示踪和磷脂脂肪酸方法阐明了蚯蚓菌根互作提高玉米吸收小麦秸秆中氮素的机理。研究结果为提升土壤生物肥力及促进农业的可持续发展提供了重要理论依据。主要结果如下：.(1)在高磷 (175 mg kg-1) 条件下，蚯蚓显著提高玉米地上地下部生物量 (p<0.05)，而菌根的处理效应不显著，蚯蚓菌根互作通过调控土壤微生物量碳、氮实现对玉米生长和养分吸收的调控。在低磷 (25 mg kg-1) 条件下，单接菌根显著促进了玉米的生物量 (p<0.05)，蚯蚓处理具有促进玉米生物量的趋势。蚯蚓菌根互作促进了玉米根系对氮磷养分的吸收，最终提高玉米的生物量。.(2)添加蚯蚓或菌根都能显著提高土壤磷酸酶活性 (p<0.05)。蚯蚓通过调控土壤脲酶、酸性磷酸酶和纤维素酶增加了土壤中氮磷钾的有效性，从而增加玉米地上地下部生物量。丛枝菌根真菌通过调控土壤酸性磷酸酶和提高玉米吸磷量，从而增加其地上地下部生物量。.(3)菌丝可以将蚯蚓矿化出的秸秆氮转运到玉米地上、地下部。菌丝室添加蚯蚓后，小麦秸秆15N的矿化与对照相比增加了47.7%，由于空气隔层的阻隔这部分氮素不能被玉米吸收利用。菌根菌丝分别增加了玉米地上地下部117.9% 和87.4% 的15N含量。AM+E处理与AM处理相比，玉米地上地下部15N含量分别增加22.0% 和36.2%。.(4)在田间条件下，添加蚯蚓和接种菌根能显著提高玉米产量 (p<0.05)。蚯蚓菌根互作主要是通过调控土壤酶和微生物碳、氮，在提高土壤养分有效性的同时，增加玉米产量。T-RFLP检测结果表明，第一年接种的外源菌根能增加土壤中菌根的Shannon-Wiener指数，但添加蚯蚓对菌根真菌的群落结构没有显著影响。.(5)不论添加难溶性无机磷还是有机磷，蚯蚓菌根互作均能改变土壤微生物群落结构、影响微生物量磷，从而增加玉米根部和地上部吸磷量。黄杆菌科(Flavobacteriaceae)和黄单胞菌目(Xanthomonadales)是优势细菌群落。蚯蚓菌根互作时黄杆菌科(Flavobacteriaceae)细菌的丰富度达到最大。黄杆菌科(Flavobacteriaceae) 细菌与土壤碱性磷酸酶活性和玉米地上部吸磷量显著相关。