豆-禾混播草地中紫花苜蓿比例对其固氮效率的影响及潜在生理机制

摘要：

[目的]通过研究豆草比例对紫花苜蓿-羊草混播草地豆科植物生物固氮的影响及其生理生态机制,深化对混播群落结构和生物固氮功能关系的理解,辅助豆-禾混播草地的科学建植和管理,提高混播草地生物固氮和土壤肥力,提升草地资源生产和生态保障能力.[方法] 2017年5月,利用紫花苜蓿和羊草为试验材料,采取随机区组设计,于中国科学院长岭草地农牧生态研究站内建植不同豆草比例(紫花苜蓿占比为25％、50％、75％、100％)的紫花苜蓿-羊草混播草地,4次重复.建植一年后,通过样方取样法调查混播草地群落结构变化,测定紫花苜蓿叶片、枝条和根系生长发育、光合和水分等生理代谢特征,在测定根系结瘤特征基础上,采取”N同位素自然丰度法评估紫花苜蓿固氮效率,结合土壤水分动态监测,分析豆草比例对紫花苜蓿生物固氮的影响及其生理生态机制.[结果](1)混播草地建植一年后,对应25％、50％、75％和100％设计的豆草混播比例,混播草地实际紫花苜蓿占比分别为11％、27％、53％和100％.(2)对比25％、75％和100％的初始豆草种植比例,50％的初始豆草比例下,生长季平均土壤水分含量分别增加了21.4％、36.4％和51.7％. (3)50％豆草种植比例下,紫花苜蓿植株有更大的枝条和根系生物量、叶片数量、叶片面积、叶片厚度和叶片生物量,上述指标最小值出现在100％的豆草播种比例.(4)50％豆草种植比例下,紫花苜蓿具有最大的光合速率,枝条和根系中淀粉含量最高,但枝条和根系中可溶性糖含量最低.(5)5 0％的初始豆草混播比例下,紫花苜蓿根瘤发育更完善,其生物固氮率较25％、75％和100％的豆草混播比例分别提高了13.5％、44.6％和79.2％.回归分析表明,随豆草比例变化,紫花苜蓿生物固氮效率与土壤含水量呈正相关.[结论]紫花苜蓿-羊草混播草地中,紫花苜蓿生物固氮能力与豆草比例间存在非直线型变化关系.当初始豆草种植比例为50％时,紫花苜蓿生物固氮率最大.豆草比例驱动土壤水分变化,进而通过调控叶片发育和光合等途径改变了紫花苜蓿植株和根瘤发育,是其影响生物固氮的潜在机制.

关键词：紫花苜蓿、羊草、混播草地、生物固氮、土壤含水量、光合作用

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资助基金：国家重点研发计划;国家自然科学基金青年基金项目

在线出版日期：2020-10-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：2647-2656