Fe2+對(duì)水稻生長及土壤微生物活性的影響

陳 娜， 廖 敏*， 張 楠， 徐培智， 解開治， 徐昌旭， 劉光榮

(1 浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，杭州 310058; 2 浙江省亞熱帶土壤與植物營養(yǎng)重點(diǎn)研究實(shí)驗(yàn)室，杭州 310058; 3 廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，廣州 510640; 4 江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與資源環(huán)境研究所，南昌 330200)

冷浸田是長期浸水的強(qiáng)潛育性低產(chǎn)水稻田，又稱冷浸性水稻土，土壤中以Fe2+為主的還原性物質(zhì)大量積累并對(duì)水稻生長產(chǎn)生毒害作用。冷浸田主要分布在我國南方各省山地、 丘陵和沖積平原的低洼地，全國約有346萬公頃，占全國稻田面積的15.07%，占低產(chǎn)稻田面積的44.2%，是我國低產(chǎn)水稻土的一個(gè)主要類型[4]。目前，關(guān)于鉛、 鎘等重金屬對(duì)水稻的毒害效應(yīng)及臨界值已有不少的研究[5，6]，但對(duì)我國有關(guān)冷浸田還原態(tài)鐵致毒劑量臨界值及其機(jī)理的研究卻鮮有報(bào)道，且相關(guān)研究主要集中在以營養(yǎng)液培養(yǎng)試驗(yàn)來探討過量Fe2+對(duì)水稻的毒害效應(yīng)及其機(jī)理[7]。其缺點(diǎn)是水培試驗(yàn)條件與大田相差懸殊，無法模擬土壤中的復(fù)雜環(huán)境狀況，從而難以將研究者的試驗(yàn)結(jié)果廣泛應(yīng)用于實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，嚴(yán)重影響了冷侵田土壤毒害和養(yǎng)分供應(yīng)障礙的調(diào)控，制約了冷侵田土壤生產(chǎn)力提升。

鑒此，本研究以廣泛應(yīng)用的雜交組合杭43為材料，以土培試驗(yàn)?zāi)M冷浸田土壤環(huán)境，研究了不同外源Fe2+質(zhì)量濃度處理下微生物生物量活性及其生態(tài)特征、 水稻的生理生長及抗氧化酶系統(tǒng)活性等土壤-水稻生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化[8]，探討水稻鐵毒脅迫的生態(tài)毒理性，以期為冷浸田土壤鐵毒劑量臨界值及其機(jī)理等的研究提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 土壤采集與水稻栽培

供試土壤為采自浙江大學(xué)紫金港試驗(yàn)場的水稻土。取表層0—20 cm土層的土樣， 土樣自然風(fēng)干后過3.2 mm篩備用, 供試土壤的基本理化性質(zhì)見表1。分別稱取相當(dāng)于4.0 kg烘干土質(zhì)量的風(fēng)干土樣置于80 cm2×20 cm(底面積×高)塑料盆缽中，外源添加硫酸亞鐵。設(shè)計(jì)亞鐵處理水平為0、 100、 200、 400、 800和1600 mg/kg土壤 (純亞鐵計(jì)), 重復(fù)3次。同時(shí)分別拌入0.4 g/kg尿素、 0.4 g/kg磷酸氫二鉀做基肥，混勻，淹水培養(yǎng)5 d后移栽具有25 d苗齡的水稻秧苗，每盆定苗4株。試驗(yàn)過程中模擬冷浸田土壤低溫浸水的還原態(tài)環(huán)境，在盆口覆保鮮膜以減少外界空氣對(duì)內(nèi)部土壤還原環(huán)境的氧化，盆底安裝循環(huán)去熱通水水槽以降低盆內(nèi)土壤溫度，整個(gè)生育期保證每天定時(shí)澆水補(bǔ)充盆內(nèi)水分損失并始終保持2 cm水層以隔絕外部空氣，常規(guī)管理。為避免自然水體中養(yǎng)分離子對(duì)后期試驗(yàn)的影響，本試驗(yàn)特選定符合GB17324—2003《瓶(桶)裝飲用純凈水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的純凈水為唯一供試用水，供試水稻品種為常規(guī)晚粳稻杭43，試驗(yàn)在浙江大學(xué)紫金港校區(qū)網(wǎng)室進(jìn)行。

1.2 樣品采集

土壤樣品于淹水預(yù)培養(yǎng)5 d后，在移栽水稻秧苗的15 d(苗期)、 30 d(分蘗期)采集。用特制的注射取樣器(將醫(yī)用50 mL注射器前端針孔與針管連接處平切成帶活塞芯桿的圓柱管狀采樣器，利用芯桿拔出產(chǎn)生的氣壓采集土壤)，多次、 多點(diǎn)抽取0—10 cm的表層土壤樣品，集中于封口袋中，用玻璃棒拌均，制成混合土樣，測定新鮮土壤微生物數(shù)量、 微生物量碳及亞鐵含量。

在水稻分蘗期階段測定水稻株高及成活率，使用便攜式葉綠素儀測定水稻倒三葉葉片SPAD值，采集水稻倒三葉放入墊有紗布的托盤中，冰浴冷凍處理，帶回室內(nèi)分析過氧化物酶(POD)、 超氧化物歧化酶(SOD)、 過氧化氫酶(CAT)活性及脯氨酸(proline)含量。

1.3 測定方法

土樣的基本理化性質(zhì)采用常規(guī)分析方法。土壤亞鐵用0.1 mol/L硫酸鋁浸提，分光光度法測定; 土壤微生物量碳用氯仿熏蒸—0.5 mol/L K2SO4提取，TOC-500自動(dòng)分析儀測定[9]; 同類型的微生物數(shù)量采用稀釋平板計(jì)數(shù)法測定; 葉綠素含量(SPAD值)—葉綠素儀非破壞性快速測定[10]; 脯氨酸含量—磺基水楊酸提取，茚三酮比色法測定[11]; 過氧化物酶(POD)活性—愈創(chuàng)木酚法測定[12]; 超氧化物歧化酶(SOD)活性—采用南京建成生物公司SOD試盒進(jìn)行，SOD抑制率達(dá)50%為一個(gè)亞硝酸鹽單位，以u(píng)/g表示; 過氧化氫酶(CAT)活性—氧電極法[13]。土壤微生物活性和水稻生理指標(biāo)皆用鮮樣測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同水平外源亞鐵處理對(duì)分蘗期水稻生理指標(biāo)的影響

據(jù)報(bào)道，水稻種子從發(fā)芽期開始，經(jīng)歷幼苗期、 分蘗期、 拔節(jié)期這4個(gè)時(shí)期構(gòu)成了水稻的第一個(gè)生長發(fā)育階段—營養(yǎng)生長階段。其中，水稻分蘗期是營養(yǎng)生長的關(guān)鍵時(shí)期，水稻-土壤-亞鐵-微生物之間相互作用、 相互影響的關(guān)系已趨于穩(wěn)定。而拔節(jié)期正處于營養(yǎng)生長和生殖生長的交替時(shí)期，是水稻生長的敏感時(shí)期。水稻在這一生長階段受到高濃度Fe2+的毒害，抑制其細(xì)胞分裂和伸長[15]，變得矮小細(xì)弱，表現(xiàn)出的鐵毒脅迫癥狀尤為明顯。與植株存活率等變化一致，植株株高、 地上部干重及根系干重隨外源Fe2+濃度的增加而顯著降低。土壤環(huán)境容量協(xié)作組1991年規(guī)定， 當(dāng)作物產(chǎn)量減產(chǎn)10%或20%時(shí)為重金屬毒害土壤的臨界濃度[16]。由表2分析可知，以水稻農(nóng)藝性狀抑制率(y)與土壤中總Fe2+含量(x)的曲線擬合相關(guān)方程式y(tǒng)株高=-20.819+0.116x+4.17*10-8x3(r2=0.982)， y干物質(zhì)=-222.927+42.863lnx(r2=0.993)， 分別求出株高抑制10%和20%的Fe2+臨界濃度為259.41和338.01 mg/kg(土); 干物質(zhì)積累減產(chǎn)10%和20%時(shí)的臨界濃度分別為269.76 mg/kg和340.64 mg/kg。供試土壤的本底亞鐵含量為207.77 mg/kg(土)，當(dāng)加入的外源性Fe2+濃度為100 mg/kg處理水平時(shí)，土壤總亞鐵含量符合相應(yīng)臨界濃度范圍，據(jù)此可推定供試水稻土土壤亞鐵毒害的臨界濃度約為300 mg/kg(土)。變異系數(shù)反映了水稻表觀生理指標(biāo)各參數(shù)對(duì)外源性鐵毒脅迫的敏感程度，由以上分析可知，水稻植株存活率與干物質(zhì)積累量是鐵毒脅迫后更為敏感的生理指標(biāo)。

表2 不同水平外源亞鐵處理對(duì)分蘗期水稻農(nóng)藝性狀的影響

2.1.2 外源Fe2+對(duì)水稻葉綠素含量、 抗氧化酶系統(tǒng)活性和脯氨酸含量的影響 分蘗期處于水稻營養(yǎng)生長的旺盛時(shí)期，土壤—植株生態(tài)系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，不同濃度外源Fe2+處理對(duì)水稻的生理指標(biāo)影響變化明顯(表3)。植株SPAD值與其葉綠素含量呈顯著正相關(guān)[10]，外源性Fe2+處于100 mg/kg以下較低濃度范圍時(shí)，水稻葉片SPAD值隨Fe2+濃度提高顯著增加，表觀葉色也隨Fe2+濃度的增加而加深，可能因?yàn)殍F是形成葉綠素必需的營養(yǎng)元素，少量鐵有利于葉綠素形成。當(dāng)外源性Fe2+濃度為400 mg/kg以上時(shí)，抗氧化酶系統(tǒng)活性降低致使大量氧自由基擴(kuò)散進(jìn)入葉綠體并氧化葉綠素[20]，使葉片SPAD值逐漸下降。隨著外源Fe2+濃度的增加，土壤逆境環(huán)境增強(qiáng)，多種自由基生成造成氧化脅迫，POD作為植物體內(nèi)清除活性氧的主要酶類，在外源性Fe2+濃度低于200 mg/kg處理以下保持平穩(wěn)， 200 mg/kg處理以上快速增加。與POD的變化趨勢一致，SOD活性在外源性Fe2+濃度低于100 mg/kg處理水平時(shí)表現(xiàn)出小幅波動(dòng)，但無顯著差異，之后顯著上升然后顯著下降，最后低于對(duì)照水平。CAT活性在外源性Fe2+濃度低于100 mg/kg 時(shí)即顯著上升到達(dá)峰值又逐漸下降至對(duì)照水平以下。植物分泌脯氨酸能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓和細(xì)胞氧化還原潛能，起到穩(wěn)定生物大分子結(jié)構(gòu)、 清除體內(nèi)活性氧的作用。與POD活性變化一致，水稻脯氨酸含量隨Fe2+處理水平的增加而逐漸上升，研究結(jié)果與以往的報(bào)道相似[21]。

表3 分蘗期不同水平外源亞鐵處理后水稻生理指標(biāo)的變化

2.2 不同水平外源亞鐵處理對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響

圖1 不同生育期土壤Fe2+含量的變化Fig.1 Soil Fe2+concentrations at rice growth stages

2.2.1不同生育期土壤Fe2+含量的變化 由圖1可知，土壤Fe2+含量在苗期和分蘗期與外源性Fe2+加入量成正相關(guān)關(guān)系，但由于土壤自身的緩沖作用和外界環(huán)境的氧化等影響，外源性亞鐵處理為100 mg/kg時(shí)的損失率分別為6.54%和15.97%，濃度為800 mg/kg時(shí)分別達(dá)11.34%和30.99%，損失程度隨外源亞鐵處理水平和水稻的生長發(fā)育而加強(qiáng)。這主要是由于隨著水稻的生長發(fā)育，外界環(huán)境溫度升高，盆口覆膜等措施不足以消除外界環(huán)境對(duì)盆栽水稻內(nèi)部土壤的氧化，F(xiàn)e2+被氧化的程度隨之嚴(yán)重。因此，本試驗(yàn)選定水稻適應(yīng)性生長的苗期和生命活動(dòng)旺盛的分蘗期為研究重點(diǎn)，以期更準(zhǔn)確地反映亞鐵處理對(duì)土壤-水稻-亞鐵-微生物相互作用體系的影響。

2.2.2 外源Fe2+對(duì)土壤微生物活性的影響

圖2 外源亞鐵處理對(duì)土壤微生物量碳總量的影響Fig.2 Soil microbial biomass carbon amounts under different exogenous Fe2+ treatment levels

2.2.2.2 外源 Fe2+對(duì)土壤細(xì)菌、 真菌、 放線菌總量的影響 土壤中基礎(chǔ)菌系包括細(xì)菌、 真菌、 放線菌三大類群微生物區(qū)系。細(xì)菌是土壤微生物中數(shù)量最多的類群，主要起到有機(jī)物分解和有機(jī)碳氮轉(zhuǎn)化的作用[24]。真菌是參與土壤中有機(jī)質(zhì)分解過程的主要成員之一，能與植物共生，為植物提供養(yǎng)分，是生態(tài)系統(tǒng)健康的有效指示物。土壤中的放線菌是抗生素的主要生產(chǎn)菌，能夠分解土壤中的纖維素、 木質(zhì)素和果膠類物質(zhì)等，進(jìn)而改善土壤的養(yǎng)分狀況，便于作物直接吸收利用土壤養(yǎng)分和防治病蟲害。綜上所述，基礎(chǔ)菌系在土壤有機(jī)質(zhì)分解、 轉(zhuǎn)化過程中起到重要作用，其數(shù)量大幅減少必然導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)的循環(huán)礦化速度減緩，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)積累，養(yǎng)分供應(yīng)失調(diào)。

圖3 外源亞鐵處理對(duì)水稻不同生育期三大基礎(chǔ)菌系總量的影響Fig.3 Soil basic bacteria amounts under different exogenous Fe2+ treatment levels

由圖3可知，三大基礎(chǔ)菌系微生物總量隨外源Fe2+濃度的增加而顯著減少，水稻分蘗期生命活動(dòng)旺盛，土壤微生物反應(yīng)強(qiáng)烈，基礎(chǔ)菌系微生物總量明顯高于水稻苗期生長發(fā)育階段?；A(chǔ)菌系微生物總量在外源Fe2+濃度為100 mg/kg水平以下迅速減少，100 mg/kg水平以上緩慢降低。外源性Fe2+濃度為100 mg/kg較低水平時(shí)，基礎(chǔ)菌系微生物總量在苗期和在分蘗期分別占空白對(duì)照的77.05%和66.55%，濃度為400 mg/kg時(shí)分別僅占空白對(duì)照的45.64%和50.06%，由此可見，高濃度鐵毒脅迫導(dǎo)致微生物活動(dòng)明顯偏弱，降低土壤有機(jī)質(zhì)分解速率，造成土壤養(yǎng)分供應(yīng)失調(diào)，不利于水稻的生長。

2.2.2.3 外源 Fe2+對(duì)土壤氨化細(xì)菌、 固氮菌、 纖維分解菌總量的影響 土壤中三大功能菌系包括氨化細(xì)菌、 固氮菌、 纖維分解菌三類，是土壤中主要的降解性微生物，能夠有效地促進(jìn)土壤養(yǎng)分元素循環(huán)和污染物降解轉(zhuǎn)化。氨化細(xì)菌可將植物殘?bào)w中的蛋白質(zhì)氨化，使土壤中不能被植物利用的有機(jī)含氮化合物轉(zhuǎn)化為有效態(tài)氮，供給植物和部分微生物同化吸收。固氮菌與植物共生能夠?qū)⒋髿庵袣鈶B(tài)氮素還原為氨供植物吸收利用[25]，有效促進(jìn)土壤氮素積累及植物氮素營養(yǎng)吸收。纖維素分解菌及其分泌的酶類物質(zhì)擔(dān)負(fù)著分解植物殘?bào)w帶到土壤中的纖維素的重要功能，在生態(tài)系統(tǒng)碳素循環(huán)中有重要作用[26]，其分布狀況與土壤性狀、 土壤肥力有著密切的關(guān)系。因此，三大功能菌系在土壤中主要起到分解轉(zhuǎn)化有機(jī)態(tài)氮素、 固定大氣中氮素和分解纖維素的作用，但由于冷浸田土壤常年積水、 光照不足，使得其水冷土溫低，氧化還原電位較低，土體表現(xiàn)出強(qiáng)還原性，不利于上述三類好氧微生物的生長。

在水稻苗期和分蘗期階段，隨著外源性Fe2+濃度增加及其毒性的增強(qiáng)，土壤中三大功能菌系微生物活性受到顯著抑制，導(dǎo)致其微生物總量先快速減少后保持平穩(wěn)降低，并在外源性Fe2+濃度為100 mg/kg時(shí)發(fā)生下降轉(zhuǎn)折點(diǎn)，這一結(jié)果與上述基礎(chǔ)菌系的變化趨勢一致。由圖4可知，外源性Fe2+濃度達(dá)200 mg/kg以上水平時(shí)，土壤中功能菌系微生物量在苗期和分蘗期平均分別僅占空白處理的43.67%和48.52%，不能夠滿足土壤中各元素循環(huán)的需要，造成土壤養(yǎng)分失調(diào)。此外，在較高濃度鐵毒脅迫下的功能菌總量整體呈平穩(wěn)下降的趨勢，這可能是由于土壤中微生物對(duì)高濃度鐵毒脅迫的適應(yīng)性機(jī)制，其機(jī)理仍需進(jìn)一步研究。

2.2.2.4 外源 Fe2+對(duì)土壤鐵還原菌總量的影響 鐵還原菌(FRB)是指在生長過程中以生長基質(zhì)中的Fe3+作為電子受體，氧化有機(jī)物作為電子供體，將Fe3+還原為Fe2+的厭氧或兼性厭氧微生物[27]。供試水稻土壤長期處于淹水嫌氣狀態(tài)，氧化還原電位較低，在鐵還原菌的作用下容易生成致毒性較強(qiáng)的還原態(tài)Fe2+。但是，隨著外源性Fe2+濃度的增加及其毒性的增強(qiáng)，鐵還原菌可用Fe3+相對(duì)減少，致使其異化Fe3+還原生成Fe2+的途徑減少，總量也隨之顯著降低(圖5)。

圖4 外源亞鐵處理對(duì)水稻不同生育期三大功能菌系總量的影響Fig.4 Soil functional bacteria amounts under different exogenous Fe2+ treatment levels

圖5 外源亞鐵處理對(duì)水稻不同生育期鐵還原菌總量的影響Fig.5 Soil Fe (Ⅲ)-reducing bacteria amounts under different exogenous Fe2+ treatment levels

由圖5可知，不同濃度外源Fe2+處理后，水稻不同生育期土壤鐵還原菌總量都隨外源Fe2+濃度的增加而顯著降低。水稻苗期階段，用100、 200、 400、 800和1600 mg/kg 外源Fe2+處理后，土壤可培養(yǎng)的微生物總量分別占空白處理的56.64%、 59.03%、 50.59%、 69.89%和40.16%。水稻分蘗期階段，各處理微生物總量分別占空白對(duì)照的77.45%、 44.69%、 48.08%、 37.70%和35.14%，各處理間差異較顯著。水稻分蘗期是營養(yǎng)生長的關(guān)鍵時(shí)期，土壤-亞鐵-微生物之間相互作用、 相互影響的關(guān)系已趨于穩(wěn)定，此時(shí)土壤鐵還原菌總量在外源Fe2+濃度100 mg/kg以下時(shí)顯著下降，之后處于相對(duì)平穩(wěn)期，總量僅達(dá)到空白處理的41.40%左右，極大減緩了土壤有機(jī)質(zhì)分解，不利于作物生長發(fā)育的需要。以上結(jié)果表明，外源性Fe2+濃度在100 mg/kg以下是土壤微生物相對(duì)耐受但變化敏感的區(qū)間，應(yīng)注意防治土壤Fe2+含量的繼續(xù)增長，防止鐵毒脅迫危害的增強(qiáng)。

2.2.3 土壤微生物活性指標(biāo)在水稻不同生育期的土壤亞鐵總量半效應(yīng)濃度值 土壤微生物活性對(duì)土壤環(huán)境變化反應(yīng)敏感，是反映土壤污染、 表征土壤質(zhì)量的重要生物學(xué)指標(biāo)，其活性隨土壤污染程度的加強(qiáng)而逐漸減弱。歐洲經(jīng)濟(jì)合作發(fā)展組織(OECD)的相關(guān)試驗(yàn)(編號(hào)208)研究發(fā)現(xiàn)， 半效應(yīng)濃度EC50是評(píng)價(jià)重金屬對(duì)植物急性毒害效應(yīng)的重要參考參數(shù)[28-29]。據(jù)此，本試驗(yàn)設(shè)定對(duì)微生物活性的抑制率50%為準(zhǔn)，參考林志華[30]的研究計(jì)算土壤Fe2+總量對(duì)土壤微生物活性的抑制率，應(yīng)用GraphPad Prism 5.0軟件計(jì)算出土壤微生物活性指標(biāo)在水稻不同生育期的土壤亞鐵總量半效應(yīng)濃度值(表4)。

由表4分析可知，水稻苗期土壤微生物活性指標(biāo)的EC50存在較大差異，這可能是由于苗期階段水稻移栽入盆，土壤微生物不能適應(yīng)復(fù)雜土壤環(huán)境導(dǎo)致，其機(jī)理還有待繼續(xù)研究。水稻分蘗期是營養(yǎng)生長的關(guān)鍵時(shí)期，此時(shí)土壤-亞鐵-微生物之間相互作用、 相互影響的關(guān)系已趨于穩(wěn)定，多數(shù)微生物活性指標(biāo)(微生物基礎(chǔ)菌系總量、 功能菌系總量、 鐵還原菌總量)的土壤亞鐵總量EC50達(dá)300 mg/kg，且表現(xiàn)出顯著相關(guān)性。供試土壤的本底亞鐵含量為207.77 mg/kg(土)，當(dāng)加入的外源性Fe2+濃度為100 mg/kg處理水平時(shí)，土壤亞鐵總量符合相應(yīng)臨界濃度范圍，且與水稻多數(shù)生理指標(biāo)指示的臨界濃度范圍吻合，據(jù)此可推定供試水稻土土壤亞鐵毒害的臨界濃度約為300 mg/kg(土)，超出此濃度需加強(qiáng)農(nóng)藝技術(shù)措施以防止亞鐵毒害。

2.3 不同水平外源亞鐵處理后水稻生長與土壤微生物活性的相關(guān)性分析

表5表明，不同水平外源亞鐵處理后水稻農(nóng)藝性狀(單株分蘗數(shù)、 株高、 干物質(zhì)積累)與其對(duì)應(yīng)的水稻分蘗期土壤微生物活性指標(biāo)(基礎(chǔ)菌總量、 功能菌總量、 鐵還原菌總量、 微生物量碳)存在極顯著正相關(guān)性，二者表征的供試土壤亞鐵毒害臨界濃度范圍吻合; 相反，以過氧化物酶活性為代表的水稻抗氧化酶系統(tǒng)活性和水稻脯氨酸含量與供試土壤微生物活性指標(biāo)顯示出極顯著負(fù)相關(guān)性，這主要是因?yàn)樗鼈兊臄?shù)量反映了水稻受環(huán)境脅迫的影響程度，隨水稻受脅迫程度而增加，這與以往的報(bào)道較為一致[31]。

表4 土壤微生物活性指標(biāo)的土壤亞鐵總量半效應(yīng)濃度值

表5 不同水平外源亞鐵處理后水稻生長與土壤微生物活性的相關(guān)性

上述結(jié)果表明，試驗(yàn)條件下，土壤-水稻-亞鐵-微生物體系之間相互影響相互作用是同步的，繼而表現(xiàn)出各處理指標(biāo)變化趨勢存在顯著相關(guān)性，外源亞鐵濃度超出100 mg/kg處理時(shí)開始嚴(yán)重抑制水稻生長、 降低土壤微生物活性，因此當(dāng)土壤中亞鐵濃度超出一定限制后，應(yīng)加強(qiáng)農(nóng)藝技術(shù)措施防止亞鐵毒害，保證土壤-水稻-亞鐵-微生物體系的環(huán)境協(xié)調(diào)性，保障水稻正常生長所需的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)水稻的穩(wěn)產(chǎn)與高產(chǎn)。

3 結(jié)論

1)過量Fe2+脅迫抑制了水稻地上部和根系的生長，分蘗期植株株高和干物質(zhì)積累量隨外源亞鐵處理水平的增加而顯著降低，通過曲線擬合推定導(dǎo)致水稻鐵毒脅迫的供試土壤亞鐵總量臨界濃度約為300 mg/kg(土)。

2)水稻其他生理指標(biāo)如存活率、 單株分蘗數(shù)及抗氧化酶系統(tǒng)活性也能較好地反映土壤亞鐵濃度對(duì)水稻生長的影響，多數(shù)指標(biāo)在外源性Fe2+濃度超出100 mg/kg(土)時(shí)出現(xiàn)顯著差異。供試土壤的本底亞鐵含量為207.77 mg/kg(土)，此時(shí)土壤中亞鐵總量約為300 mg/kg(土)，據(jù)此可推定供試土壤亞鐵總量達(dá)300 mg/kg(土)是影響水稻生長的濃度轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

3)在土壤-水稻生態(tài)系統(tǒng)中，土壤微生物量碳、 微生物總量、 基礎(chǔ)菌(細(xì)菌、 真菌、 放線菌)總量， 功能菌(氨化細(xì)菌、 固氮菌、 纖維分解菌)總量和鐵還原菌總量都隨外源亞鐵處理水平的增大而降低，多數(shù)微生物活性指標(biāo)(微生物基礎(chǔ)菌系總量、 功能菌系總量、 鐵還原菌總量)的土壤亞鐵總量EC50達(dá)300 mg/kg(土)，與水稻農(nóng)藝性狀表征的臨界濃度吻合，從土壤微生物毒理學(xué)角度分析，也可以推定300 mg/kg(土)是供試土壤亞鐵毒害的臨界濃度。

4)在土壤-水稻-亞鐵-微生物相互作用的體系中，不同水平外源亞鐵處理后水稻生長與土壤微生物活性存在顯著相關(guān)性，表明亞鐵對(duì)土壤-水稻-微生物體系的相關(guān)影響是同步的，因此在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)注意土壤Fe2+的積累對(duì)土壤-水稻-微生物生態(tài)系統(tǒng)的影響，F(xiàn)e2+含量達(dá)到產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)濃度時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)農(nóng)藝技術(shù)措施以防止亞鐵毒害。

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