温度和UV-B辐射增加对稻萍轮作稻田土壤氮素供应与表观平衡的影响

温度和UV-B辐射增加是当今和未来2个重大的全球气候变化问题,均对农田生态系统及其物质循环有显著影响,但二者的复合效应对稻田土壤氮素供应和平衡的影响了解有限。元阳梯田位于云南高原南部,稻田不施化肥Immunoproteasome inhibitor,依C59靠水稻秸秆还田和红萍固氮,维持了稻田千百年的氮素平衡与供应,但其对温度和UV-B辐射增加的响应尚不清楚。在元阳梯田海拔1600 m的稻田开展大田试验,以地方水稻品种“白脚老粳”和红萍为研究对象,模拟增温(+2℃)和UV-B辐射(5 k J·m~(-2))处理,在水稻生长期(分蘖期、拔节期、孕穗期和成熟期)和冬闲期(2021年11月、12月及2022年1月、4月),采集水稻和红萍植株、稻田土壤和大气等样品,研究温度和UV-B辐射增加对稻萍植株生物量、氮含量、光合生理和土壤氮素形态与含量、氮转化相关功能酶活性的影响,结果表明:(1)增温会促进稻萍生长,显著增加水稻分蘖数、生物量及红萍生物量,增幅分别为40.93%、50.89%、19.97%;UV-B辐射抑制稻萍生长,导致水稻分蘖数、生物量及红萍生物量降低,降幅分别为8.27%、27.29%、6.27%。而增温+UV-B辐射导致水稻分蘖数增加了3%,稻萍总生物量分别降低了5.89%、16.77%。增温缓解了UV-B辐射对水稻生物量和分蘖数的抑制作用。(2)增温显著增加稻萍植株氮含量和氮累积量,水稻氮累积量增幅为81.47%;UV-B辐射显著增加稻萍植株氮含量,但导致水稻氮累积量降低了10.10%;增温+UV-B辐射导致水稻氮含量低于单一因素处理,但导致水稻氮累积量增加了2.77%。增温缓解了UV-B辐射对水稻氮累积量的抑制作用。(3)增温导致土壤碱解氮含量显著降低14.13%-31.83%,并提高了土壤蛋白酶和脲酶活性;UV-B辐射显著增加土壤NO_3~–N含量,增幅9.19%-101.61%,但导致土壤微生物生物量氮含量显著降低16.83%-36.56%;增温+UV-B辐射导致水稻孕穗期土壤无机氮含量显著降低30.54%,冬闲期土壤碱解氮含量显著降低了22.28%-24.12%。增温、增温+UV-B辐射降低土壤氮素供应能力,UV-B辐射提高土壤氮素供应能力。(4)CK、增温、UV-B辐射、增温+UV-B辐射导致稻田土壤氮素输入量分别为12.05、16.34、12.89、13.11 g·m~(-2),氮素输出量分别为10.50、15.15、9.65、10.88 g·m~(-2),土壤无机氮减少量分AZD1152-HQPA别为0.81、1.63、-2.32、3.97 g·m~(-2),导致稻田土壤氮素表观损失量分别为2.36、2.82、0.92、6.20 g·m~(-2)。与CK相比,增温、增温+UV-B辐射增加土壤氮素表观损失,UV-B辐射降低土壤氮素表观损失。(5)相关性分析表明,土壤NH_4~+-N含量与碱解氮含量、蛋白酶活性呈极显著正相关;土壤脲酶活性与碱解氮和微生物生物量氮含量呈极显著正相关,与NO_3~–N含量呈极显著负相关。总之,增温、增温+UV-B辐射均降低土壤氮供应,增加氮素表观损失;而UV-B辐射增加土壤氮素供应能力,降低氮素表观损失;增温通过提高土壤蛋白酶和脲酶活性,促进土壤矿化过程;并缓解UV-B辐射对水稻氮累积的抑制作用,促进水稻吸收土壤无机氮,增加土壤氮素输出量,降低土壤无机氮残留量,从而降低土壤氮素供应能力,最终导致土壤氮素表观损失增加。