臭氧和模拟酸雨对冬小麦气体交换、生长和产量的复合影响

为探明酸雨和臭氧(O3)对作物是否存在复合影响,运用田间原位开顶气室研究了pH4.0模拟酸雨(SAR)和O3对冬小麦气体交换、生长和产量的影响.该实验包括3种处理:CF处理采用经活性炭过滤后的空气,作为对照;CF100处理采用经活性炭过滤后的空气加人恒定浓度为100 nL·L-1的O3;CF100 SAR处理为在CF100的基础上对冬小麦喷施pH 4.0模拟酸雨,喷施量为150 mL·m-2,每10d一次.结果表明:①CF100和CF100 SAR组冬小麦叶片细胞膜系统受到破坏,光合色素含量和气体交换参数降低,抑制了作物生长,导致生物量和产量下降.与CF相比,CF100和CF100 SAR处理下冬小麦产量分别降低了68.2%和63.6%;②与CF100组相比,CF100 SAR组对冬小麦细胞膜系统和叶绿素a含量产生显著的复合影响(p＜0.05),而对叶绿素b和类胡萝卜素含量、气体交换、小麦生长、生物量和产量的复合影响不显著.     

大气对流层臭氧浓度升高下AM真菌对小麦生长的影响

利用中国唯一的开放式空气组分增高(free-air component enrichment,FACE)稻麦轮作试验平台,研究大气对流层O3浓度升高条件下接种外源AM真菌对小麦生长及土壤微生物生物量的影响.结果发现,O3浓度升高处理小麦苗期AM真菌侵染率有升高趋势,而从孕穗期起逐渐显示出对小麦生长的不利影响,收获时植株地上部生物量、株产与千粒重均显著下降(p0.05),分别降低22%、29%和9%,土壤微生物生物量N也下降了37%,但籽粒全N含量从2.2%显著提高到2.6%(p0.05).O3浓度升高条件下接种外源AM菌剂对小麦根系AM真菌侵染具有促进作用,孕穗期AM真菌侵染率与植株地上部生物量均显著高于不接种对照(p0.05),收获时植株受灾程度降低了50%,土壤微生物生物量N也显著升高(p0.05),虽然小麦产量没有提高,但籽粒全N含量下降到与当前O3浓度处理没有显著差异的水平上.结果表明,O3胁迫下小麦通过提高苗期AM真菌侵染来增强其抗胁迫能力,接种外源AM真菌可以促进小麦营养生长,并可通过改善根系分泌物等来提高土壤微生物生物量.     

臭氧浓度升高对土壤-冬小麦系统CO2排放的影响

通过田间试验,采用静态箱-气相色谱法测定CO2排放通量,研究臭氧(O3)浓度升高对土壤-冬小麦系统CO2排放的影响.结果表明,O3浓度升高对CO2排放的季节变化模式无明显影响.在返青期和拔节孕穗期,O3浓度升高显著降低了土壤-冬小麦系统的CO2排放通量;在抽穗成熟期,O3浓度100 nL·L-1处理对CO2排放通量没有...     

东北春大豆品种东生1号对臭氧胁迫的响应

采用开顶式气室(OTCs)方法,研究了不同臭氧(O3)浓度处理对春大豆品种"东生1号"的影响,主要包括产量与产量构成因子,叶片与籽粒碳、氮元素与碳氮比、盛花期叶片气体交换速率、叶绿素荧光参数与光合色素含量变化.试验设置3个臭氧水平:过滤大气(CFA,10 nL·L-1)、自然大气(NFA)与自然大气添加40 nL·L-1(NFA+O3).结果表明,经过一个生长季处理(AOT40值累积为10.6μL·L-1·h),与CFA相比,NFA处理东生1号大豆单株产量与百粒重降低4.5%、4%,而NFA+O3处理分别显著降低34%、18%(P<0.05),而处理间株高、主茎节数、单株荚数与每荚粒数均无显著变化.鼓粒期NFA+O3处理叶片C、N元素含量分别显著增加3%、26%,碳氮比则显著降低18%.CFA与NFA相比,NFA+O3显著降低盛花期大豆叶片净光合速率(Asat)、气孔导度(gs)、水分利用效率(WUE)、开放的光系统反应中心激发能捕获效率(F’v/F’m)和作用光下光系统Ⅱ的实际量子效率(ΦPSⅡ),而胞间CO2浓度(ci)、光化学猝灭系数(qP)和光合色素含量则无显著变化.结果表明,O3浓度升高导致东生1号单株产量下降的主要原因是其显著降低百粒重、净光合速率和电子传递效率.     

大气CO2浓度升高对红三叶和高丹草Cs、K竞争吸收与转运的影响

水培条件下,研究了大气CO2浓度升高对红三叶(Trifolium Pratene L.)和高丹草(Sorhum vulgare x Sorghum.vulgare var.sudanense hybrids)在不同铯(Cs)浓度(0、200、500、1000μmol·L-1)下生物量、铯和钾的竞争吸收及转运的影响.结果表明,大气CO2浓度升高显著提高了2种植物叶、茎和根各部位的生物量,其中,红三叶各部生物量分别提高了42.6%、66.2%和45.0%,高丹草分别提高了17.4%、18.9%和22.3%.大气CO2浓度升高提高了红三叶和高丹草叶片及茎中的Cs含量,提升比例最大的为红三叶的茎(达9.7%),同时显著提高了2种植物对Cs的转运系数及红三叶的茎和根中Cs/K的区别系数.对于红三叶,大气CO2浓度升高引起叶片K含量略微增加,而茎和根系中K含量显著降低;对于高丹草,大气CO2浓度升高引起叶片和茎中K含量增加,而根系中K含量降低.2种植物对Cs的吸收都与介质中Cs浓度呈显著的线性相关,溶液中Cs浓度的增加提高了红三叶和高丹草的Cs/K区别系数,并且Cs的添加不仅对红三叶和高丹草的生物量都起到了一定的抑制作用,同时还降低了2种植物对钾的吸收.在正常的CO2浓度下,1000μmol·L-1Cs处理可使2种植物叶、茎和根中的K含量分别降低10.4%、13.3%、32.5%(红三叶)和18.3%、42.1%和38.9%(高丹草);在大气CO2浓度升高的条件下,分别降低12.2%、22.0%、35.0%(红三叶)和17.9%、38.7%、34.6%(高丹草).     

臭氧污染对不同品种小麦干物质与生物量碳积累与分配的影响

近地层臭氧(O3)污染对陆地生态系统及植物生长的危害备受关注.本研究利用开放式臭氧污染(Free-air O3concentration enrichment,O3FACE)研究平台,研究了大气O3浓度增加(比周围大气高50%)对长江三角洲地区5个冬小麦(Tritcium aestivum L.)品种(扬麦15、扬麦16、烟农19、扬幅麦2号和嘉兴002)的干物质与生物量碳的积累与分配以及作物残体C/N比的影响.结果表明,不同品种小麦的干物质积累和分配对O3升高的响应差异明显;O3升高具有降低扬麦15、嘉兴002和增加扬幅麦2号总生物量的趋势,但对扬麦16和烟农19几乎无影响,其中嘉兴002达到显著水平.O3升高显著增加了扬麦15、嘉兴002和显著降低了烟农19和扬幅麦2号的根/冠比,而对品种扬麦16无影响,导致干物质在地上和地下分配呈现品种差异.高O3环境下扬麦15、扬麦16和嘉兴002穗重降低,而烟农19和扬幅麦2号无明显变化;小麦籽粒占穗的比重在高O3条件下嘉兴002、烟农19和扬幅麦2号显著降低8.2%～15.5%,扬麦15呈增加趋势而扬麦16变化不大;表明O3升高将致嘉兴002、烟农19、扬幅麦2号和扬麦16不同程度减产.O3升高导致烟农19和扬幅麦2号秸秆碳量显著增加14.1%～22.9%和C/N比显著降低10.9%～29.1%,JX002秸秆碳量显著减少和C/N比显著增加,扬麦16和扬麦15的秸秆碳量与C/N比则分别呈增加和降低趋势.O3升高显著降低了扬麦16、烟农19和扬幅麦2号品种的根茬碳量和C/N比,对嘉兴002的根茬碳量无显著影响却显著降低了C/N比,但对扬麦15根茬碳数量与质量均影响不大.评价小麦干物质的形成与分配、根茬和秸秆固碳的质与量对O3污染的响应需考虑品种差异影响.     

全缘冬青幼苗（Ilex integra Thunb.）对大气O_3浓度升高的响应

采用开顶式气室（open top chambers,OTCs）装置,研究O3浓度升高（E-O3,约150μL.L-1）对常绿阔叶树种全缘冬青幼苗的影响,主要包括伤害症状、植株生长、光合色素含量、气体交换速率与叶绿素荧光、丙二醛含量以及主要抗氧化剂含量变化.经过高浓度O3处理一个生长季后,当年生全展叶片表面分布着大量的黑...     

13CO2示踪臭氧胁迫对水稻土壤微生物的影响

本研究采用具有日变化的熏蒸方式,利用13C同位素示踪方法,结合PLFA技术,模拟分析了臭氧浓度升高对水稻土壤微生物结构的影响.实验设置2个臭氧浓度处理,即空气对照(CF,臭氧浓度约4~10 nL·L-1),臭氧浓度升高处理(O3,8 h平均浓度为110 nL·L-1).分别在水稻熏气1个月和2个月时进行13C同位素标记实验.结果发现,臭氧熏蒸一个月的时候对土壤微生物生物量碳没有影响,但此时输入到土壤微生物的即时光合产物13C已经显著低于对照;随臭氧熏蒸时间的延长,无论是总的土壤微生物量碳还是即时光合产物13C对土壤微生物的输入都显著低于对照处理.PLFA主成分分析结果表明,熏蒸一个月时臭氧对13C-PLFA的结构组成并没有显著影响,但熏蒸两个月后则臭氧明显改变了13C-PLFA的组成,但两次标记后PLFA单体的Δδ13C‰值已受到臭氧的影响.臭氧胁迫前期,只有细菌脂肪酸的13C分配(13C%)受到臭氧的明显影响,而胁迫后期则臭氧主要影响的是分配给放线菌和真菌的13C.     

地表臭氧浓度升高对旱作农田N2O排放的影响

通过田间试验,在冬小麦和大豆生长季设置3种不同臭氧(O3)浓度的处理,包括自由空气(对照,CK)、100 n L·L-1O3浓度(T1)和150 n L·L-1O3浓度(T2),采用静态箱-气相色谱法测定N2O排放通量,研究地表O3浓度升高对冬小麦-大豆轮作系统N2O排放的影响.结果表明,与CK相比,在冬小麦返青期,T1和T2处理都降低了土壤-冬小麦系统N2O累积排放量,降幅分别为37.8%(P=0.000)和8.8%(P=0.903);在拔节-孕穗期,T1和T2处理使N2O累积排放量分别降低了15.0%(P=0.217)和39.1%(P=0.000);从冬小麦全生育期来看,T1、T2的N2O累积排放量分别降低了18.9%(P=0.138)和25.6%(P=0.000).由于本年度大豆生长季降水偏少,受干旱胁迫的影响,O3浓度升高对大豆田N2O排放的作用不明显.本研究表明地表O3浓度升高会减少旱作农田N2O排放量.     

臭氧污染对不同品种小麦养分吸收与分配的影响

近地层臭氧(O3)污染会危害植物生长,势必间接影响氮素吸收利用.本研究利用开放式臭氧污染(Free-air O3 concentration enrichment,O3FACE)研究平台,研究了大气O3浓度增加(比周围大气高50％)对长江三角洲地区5个冬小麦(Tritcium aestivum L.)主栽品种(扬麦15、扬麦16、烟农19、扬幅麦2号和嘉兴002)的物质积累、氮素吸收与分配的影响.结果显示,O3浓度升高对秸秆和籽粒的影响远大于根系.烟农19、嘉兴002和扬麦16的产量因O3浓度升高而减少,而扬麦15和扬幅麦2号产量则变化不大.扬幅麦2号与嘉兴002的秸秆干物重因O3浓度升高而显著增加,扬麦15与烟农19分别呈增大与降低趋势,而扬麦16则无变化表明O3污染对小麦干物质积累与分配的影响存在品种差异.O3浓度升高影响氮素在小麦根、秸秆和籽粒中的含量与分配趋势,但影响程度因品种而异.O3浓度升高导致扬幅麦2号的总吸氮量显著增加30.6％及烟农19的总吸氮量呈增加趋势,并使嘉兴002的总吸氮量显著降低34.8％及扬麦16总吸氮量呈降低趋势,但扬麦15的总吸氮量则不受影响.除扬麦15外,O3浓度升高具有减少籽粒氮占总氮比例的趋势,表明小麦响应O3污染对氮素吸收与分配调整机制存在品种差异.扬麦16、烟农19和嘉兴002的氮肥偏生产力因O3浓度升高而显著降低,而扬麦15和扬幅麦2号则无明显变化.扬麦16和嘉兴002的氮肥利用率因O3浓度升高显著降低,而扬幅麦2号呈增加趋势,扬麦15、烟农19呈降低趋势.综合来看,小麦扬麦15抗O3污染能力强于其它品种,而嘉兴002则最易遭受臭氧污染危害.评价O3污染对小麦干物质与产量的形成与分配、氮素在植物-土壤系统周转的影响应综合考虑品种差异.     

Functional traits of poplar leaves and fine roots responses to ozone pollution under soil nitrogen addition

Concurrent ground-level ozone（O₃） pollution and anthropogenic nitrogen（N） deposition can markedly influence dynamics and productivity in forests.Most studies evaluating the functional traits responses of rapid-turnover organs to O₃ have specifically examined leaves,despite fine roots are another major source of soil carbon and nutrient input in forest ecosystems.How elevated O₃ levels impact fine root biomass and biochemistry remains to be resolved.This study was...     

昼夜增温对大豆田土壤N2O排放的影响

通过田间试验,用静态箱-气相色谱法测定N2O排放通量,研究昼夜增温对大豆田土壤N2O排放的影响.结果表明,增温没有改变大豆田土壤N2O排放通量的季节性变化规律.整个生长季,与对照相比,增温土壤N2O平均排放通量增加了17.31%(P=0.019),累积排放量显著增加了20.27%(P=0.005).对照与增温处理土壤N2O排放通量与土壤温湿度均呈显著性相关关系,对照与增温土壤的N2O排放温度敏感系数分别为3.75和4.10.整个生育期,增温显著增加了植株地上和总生物量、叶片硝酸还原酶活性和全氮含量,显著降低了叶片NO3--N含量;显著增加了土壤NO3--N含量,但对土壤有机碳及全氮含量没有显著影响.本研究表明,昼夜增温显著增加了大豆田土壤N2O的排放.     

施氮对黄土旱塬区春玉米土壤呼吸和温度敏感性的影响

了解施氮对土壤呼吸和温度敏感性的影响,是研究农田土壤呼吸变化的重要环节,对预测农田土壤呼吸变化具有重要意义.基于中国科学院长武黄土高原农业生态试验站的氮肥管理试验,于2013年4月至2014年9月利用LI-8100系统(LICOR,Lincoln,NE,USA)监测施氮和不施氮条件下旱地春玉米生长季土壤呼吸、温度、水分以及根系生物量的变化,研究施氮条件下生物与非生物因素对土壤呼吸速率和温度敏感性(Q10)的影响.施氮显著提高了生长季土壤的累积呼吸量(P0.05),与不施氮相比,施氮处理累积呼吸量2013年提高了35%,2014年提高了54%.但施氮显著降低了土壤呼吸温度敏感性(P0.05),施氮处理的Q10较对照2013年降低了27%,2014年降低了17%.施氮显著提高了春玉米产量、地上部生物量和根系生物量(P0.05).施氮处理根系生物量较不施氮处理2013年提高了0.32倍,2014年提高了1.23倍.施氮对土壤温度和水分无显著影响,根系生物量是施氮条件下导致土壤呼吸差异的重要生物因素.     

大气O3浓度升高对2种基因型矮菜豆丛枝菌根(AM)结构及球囊霉素蛋白产生的影响

以臭氧敏感性不同的2种基因型(O3敏感型:S156;O3耐受型:R123)矮菜豆(Phaseolus vulgaris L.)为宿主植物,在模拟的大气臭氧浓度升高环境中研究臭氧胁迫对2种基因型植物的AM结构和球囊霉素蛋白产生的影响,旨在了解大气臭氧浓度升高对AM真菌生长和AM结构形成的影响.结果表明,与自然大气臭氧水平(20 nL.L-1)相比,臭氧浓度升高(70nL.L-1)显著降低了S156和R123植物的菌根侵染率,特别是S156植物,下降了43.6%.臭氧浓度升高明显影响了2种基因型植物的AM结构组成,表现在根室和菌丝室外生菌丝量、单位根长丛枝数的大幅下降,以及根室和菌丝室孢子数的显著增加,特别是S156植物变化更为明显;但2种基因型植物的单位根长泡囊数随臭氧浓度变化不显著.臭氧浓度升高对2种基因型植物的菌根际和菌丝际总球囊霉素蛋白量影响不显著,但导致菌根际和菌丝际的易提取球囊霉素蛋白量大幅增加;不过2种基因型植物间差异不显著.本研究表明,大气臭氧浓度升高显著影响植物菌根侵染率、AM结构形成和易提取球囊霉素蛋白的产生,特别是对臭氧敏感型植物影响更大.     

洞庭湖平原典型水稻土氮素固持动态及氮的残留形态

以洞庭湖平原2个典型水稻土（红黄泥和紫潮泥）为对象,采用¹⁵N示踪技术,研究了淹水培养条件下稻草+硫铵配施（S+¹⁵NA）和单施硫铵（¹⁵NA）土壤微生物和粘土矿物对化肥氮的固定与释放及氮的残留形态.结果表明,淹水培养条件下B_N（SMBN）总体变化趋势是在培养前期达到峰值,而后逐渐下降,最后趋于稳定.固定态铵在整个试验期间变化相对较小,但也随培养时间的延长而减少.淹水培养条件下, B_N 以原有B_N为主.标记底物B_N的比例红黄泥为0.30%～6.67%;紫潮泥为1.00%～3.47%.微生物同化的标记底物硫铵氮的比例红黄泥为0.15%～20.65%,紫潮泥为2.06%～15.93%;有机无机配施处理(S+¹⁵NA)均大于单施化肥(¹⁵NA),红黄泥S+¹⁵NA处理平均为6.78%,高于红黄泥¹⁵NA处理;紫潮泥S+¹⁵NA处理（10.78%）也高于紫潮泥¹⁵NA处理.粘土矿物对标记底物氮的固定率,红黄泥为2.48%～10.57%,紫潮泥为12.55%～30.04%.红黄泥S+¹⁵NA处理平均为7.14%,低于红黄泥¹⁵NA 处理;紫潮泥S+¹⁵NA处理（21.53%）也低于紫潮泥¹⁵NA处理.淹水培养条件下底物硫铵氮的残留率均大于30%,有机无机配施处理提高了无机氮的残留率.红黄泥底物氮的残留形态主要为酸解有机氮（>72%）,而紫潮泥以酸解有机氮(44.0%～53.2%)和固定态铵(35.2%～37.5%)为主,两种土壤底物氮矿质氮形态残留在10%～20％之间.研究表明土壤对外源无机氮的固定与释放是一个动态的过程,施肥方式和土壤粘土矿物组成对该过程有重要影响.化肥和秸秆配合施用能增强微生物对无机氮的同化,降低土壤粘土矿物对无机氮的固持.有机无机配施处理在降低化肥氮损失的同时提高了酸不溶性氮态的残留率,降低了无机氮形态(固定态铵和矿质氮)的残留.     

施氮和水分管理对光合碳在土壤-水稻系统间分配的量化研究

施肥和水分管理是影响水稻生长的两个关键因素,探讨水肥耦合条件下光合碳在"水稻-土壤"系统输入与分配动态,对深入解析稻田土壤碳循环具有重要意义.本研究通过盆栽试验,选用籼性常规水稻品种(中早39),采用13C-CO_2连续标记技术,量化研究施氮和水分管理对光合碳在"水稻-土壤"系统中分配的影响.结果表明:施氮增加了水稻地上部干物质重和碳、氮含量,却显著降低了水稻根冠比;干湿交替使施氮条件下的水稻地上部全碳、全氮含量较持续淹水处理分别提高了22%和33%,根系中全碳、全氮含量分别提高了36%、44%,这表明施氮有利于水稻地上部生长,而干湿交替显著促进了水稻根系的生长.施氮显著增加水稻地上部13C含量,与不施氮处理相比增加了32%~83%;施氮使光合碳在水稻地上部的回收率增加6%~32%,在根系的回收率减少18%~59%.水分管理对13C分配的影响表现为:连续标记22 d后,在施氮条件下,干湿交替使水稻地上部、根系13C量均有一定量的增加;不施氮条件下,干湿交替与持续淹水处理相比,地上部13C量减少10.3mg·pot-1,回收率降低了11%~12%;根系13C量增加1.9 mg·pot-1,回收率提高了24%~57%.施氮和干湿交替都显著增加了13C在根际土壤中的累积与回收率.因此,施氮增加了光合碳在土壤-水稻系统中的累积,但降低了光合碳在根系中的分配,干湿交替比持续淹水更利于光合碳向土壤中的传输与累积,水肥耦合管理显著调控了光合碳的传输与分配.该研究进一步量化了水肥管理条件下水稻光合碳的分配及其在土壤有机碳库中的传输特征,为稻田水肥管理、水稻土有机质积累持续机制提供了理论依据和数据支撑.     

氮添加对油蒿群落植物叶片生态化学计量特征的影响

为了深入认识荒漠植物对氮沉降的适应和反馈能力,研究了宁夏盐池毛乌素沙地油蒿(Artemisia ordosica)群落内5种优势植物〔油蒿、披针叶黄华(Thermopsis lanceolata)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、赖草(Leymus secalinus)、刺藜(Chenopodium aristatum)〕在N₀、N₁、N₂、N₃、N₄、N₅〔氮添加水平依次为0、0.5、1.0、2.0、3.0、6.0 g/(m2·a),以N计〕6个氮添加处理下叶片w(TC)、w(TN)、w(TP)及其化学计量比——C/N〔w(TC)/w(TN)〕、N/P〔w(TN)/w(TP)〕、C/P〔w(TC)/w(TP)〕的变化. 结果表明:①氮添加对油蒿、披针叶黄华叶片w(TC)、w(TN)、w(TP)及其化学计量比无显著影响. ②高氮添加(N₅处理)显著增加了糙隐子草、赖草和刺藜叶片w(TN),相对于N₀处理时增幅分别约为26%、81%和60%. ③高氮添加显著增加了赖草、刺藜叶片N/P,但显著降低了其叶片C/N,其中,赖草和刺藜叶片N/P相对于N₀处理时的增幅分别约为86%和61%,C/N的降幅则分别约为45%和37%. 研究显示,油蒿群落中不同植物种对氮添加的响应存在差异,持续增加的氮沉降很可能会引起油蒿群落物种组成的变化,从而影响油蒿群落的演替.      

大气O3浓度升高对2种基因型矮菜豆根际微生物的影响

在模拟的大气臭氧浓度升高环境中,用磷脂脂肪酸方法（PLFA）分析大气臭氧浓度升高和接种丛枝菌根（AM）真菌对臭氧敏感性不同的2种基因型矮菜豆（臭氧敏感性：S156;臭氧耐受性：R123）根际和菌丝际微生物量及群落结构的影响,旨在明确大气臭氧浓度变化对植物根际微生物的影响,为全面评价臭氧浓度升高对土壤-植物生态系统的影响...