开放式空气CO2浓度升高对水稻根系形态的影响

在FACE（free-air carbon dioxide enrichment）技术平台上，采用水培的研究方法，观测了大气CO2浓度升高和两种氮水平下水稻根系形态的变化。结果表明，在水稻各生育期，CO2浓度升高都极显著增加了根干质量，且主要增加于根粗为2．0～2．5mm／n的部位。根系形态的各项指标均对高CO2浓度有积极的响应，在抽穗期尤为明显；N处理的差异很明显，低氮条件下根系表现为根长、根尖数和根表面积增加，常氮条件下根粗和发根数增加。各生育期的根冠比在高CO2浓度下极显著增加，尤其在LN处理下。水稻从分蘖期到抽穗期，因地上部分的增幅大，根冠比表现为逐渐降低的趋势。     

大气CO2浓度升高对添加麦秸条件下稻田土壤酶活性的影响

利用中国扬州开放式大气CO2浓度升高(FACE)系统稻麦轮作试验平台,研究大气CO2浓度升高对稻田小麦秸秆降解过程中土壤酶活性的影响.试验平台设置FACE[(580±60)μmol·mol-1]和对照[(380±40)μmol·mol-1]2个CO2浓度,在低氮(150 kg·hm-2)和高氮(250 kg·hm-2)2种氮水平下添加小麦秸秆,分别在不同生长时期采样并分析土壤脱氢酶、脲酶、磷酸酶和蔗糖酶活性.结果表明:同一氮水平下,大气CO2浓度升高显著增强土壤脱氢酶、脲酶和蔗糖酶活性,但显著降低土壤磷酸酶活性;无论是大气CO2浓度升高条件下还是对照条件下,低氮处理土壤脱氢酶与脲酶活性均高于高氮处理,而高氮处理土壤磷酸酶活性均高于低氮处理,氮水平对蔗糖酶活性并无显著影响.     

大气CO2浓度增高对农田土壤硝化活性的影响

利用中国唯一的FACE(Free-Air Carbon dioxide Enrichment,开放式空气CO2浓度增高)平台,研究大气CO2浓度增高对农田土壤硝化活性的影响.位于无锡的中国稻麦轮作农田生态系统FACE试验平台于2001年6月开始运行,设有FACE与Ambient(普通空气对照)2个处理,FACE区CO2浓度比Ambient区高200 μmol·mol-1,每个处理含低氮与常氮2个氮肥水平.在轮作水稻和小麦各3季之后,发现大气CO2浓度增高下,常氮水平上土壤的NO3--N质量分数降低,NH4+-N质量分数增高;而低氮水平上土壤的NO3--N质量分数增高,NH4+-N质量分数没有显著差异.然后分别在土壤样品中加入NH4+-N,好气培养42 d后通过测定土壤中的NO3--N、NO2--N总质量分数来研究土壤的硝化活性.结果显示,不管在CO2浓度增高下还是对照条件下,增加氮肥施用量均增强了土壤的硝化活性;且与对照相比,大气CO2浓度增高在常氮水平上降低了土壤的硝化活性,在低氮水平上却增强了土壤的硝化活性,说明大气CO2浓度增高对农田土壤硝化活性的影响与N肥供应水平有关.     

菌根真菌对大气CO2浓度升高的响应研究进展

大气CO2浓度升高对植物的光合作用、呼吸作用等产生直接影响，进而影响到运送到根系中碳的量，菌根真菌也随之受到影响．本文对全球CO2浓度升高对菌根真菌的影响、菌根真菌在植物对大气CO2增加响应中的作用、菌根真菌在大气CO2浓度增加条件下对整个生态系统的作用等进行了综述，同时对当前存在的问题和未来的发展做了探讨．图1参37     

大气CO2浓度增高对不同供氮水平下水稻生长和化感物质释放的影响

利用开放式空气CO2浓度升高(free air carbon-dioxide enrichment,FACE)平台中的水培试验,研究了低氮(LN:10 mg·L-1)和高氮(HN:30 mg·L-1)水平下,大气CO2浓度升高对化感与非化感水稻(Oryza sativa L.)品种的生长、碳氮比(C/N)和化感物质含量的影响,并分析了CO2浓度升高条件下水稻C/N和化感物质含量间的相互关系.结果表明:CO2浓度升高对化感(PI)与非化感水稻品种(秀水)的生长均有极显著促进作用.CO2浓度升高后,LN条件下水稻C/N显著增加,HN条件下则无显著变化.CO2浓度升高后化感水稻品种次生代谢物质含量增加,特征化感物质含量增加,非化感品种的这种变化不显著.化感水稻品种C/N分别与次生代谢物质含量和特征化感物质含量之间呈显著正相关关系.     

大气CO2体积分数升高对植物N素吸收的影响

从影响植物N素吸收的因素来看，大气CO2体积分数升高条件下植物净光合作用增强，碳同化产物增多，利于改善N素吸收的能量和物质基础：植物根系生长增强，生物量增多且空间分布加大，有利于N素吸收；但土壤有效N供应能力的变化存在增强和减弱两种观点。从植物N素吸收的实际情况来看，大气CO2体积分数升高条件下植物N吸收总量并末增加，植物体内N质量分数普遍降低，某些种类植物N吸收形态也发生了改变。因此要阐明大气CO2体积分数升高对植物N素吸收的影响机制，必须探明土壤有效N供应能力的变化：CO2体积分数升高条件下N矿化作用是否增强，微生物和植物间是否存在对有效N的竞争，此外，CO2体积分数升高条件下植物根系形态特征变化和N素吸收(包括主动和被动吸收)的生理机制及其与环境因素的关系也值得进一步研究。     

镉胁迫下铵态氮对春小麦光合生理特性的影响

为了研究铵态氮肥在缓解镉毒害对植物影响方面的作用,减少镉的危害,试验采用盆栽方法模拟镉污染农田,以辽春10号小麦Triticum aestivum为试材,无氮无镉的处理（H0）作为对照,设置5个铵态氮施用水平,即0（CH0）、75（CH1）、150（CH2）、225（CH3）和300（CH4）kg·hm-2,研究不同施氮量下铵态氮肥对小麦光合生理特性的影响。结果表明：与无氮无镉处理相比,无氮镉胁迫处理极显著地（P〈0.01）抑制了小麦叶片净光合速率（Pn）、叶片气孔导度（Gs）、胞间CO2体积分数（Ci）、蒸腾速率（Tr）和Hill反应活力,但对小麦叶绿素含量和叶绿体Ca2＋/Mg2＋-ATPase活性的抑制作用不显著（P〉0.05）;小麦叶片Gs,Ci和Tr随着施氮量增加逐渐升高,而小麦叶片Pn、叶绿素含量、Hill反应活力和叶绿体Ca2＋/Mg2＋-ATPase活性呈现先升高后降低的趋势,从净光合速率角度看,225 kg·hm-2施氮水平（CH3）氮的解毒作用最佳。     

大气CO2浓度升高对水稻和稗草根系生长的影响

在两种N水平下(低N 10 mg.L-1和常N 30 mg.L-1),采用水培方法比较了分蘖盛期C3植物水稻(O ryzasativa)和C4植物稗草(Echinochloa crusgalli)在CO2浓度升高(550μmol.mol-1)和CO2浓度未升高(350μmol.mol-1)条件下的根系生长变化。结果表明,常N水平下高浓度CO2显著增加水稻和稗草的根干重、根体积、根总长和根直径,水稻对CO2浓度升高的响应强于稗草;低N胁迫时,高浓度CO2显著增加稗草的根干重、根体积和根总长,而对水稻生长无明显促进作用。在两种N水平下,高浓度CO2均显著降低水稻和稗草根系N含量,而C含量上升不明显,导致C/N比值显著增加。高浓度CO2显著降低水稻和稗草单位根重根毛数,这可能是CO2浓度升高条件下根系活力显著降低的形态学原因之一。     

锌污染条件下VA菌根对三叶草生长和元素吸收的影响

采用三室隔网盆栽方法研究了3种不同施锌水平下，接种VA菌根菌（G.mosseae）对红三叶草植株生长和养分吸收的影响．结果表明，施锌水平对菌根侵染率无显著影响，说明供试菌种对锌的污染有较强的适应能力．菌根的浸染显著改善了植物的磷营养状况，使植株含磷量增加了1倍多，因此大大促进了植株的生长．菌根侵染对微量元素表现出不同的作用，与不接种的对照相比，菌根侵染植株体内Cu的含量增加，Fe的含量降低，而对Zn、Mn的影响不大．     

大气高CO2浓度对油菜氮素同化累积与植株生长的影响

为了指导高CO2浓度条件下甘蓝型油菜Brassica napus L.合理施氮、创建油菜高产高效以及进一步探明油菜氮代谢的调节机制提供理论依据,本研究采用微区试验,研究2个油菜品种（沪油15-33号和742-2）在2个CO2浓度水平（自然CO2摩尔分数400μmol·mol-1和高CO2摩尔分数（800±20）μmol·mol-1）和2个氮素水平（施氮与不施氮）条件下,氮素同化酶（NR和GS）活性和可溶性蛋白含量的变化,以及油菜地上部干物质量和氮素累积量的响应。试验结果表明,高CO2浓度会提高NR和GS活性;在氮素处理的影响方面,NR活性的变化与油菜的品种和生育时期不同有关：在高CO2浓度条件下,品种A在各时期的施氮处理的酶活性高于不施氮处理;品种B只在抽薹期的施氮处理低于不施氮处理,其他时期则升高;对于GS酶活性,在自然CO2浓度条件下施氮会提高GS酶活性,高CO2浓度条件下施氮则降低其活性（苗期除外）。CO2浓度升高会降低叶片中可溶性蛋白含量（盛花期除外）;在正常CO2浓度下,增施氮肥会提高叶片中可溶性蛋白含量,而在高CO2浓度下,增施氮肥会降低叶片中可溶性蛋白含量。CO2浓度升高和增施氮肥都会提高油菜地上部干物质量与氮素累积量,油菜干物质量与氮素累积量总体上与上述测定指标呈极显著相关。     

棉花VA菌根的形成与土壤几丁质酶活相关性的研究

盆栽条件下，对棉花ＶＡ菌根的形成与根区土壤中几丁质酶活的相关性及其动态变化的研究结果表明．接种ＶＡ菌根真菌Ｇｌｏｍｕｓｍｏｓｓｅａｅ形成的菌根可促进解几丁质微生物的增殖，并能诱导出较高的土壤几丁质酶活性．酶活增长与菌很感染率成正相关；接种ＶＡ菌根真菌的处理与未接种对照比较，差异显著或极显著．     

土壤氨氧化细菌对大气CO2浓度增高的响应

利用FACE(free-air carbon dioxide enrichment,开放式空气CO2浓度增高)试验平台,研究大气CO2浓度增高对土壤氨氧化细菌的数量、优势菌群及其硝化活性的影响.结果表明,大气CO2浓度增高时,土壤氨氧化细菌的数量在常氮水平上趋于减少,而在高氮水平上与对照没有差异.大气CO2浓度增高对土壤氨氧化细菌的优势菌群也产生明显影响.CO2浓度增高条件下,亚硝化球菌(Nitrosococcus sp.)和亚硝化弧菌(Nitrosovibrio sp.)是优势菌属;而在对照条件下,亚硝化单胞菌(Nitrosomonas sp.)和亚硝化球菌(Nitrosococcus sp.)是优势菌属.另外,CO2浓度增高条件下优势菌株的硝化活性也有不同程度的减弱.     

无机硅叶面肥及土壤调理剂对水稻铅、镉吸收的影响

喷施叶面阻控剂和施用土壤调理剂是目前污染稻田治理的主要措施,针对不同污染类型、污染程度稻田研发效果较好的叶面阻控剂及土壤调理剂是研究重点。文章通过2019年的田间试验研究无机硅叶面肥及土壤调理剂对中重度铅镉复合污染稻田水稻铅镉阻控效果。共设3个处理:常规施肥处理(CK)、常规施肥+喷施无机硅叶面肥处理(L-Si)、常规施肥+施用无机硅土壤调理剂处理(S-Si)。结果表明:L-Si处理土壤中铅质量分数较对照(116.00±4.35)mg·kg-1高18.97%;S-Si处理较对照(5.51±0.06)能够显著提高稻田土壤pH值0.73,土壤中铅和镉分别较对照(116.00±4.35)、(1.89±0.03)mg·kg-1高12.07%和14.81%。L-Si处理下铅在根、叶片、稻米中富集较对照分别减少11.69%、12.40%和38.46%;镉在叶片、稻壳、稻米中较对照显著减少了18.10%、5.84%和40.84%。而S-Si处理中铅在根、茎、叶、稻壳、稻米中富集量较对照显著减少11.69%、36.93%、15.16%、23.47%和51.28%;镉在根、茎、叶、稻壳、稻米中富集量显著降低12.93%、42.28%、61.75%、59.85%和49.21%。L-Si及S-Si处理水稻产量较对照(7052.27±95.07)kg·hm^-2分别提高3.24%和4.09%。综上所述,无机硅经叶面吸收后,在减少叶片中铅富集的同时减少了根系对土壤铅的吸收,将经根系吸收的铅富集于茎和稻壳中;而在减少叶片中镉富集的同时并未减少根系对镉吸收,将经根系吸收的镉富集于根和茎中。无机硅土壤调理剂在将土壤中铅和镉固定于土壤中的同时阻隔了水稻根系对铅和镉下吸收,因此水稻根、茎、叶、稻壳、稻米中铅和镉的含量均显著降低。     

Long-term CO2 enrichment of a forest ecosystem: implications for forest regeneration and succession.

The composition and successional status of a forest affect carbon storage and net ecosystem productivity, yet it remains unclear whether elevated atmospheric carbon dioxide (CO2) will impact rates and trajectories of forest succession. We examined how CO2 enrichment (+200 microL CO2/L air differential) affects forest succession through growth and survivorship of tree seedlings, as part of the Duke Forest free-air CO2 enrichment (FACE) experiment in North Carolina, USA. We planted 2352 seedlings of 14 species in the low light forest understory and determined effects of elevated CO2 on individual plant growth, survival, and total sample biomass accumulation, an integrator of plant growth and survivorship over time, for six years. We used a hierarchical Bayes framework to accommodate the uncertainty associated with the availability of light and the variability in growth among individual plants. We found that most species did not exhibit strong responses to CO2. Ulmus alata (+21%), Quercus alba (+9.5%), and nitrogen-fixing Robinia pseudoacacia (+230%) exhibited greater mean annual relative growth rates under elevated CO2 than under ambient conditions. The effects of CO2 were small relative to variability within populations; however, some species grew better under low light conditions when exposed to elevated CO2 than they did under ambient conditions. These species include shade-intolerant Liriodendron tulipifera and Liquidambar styraciflua, intermediate-tolerant Quercus velutina, and shade-tolerant Acer barbatum, A. rubrum, Prunus serotina, Ulmus alata, and Cercis canadensis. Contrary to our expectation, shade-intolerant trees did not survive better with CO2 enrichment, and population-scale responses to CO2 were influenced by survival probabilities in low light. CO2 enrichment did not increase rates of sample biomass accumulation for most species, but it did stimulate biomass growth of shade-tolerant taxa, particularly Acer barbatum and Ulmus alata. Our data suggest a small CO2 fertilization effect on tree productivity, and the possibility of reduced carbon accumulation rates relative to today's forests due to changes in species composition.     

作物地上部氨排放及对大气氮沉降的吸收

为研究作物地上部分氨排放以及对大气氮沉淀的吸收情况,以水稻(Oryza saliva L.)品种武运粳7号和小麦(Triticumaestivum L.)品种扬麦15为例.在盆栽条件下,利用~15N同位素示踪技术,采用探索性的研究方法,初步分析了水稻成熟期植株NH_3排放和小麦植株直接吸收的大气沉降氮.结果表明,土培的水稻品种武运粳7号地上部植株成熟期排放氨氮(NH_3-N)量约占当季总施氮(N)量的(0.50±0.21)%;收获后水稻植株不同部位~(15)N丰度值以根部最高,茎叶次之,籽粒最低,这与植株体内养分的运移顺序变化一致;贫化~(15)N小麦砂培试验测定的包括植株直接吸收在内的大气氮沉降数量为N(14.8±4.3)kg·hm~(-2),低于国外类似方法以其它作物作为研究对象的测定结果.     

臭氧和氮肥交互对小麦干物质生产、N、P、K含量及累积量的影响

利用中日合作建立的亚洲首个稻麦轮作开放式臭氧浓度升高（ozone-free air controlled enrichment,O3-FACE）平台,选取小麦品种（Tritcium aestivum）扬麦16为试材,研究了不同臭氧和氮肥水平下,小麦不同部位干物质量以及N、P、K质量分数的变化。结果表明,臭氧胁迫下,常氮水平小麦根、叶和穗干物质量以及根冠比与对照相比均显著降低,降幅分别为37.4%、17.4%、12.8%、29.8%,而增施氮肥后,小麦根叶穗及根冠比与常氮下相比均显著增加,增幅分别为60.5%、23.2%、10.7%、43.6%;常氮条件下,臭氧浓度升高明显降低N、P、K累积量及成熟期叶中N、P、K质量分数,降幅分别为10.93%、11.65%、7.64%、23.87%、14.81%、14.9%,而成熟期穗中N、P、K质量分数明显增加,增幅分别为6.15%、10.34%、13.12%,增施氮肥后,N、P、K累积量及小麦叶中N质量分数与常氮相比明显增加,增幅分别为15.58%、11.91%、9.00%、10.74%,叶中P、K质量分数也有所增加但增幅很小,而增施氮肥对其他部位的N、P、K质量分数影响不大。臭氧和氮肥对茎部干质量及N、P、K质量分数影响均不明显。总之,增施氮肥对小麦在臭氧胁迫下的生物量累积和养分累积有一定的缓解作用。     

氯丹和灭蚁灵污染场地土壤对陆生生物的毒性效应

为向污染土壤的监测、生态毒理诊断及修复提供方法和数据,以氯丹、灭蚁灵污染场地土壤为供试土壤,测定了氯丹、灭蚁灵复合污染对蚯蚓的急性毒性效应以及对小麦、小白菜、玉米和水稻4种植物种子发芽率和根伸长抑制率的影响.结果表明,蚯蚓对本场地污染响应十分敏感,处理d 3高浓度组开始出现死亡,此后死亡率随污染物浓度增大而上升,d 14部分高浓度组死亡率达到100%;同一浓度下,氯丹和灭蚁灵对4种植物种子根伸长抑制率均显著大于对种子发芽的抑制率,植物的根生长比种子发芽对有机污染物的毒性更为敏感.4种植物种子对污染场地土壤的敏感性为小麦>小白菜>水稻>玉米.氯丹和灭蚁灵对蚯蚓的毒性要大于对这几种植物的毒性,蚯蚓对氯丹和灭蚁灵的响应更加敏感.因此,蚯蚓作为指示生物,其急性毒性试验可作为氯丹和灭蚁灵污染场地的诊断指标,诊断周期以14 d为宜.     

复合污染下Cu、Cr、Ni和Cd在水稻植株中的富集特征

掌握水稻对污染土壤中重金属的吸收和富集特征,为科学认识水稻中重金属的残留问题、健康风险提供理论依据。采用田间试验,研究了4个不同处理量Cu、Cr、Ni、Cd复合污染下水稻的富集特征及其随生育期的变化规律。结果表明,重金属在水稻植株各部位中吸收富集系数的大小依次为：Cd〉Cu〉Ni〉Cr,根部重金属吸收富集系数是地上各部位的吸收富集系数的2~100倍。各重金属在水稻植株不同部位的积累分布明显不同,成熟期水稻植株中Cu在水稻不同部位的质量分数为根〉茎≥叶〉米粒〉谷壳,Ni的分布规律为根〉叶〉茎〉米粒〉谷壳,Cr的分布规律为根〉叶〉谷壳≥茎〉米粒,Cd的分布规律为根〉茎〉叶〉米粒〉谷壳;且随着重金属处理量的增加,水稻植株不同部位的重金属质量分数也呈上升趋势。成熟期米粒中Cu、Ni、Cr和Cd的质量分数范围分别为：4.50~6.19、1.86~4.63、0.72~0.76和0.08~0.39 mg·kg-1,与无公害食品标准（GB15199-94、GBT2762-2005）相比,米粒中Cu和Cr的质量分数均未超标,而Ni和Cd（Cd高剂量处理时）的质量分数均超标,存在食用安全风险。重金属在水稻植株不同部位的质量分数随生育期均呈现先升后降的趋势,灌浆中期达到最大,而到成熟期又明显降低。不同重金属在水稻植株中的富集能力和分布规律均呈现明显差异,不同生育期水稻植株中重金属的质量分数明显不同但其质量分数变化呈明显规律性。