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。     

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。     

开放式臭氧浓度升高对2个冬小麦品种光合损伤的研究

在开放式臭氧浓度升高（ozone-free air controlled enrichment,O₃-FACE）平台上,观测了高浓度臭氧（正常大气臭氧浓度的基础上增加50%）对2个冬小麦(Tritcium aestivum L.)品种（烟农19和扬麦16）在灌浆期内功能叶片光合损伤的情况．观测显示,整个灌浆期内2个小麦品种有关参数响应的趋势表现一致:①净光合速率（P_n）逐渐下降,在臭氧处理35 d时,烟农19和扬麦16降幅分别达到56.21%和21.82%．②荧光动力学参数F_v/F_m（最大光化学量子产量）、q_p（光化学淬灭系数）、Φ_exc（PSⅡ有效光化学量子产量）、Φ_PSⅡ（PSⅡ实际光化学量子产量）呈下降趋势,NPQ（非光化学淬灭系数）逐渐上升;在能量分配方面,吸收的光能在PSⅡ天线色素的耗散部分（%D）升高、用于PSⅡ光化学反应的部分（%P）降低,而不属于前两者的其它消耗部分（%X）变化不明显．在臭氧处理35　d时,烟农19和扬麦16的Φ_PSⅡ分别下降24.42%和9.97%.③光合色素参数Chla/Chlb(叶绿素a/叶绿素b）比值上升,而Chlt/Car(叶绿素/叶黄素)的比值下降.④叶绿体内依赖Mg²⁺、Ca²⁺的ATP_ase(ATP酶)活性和ATP含量均增加．上述参数随臭氧处理时间延长,变化幅度和品种间的差异趋于显著,当臭氧处理35 d时,变幅最大,且烟农19变幅显著大于扬麦16．结果表明,在臭氧浓度升高环境下,作物通过增加热耗散、改变色素含量和结构、提高ATP_ase活性等进行防御和损伤修复．随着处理时间的增加,臭氧对冬小麦的光合损伤具有累积效应,且2个品种表现出较大的差异性．     

大气CO2体积分数升高环境温度与土壤水分对农田土壤呼吸的影响

植物-土壤生态系统土壤呼吸与温度、水分环境因子的关系对评价目前大气CO2浓度持续升高背景下陆地生态系统土壤碳库的变化趋势具有重要意义.依托FACE(free air carbon dioxide enrichment)技术平台,利用阻断根法,采用LI-6400红外气体分析仪(IRGA)-田间原位测定的方法,研究了大气CO2体积分数升高对稻(Oryza sativa L.)/麦(Triticum aestivum L.)轮作制中麦田的土壤呼吸、基础土壤呼吸和呼吸主要影响因子,分析了大气CO2体积分数升高后温度与水分对土壤呼吸的影响.结果表明,在整个测定期间,土壤呼吸与基础土壤呼吸速率呈明显的季节变化,与气温和土壤温度季节变化趋势基本一致,呼吸速率与温度具有显著的相关性,是影响土壤呼吸的控制性因素;呼吸速率与土壤含水量无显著的相关性,土壤水分是研究区麦田土壤CO2排放的非限制性因素,且温度与土壤含水量间的交互效应对土壤呼吸的影响不显著.基础土壤呼吸比作物下的土壤呼吸更易受温度影响,土壤温度比气温能更好地解释土壤CO2排放的季节性变化.而CO2体积分数增加降低了温度与呼吸速率间的相关系数和Q10,表明温度对土壤CO2排放的影响程度下降.但高CO2体积分数环境中植物-土壤生态系统的土壤呼吸对温度增加敏感性的降低,有利于减缓土壤碳分解损失的速度.结果有助于评价未来高CO2体积分数气候变暖背景下植物-土壤系统下的农田生态系统土壤碳的固定潜力.     

臭氧胁迫对水稻的光合损伤与施氮的缓解作用

利用稻/麦O3-FACE（Ozone-free air controlled enrichment）试验平台,以杂交籼稻汕优63（SY63）和常规籼稻扬稻6（YD6）两个耐性不同的水稻（Oryza sativa L.）品种为材料,根据净光合速率和叶绿素荧光参数指标,研究分蘖期和抽穗期增施氮（N）肥对O3胁迫导致的水稻光合损伤的缓解作用。结果表明：（1）增施N肥可以减轻O3对SY63和YD6净光合速率（Pn）的影响,且前期增施N肥效果更显著。（2）O3升高条件下SY63和YD6的最大光量子效率（Fv/Fm）、实际光量子效率（ΦPSⅡ）和光化学猝灭（qP）有下降趋势,PSⅡ所吸收光能用于光化学部分（P%）减少,热耗散部分（D%）增加;提高施N量可减小O3引起的叶绿素荧光参数的变化幅度,有利于提高光合效率,其中增施分蘖肥的效果较理想。（3）大气O3体积分数升高会降低SY63和YD6的N素总积累量,增施N肥后有上升趋势,且前期施N肥增幅较大。总之增施氮肥在一定程度上可缓解O3对SY63和YD6的光合损伤,且在水稻生长前期增施效果更好。     

稀土元素La对油菜某些生理指标的影响及其临界浓度

通过水培试验 ,研究了稀土元素La对油菜生物量和叶绿素含量、硝酸还原酶活性、根系活力、POD活性等一系列生理指标的影响。结果表明 :喷施或根施 0 0 3～ 3mg/kg的La3+对油菜的生长起了一定的促进作用 ,表现为生物量、叶绿素含量、硝酸还原酶活性和根系活力增加 ;而高于 3 0mg/kg浓度的La3+对油菜的生长产生了抑制作用 ,油菜生物量、叶绿素含量、硝酸还原酶活性和根系活力降低 ,POD活性增高。La对油菜的临界浓度为 3 0mg/kg。     

红壤中La对油菜的剂量效应和临界浓度

通过盆栽试验,研究了红壤中不同浓度La对油菜的生长、产量、叶绿素含量和过氧化物酶活性的影响.结果表明:低浓度La可促进油菜生长并增加产量,但达不到显著水平;300mg·kg^-1以上的高浓度La则显著抑制油菜生长和降低产量.La浓度为600mg·kg^-1时油菜死亡,油菜产量降低一半时的EC50=300mg·kg^-1.La浓度为15 mg·kg^-1时油菜叶片叶绿素和叶绿素a/b分别减少,POD活性随La的浓度的增加和施加时间的延长而逐渐增加.     

转Bt水稻土壤微生物多样性对O3浓度升高的响应

利用中国农田开放式O3 浓度升高(O3-FACE)平台,于2010年和2011年对O3浓度升高和田间自然条件下转Bt基因水稻Bt汕优63(Bt-SY63)及其常规水稻汕优63(SY63)根际土壤微生物群落功能多样性进行了研究.结果表明, O3浓度升高使Bt-SY63和SY63水稻土壤微生物总体活性有降低的趋势, O3浓度升高未使两基因型水稻土壤微生物的丰富度、优势度和均一度发生显著变化. O3浓度升高显著地改变了Bt-SY63土壤微生物碳源基质的利用方式,使其土壤微生物由对糖类及其衍生物具有较强的利用能力转向对代谢中产物和次生代谢物具有较强的利用能力,而对SY63土壤微生物碳源基质的利用没有显著影响.因此,从稻田土壤微生物群落对O3浓度升高的不同响应来看,Bt-SY63可能比SY63更敏感.