植物地上部分对大气CO2浓度升高的响应

大气CO2浓度升高对植物的影响，主要是促进了植物生长早期的光合作用，同时也增加了对其他资源的需求；植物的光合作用也存在对高CO2浓度的适应，不会一直维持较高的光合水平，而且植物的呼吸作用也可能会增加；大气CO2浓度升高和其他环境条件，如水分，温度和光照等对植物生长和产量存在相互作用，可以部分弥补条件的不足，也影响作物和杂草的竞争关系；自然植物群落由于有很高的多样性和复杂性，对其研究应该在生物群落水平上进行，用外推法回到植物水平，而不是相反，而且自然物种间的竞争是激烈的，CO2浓度升高或其他因素带来的任何改善，都会明显地改变竞争平衡。     

近地层臭氧浓度升高对麦田土壤氨氧化与反硝化细菌活性的影响

利用臭氧FACE(free-air O3concentration enrichment,开放式空气臭氧浓度增高)试验平台,研究近地层臭氧浓度(臭氧摩尔分数平均为70 nmol.mol-1)升高对小麦不同生育期植株氮吸收量,土壤w(全氮)、w(矿质氮)、脲酶活性、氨氧化细菌数量、反硝化细菌数量以及小麦成熟期土壤硝化与反硝化作用强度的影响。结果表明,与对照(臭氧摩尔分数平均为45 nmol.mol-1)相比,臭氧浓度升高条件下小麦不同生育期氮吸收量总体趋于升高,土壤w(全氮)、w(铵态氮)和w(硝态氮)总体趋于下降,在小麦成熟期土壤w(全氮)和w(铵态氮)分别比对照下降9%和71%(P0.05),而w(硝态氮)比对照下降36%;臭氧浓度升高使小麦不同生育期土壤脲酶活性总体趋于增强,在拔节期、抽穗期和灌浆期均显著高于对照(P0.05);随着小麦的生长,臭氧熏蒸土壤氨氧化细菌和反硝化细菌数量也趋于升高,在小麦成熟期均显著高于对照(P0.05)。在小麦成熟期,尽管臭氧熏蒸土壤单个氨氧化细菌的硝化活性比对照下降57%,但土壤整体硝化强度却比对照提高123%;臭氧熏蒸土壤反硝化作用强度与对照相比无明显差异,但单个反硝化细菌的反硝化活性却比对照降低96%,达显著水平(P0.05)。认为臭氧浓度升高促进了小麦对土壤氮素的吸收,导致土壤氮素库存量降低,进而加快了土壤中氮素的转化,表现为脲酶活性升高,氨氧化细菌和反硝化细菌数量增加,但它们的代谢活性反而下降。     

不同氮水平下秸秆和活性碳对土壤不同粒级碳的影响

利用采集自FACE(Free Air Carbon Dioxide Enrichment)技术平台上田间培养的土壤样品,通过温室培养的方法,研究不同CO₂浓度下导致作物生物量增加和更多碳输入对土壤含碳量的影响. 结果表明, CO₂浓度高(即通过秸秆还田和根系进入土壤的含碳量增加)时,其显著影响碳在不同粒级土壤中的转化,粒径>53 μm土壤的含碳量增加,粒径<53 μm土壤的含碳量降低;在没有秸秆加入的常规氮水平下与有秸秆加入的低氮水平下,含碳量变化幅度较大;单位土壤各粒级的含碳量均有增加,有秸秆加入,活性碳(葡萄糖)量越大,含碳量增加幅度越大;没有秸秆加入,活性碳量越大,总碳含量增加幅度越小. 而不同氮水平下秸秆的分解代谢对土壤不同粒级碳的影响还不明确,有待继续研究.      

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。     

大气CO_2浓度升高对稻田土壤Ca、Mg含量的影响

为了研究稻田生态系统中土壤钙、镁元素生物地球化学循环对大气CO2浓度升高的响应。利用中国稻/麦轮作FACE（Free Air Carbon-dioxide Enrichment）试验平台,研究大气CO2浓度升高（比周围大气高200μmol mol-1）对2007年稻季各生育期不同深度土壤溶液ρ（Ca）、ρ（Mg）的影响。结果表明,大气CO2浓度升高降低了5 cm处土壤溶液ρ（Ca）、ρ（Mg）,有增加稻季30、60和90 cm处土壤溶液ρ（Ca）的趋势,其增幅分别为18.3%、12.4%和15.3%;大气CO2浓度升高会增加稻季Ca淋溶损失风险;稻季不同深度土壤溶液ρ（Ca）、ρ（Mg）对大气CO2浓度升高的响应有所不同。稻田生态系统不同深度土壤Ca、Mg循环对大气CO2浓度升高的响应值得深入研究。     

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.     

大气CO2含量升高对稻田水体微量元素流失的潜在影响

日益增多的研究表明,大气CO2含量升高能显著影响陆地生态系统的土壤微量元素状况,但有关湿地生态系统水体微量元素状况的相关研究非常少.为此,本研究借助我国稻田FACE(Free Air CO2 Enrichment)试验(位于江苏省江都市,始于2004年),于2007年对稻田水体中过滤性铁、过滤性锰和总锌的变化进行了动态监测.结果表明:大气CO2含量升高提高了稻田水体中过滤性铁,总锌及返青期、分蘖期和拔节期过滤性锰的质量浓度,但降低了孕穗期过滤性锰的质量浓度,与对照相比,FACE田块过滤性铁、总锌质量浓度平均提高了21.12%、50.20%;过滤性锰在返青期、分蘖期和拔节期平均提高了13.27%,孕穗期降低了18.03%;不同施氮水平下,过滤性铁、过滤性锰和总锌质量浓度差异不显著.上述结果还表明,大气CO2含量增高可能通过田间排水尤其是由水稻生长前期暴雨而导致的洪涝来加重稻田生态系统微量养分流失的风险.     

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．     

镧积累对红壤有效养分的影响

通过室内培养和盆栽试验 ,研究了镧积累对红壤有效养分的影响。结果表明 ,镧积累降低了土壤有效氮、有效磷含量 ,有效氮、有效磷含量与镧浓度呈显著的负相关 ,镧对土壤有效钾的影响不明显。