大气CO_2浓度倍增对稻田生态系统钙、镁、硅离子流失的潜在影响

钙、镁、硅元素是土壤圈、水圈和生物圈的重要组成元素,其迁移与转化过程不仅影响到生态系统生产力,而且对全球碳循环起着重要的调控作用.大气CO2浓度升高可能直接通过影响土壤理化性状,或间接通过影响植物而作用于陆地生态系统矿质元素的迁移和转化过程,目前这方面的研究主要集中在旱地生态系统.为此,本研究借助国际上唯一的稻田FACE(Free Air CO2 Enrichment)实验(位于江苏省江都市,始于2004年),于2006年对稻田水体中这3种元素的浓度变化进行了动态监测.结果表明,FACE条件下稻田水体钙、镁、硅离子的浓度显著高于对照稻田(P<0.01),三者分别平均提高了32.26%,74.16%和77.88%.FACE条件下,稻田水体中钙离子浓度在水稻生育旺期提高最大,比对照平均提高了33.23%,初期提高最小,为28.66%,后期提高了32.94%;镁离子在初期提高最大,为112.96%,旺期提高最少,平均为62.89%,后期则提高了69.14%;硅离子也是在初期提高最大,为163.19%,后期提高最小,为31.43%,旺期则平均提高了64.92%.不同生育期之间,各离子浓度存在显著差异(P<0.01).上述结果表明,大气CO2浓度倍增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钙、镁、硅的流失风险,潜在影响陆地生态系统与水生生态系统间矿质元素的交换及生物地球化学循环过程.     

冬小麦旺盛生长期间CO2浓度升高对根际呼吸的影响

依托FACE（free air carbon dioxide enrichment）技术平台,利用阻断根法,采用H6400红外气体分析仪（IRGA）-田间原位测定的方法,研究了大气CO2浓度升高和不同氮肥水平对水稻／小麦轮作制中冬小麦旺盛生长期间根际呼吸的影响。结果表明,在整个测定期间,大气CO2浓度升高增强了根际呼吸速率,提高了根际呼吸排放量。在高N和低N处理中,高CO2浓度下的根际呼吸总排放量分别比Ambient极显著增加117．0％和90．8％。根际呼吸速率在孕穗初期达到最大值;使根际呼吸在土壤呼吸中的比重由24．5％（LN）～26．7（HN）提高到39．8％（LN）～47．1％（HN）。CO2浓度升高与氮肥用量对根际呼吸产生交互效应。表明大气CO2浓度升高将加快土壤向大气的CO2排放,结果将有助于评价未来高CO2浓度背景下农田生态系统土壤碳的固定潜力。     

大气CO2浓度升高对稻田水体细菌及大肠菌群数量的影响

稻田水体中细菌(尤其是其中的大肠菌群)数量的多少及活性深刻影响着水体质量和物质循环,然而大气CO2浓度升高对它们的影响至今鲜有报道.为此,借助国际上唯一的稻麦复种FACE(free air CO2 enrichment)试验(位于江苏省江都市,始于2004年),于2006年对稻田水体中细菌数量、大肠菌群数量、总有机碳量和总氮量等进行了动态监测.结果表明,大气 CO2浓度升高显著提高了以上各指标在稻田水体中的含量(P <0.01),在整个水稻生育期,与对照相比,水体中的细菌数量、大肠菌群数量、总有机碳量和总氮量平均分别提高了45.9%、68.8%、31.2%和25.9%,不同生育期之间上述各指标存在显著差异(P<0.01).可见,大气CO2浓度升高不仅可通过改变稻田水体质量的方式来影响水稻的安全生产,而且还可能通过田间排水尤其是水稻生长前期的暴雨导致的洪涝来加重稻田生态系统向周边居民井水和其它水域的细菌和大肠菌群的输出量,从而可能影响周边水体质量及人体健康.     

大气CO2增加对陆地生态系统微量气体地-气交换的影响

简要综述了近年来国内外在大气CO2浓度增加对微量气体交换影响方面的研究进展,首先介绍了有关大气CO2浓度增加的研究技术和方法,比较了目前两种常用技术开顶箱（OTC）和开放式空气CO2增加（FACE）方法的优缺点,然后着重阐述了用OTC和FACE研究陆地生态系统CH4、N2O、CO2等微量气体的地气交换对大气CO2浓度增加的响应,综合现有的资料表明,大气CO2浓度增加,会促进绿色植物生物量增加,同时改变生物质的C/N,降低有机质的分解速率,增强了陆地生态系统对大气CO2的固特作用;大气CO2浓度增加会提高产甲烷菌的活性和影响CH4的排放过程,有可能导致湿地生态系统CH4的排放增加;大气CO2浓度增加对N2O排放影响的研究较少,且尚无一致的结论;另外,对于其他微量气体,尚没有盯关研究报道,鉴于此,今后应加强大气CO2浓度增加的微量气体地气交换响应研究。     

FACE水稻生育期模拟

利用农田开放式空气CO2浓度增高（FACE）技术平台,设置大气CO2浓度比对照高200μmol mol^-1的FACE处理和不同的施N量水平,以水稻钟模型为基础,构建了FACE水稻生育期模拟模型。通过不同年度试验数据的检验,表明模型对CK及FACE条件下水稻不同生育期天数的预测性能好。不同生育期预测误差的根均方差（RMSE）最大为2．64d,最小只有0．15d,且相关系数均达到了极显著水平。说明FACE水稻生育期模型具有较高的预测性和适用性。     

大气CO2浓度升高对绿豆叶片光合作用及叶绿素荧光参数的影响

利用FACE系统在大田条件下通过盆栽试验研究了大气CO2浓度升高[CO2浓度平均为(550+60) μmol·mo1-1]对绿豆叶片光合生理和叶绿素荧光参数的影响.结果表明:与对照[ CO2浓度平均为(389+40) μmol·mol-1左右]相比,大气CO2浓度升高使花荚期绿豆叶片净光合速率(Pn)和胞间CO2浓度(Ci)分别升高11.7％和9.8％,气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)分别下降32.0％和24.6％,水分利用效率(WUE)提高83.5％;在蕾期,CO2浓度升高对绿豆叶片叶绿素初始荧光(Fo)、最大荧光(Fm)、可变荧光(Fv)、Fv/Fm和Fv/Fo没有显著影响;在鼓粒期,CO2浓度升高使绿豆叶片Fo增加19.1％,Fm和Fv分别下降9.0％和14.3％,Fv/Fo和Fv/Fm分别下降25.8％和6.2％.表明大气CO2浓度升高可能使绿豆生长后期光系统Ⅱ反应中心结构受到破坏,叶片的光合能力下降.     

水稻产量及其构成因子对空气CO2浓度增高响应的QTL分析

自由空气CO2浓度增加设施（Free air carbon dioxide enrichment．FACE）使得实际地模拟未来植物生长所处的CO2浓度增加环境变为可能。FACE下．作物生长和产量发生不同程度的加速和提高,而分析作物产量因子对CO2浓度增加响应的遗传基础将有利于对CO2环境变化做出敏感响应的遗传特性的认识,有利于适合未来空气CO2浓度增加环境的高产品种的培育。以粳稻品种Asominori与籼稻品种IR24的杂交组合所衍生的染色体片段置换系（CSSLs）为材料进行田间试验,分别在FACE（约570umol CO2／mol）和正常大气（约370umol CO2／mol）下对籽粒产量及其构成因子等数量性状位点（QTL）进行了分析。结果表明,在FACE下,Asominori和IR24的有效穗数、穗粒数和单株籽粒产量均显著高于对照下的,并且FACE下,65个置换系的变幅范围均大于对照下的;在第1．2,4,6．7,9和12染色体上检测到LOD值在2．5—5．7范围内的控制上述产量性状的20个QTL．其中有3个可以同时在FACE和正常大气下检测到．其余的则只是在某一种CO2环境下检测到。此外,还检测到2个QTL（qFT12 and qGP4）存在着与环境的加性互作效应。可以推论．空气中CO2浓度的增加诱导了部分对CO2浓度敏感的QTL表达,控制水稻产量性状的QTL与CO2增加的环境发生了互作效应。预计利用分子标记辅助育种途径可以培育出适用于未来CO2浓度增加环境下的高产水稻品种。     

瓣结鱼含肉率及肌肉脂肪酸、矿质元素的分析

本文测定和分析了瓣结鱼的含肉率及肌肉中脂肪酸和矿质元素组成。结果表明,瓣结鱼平均含肉率为66．91％。瓣结鱼肌肉中共有14种脂肪酸。其中饱和脂肪酸为5种,平均质量分数为39．49％;不饱和脂肪酸有9种,质量分数平均值为58．83％。瓣结鱼肌肉9种矿质元素中,钙等常量元素的平均含量在116．35mg／100g～1313．33mg／100g之间,而铜等微量元素含量的平均值则在0．19mg／100g～5．20mg／100g之间。瓣结鱼肌肉平均钙磷比为1：4．31。相关分析表明,瓣结鱼的含肉率及肌肉中脂肪酸和矿质元素随其生长变化显著。t-检验表明,瓣结龟肌肉中脂肪酸和矿质元素在清水江标本和都柳江标本之间存在着显著性差异。     

板栗空篷发生的主要营养物质的变化

为弄清板栗空篷发生的内在原因,迅速提高板栗产量,研究了空篷率（ＥＣ）和正常栗（Ｃ）在受粉受精,幼胚发育和子叶发育三个时期中,总苞和子房（含胚）内的１８种氨基酸,矿质元素和碳水化合物等的含量变化过程。结果表明,氨基酸总量：空篷总苞比正常栗低１４．４２％,空篷子房比正常栗低３８．８３％,矿质元素：空篷总苞比正常栗低的元素有胛（－３７．５％）,镁（－５３．３３％）、硼（－３８．１％）和锌（－２５．６３）     

胞外镁离子对SD成年大鼠心肌细胞胞内钙信号的影响

目的：研究胞外不同浓度的镁离子对SD成年大鼠心肌细胞钙瞬变的影响。方法：采用激光共聚焦显微镜系统同步配合阈上电刺激探测心肌细胞钙瞬变。结果：胞外低浓度的镁离子（0 mmol /L,0.5 mmol /L; 正常镁离子浓度为1 mmol/L）可以升高钙瞬变的峰值（P〈0.05）,但不影响钙瞬变的持续时间（以钙瞬变的半高宽表示）（P〉0.05）;胞外高浓度的镁离子（2.5 mmol /L,5 mmol /L,10 mmol /L）均可抑制钙瞬变的峰值（P〈0.05）;其中5 mmol/L和10 mmol/L的胞外镁还能延长钙瞬变的持续时间（P〈0.05）。结论：正常情况下镁对心肌细胞钙瞬变有抑制作用。     

大气C02浓度升高对稻田土壤溶液中阴离子浓度的影响

利用中国稻/麦轮作FACE(Free-Air Carbon Dioxide Enrichment)试验平台,研究了 大气CO2浓度升高对稻季各生育期耕层土壤溶液中Cl-、CO2-3、HCO-3、SO2-4、NO-3和溶解无机磷(DIP)等阴离子浓度的影响,探讨了稻田生态系统土壤元素地球化学循环对大气CO2浓度升高的响应.结果表明:大气CO2浓度升高降低了土壤溶液SO2-4浓度,提高了HCO-3浓度,与5 cm处相比,其在15 cm处的影响程度更大;大气CO2浓度升高有增加土壤溶液NO-3和溶解无机磷(DIP)的趋势;对CO2-3和Cl-未表现出明显的规律性影响.文章还分析了大气CO2浓度升高对土壤溶液阴离子浓度产生影响的可能机理.     

大气CO2浓度增高对麦田土壤硝化和反硝化细菌的影响

硝化和反硝化细菌是土壤中与氮转化有关的微生物菌群 ,大气CO2 浓度升高可能对它们的数量产生影响。位于中国无锡的稻 麦轮作农田生态系统FACE平台 2 0 0 1年 6月开始运行。本试验在 2 0 0 3年小麦生长季研究了土壤 (0～ 5cm和 5～ 10cm土层 )中硝化和反硝化细菌在大气CO2 浓度升高条件下的变化。试验采用最大可能法 (MPN)计这两种微生物菌群的数量。结果表明 ,0～ 5cm土层硝化菌数拔节期和成熟期FACE低于对照 ,而孕穗期FACE高于对照 ,5～ 10cm土层硝化菌数越冬期与成熟期FACE低于对照 ,大气CO2 浓度升高使得麦田土壤硝化细菌数目减少。 0～ 5cm土层各个生长期反硝化菌数FACE与对照均没有明显差异 ,5～ 10cm土层反硝化菌数拔节期FACE低于对照 ,大气CO2 浓度升高对麦田土壤反硝化菌的影响不大。     

大气CO_2浓度升高对稻田土壤溶液中阴离子浓度的影响

利用中国稻/麦轮作FACE(Free-Air Carbon Dioxide Enrichment)试验平台,研究了大气CO2浓度升高对稻季各生育期耕层土壤溶液中Cl-、CO32-、HCO3-、SO42-、NO3-和溶解无机磷(DIP)等阴离子浓度的影响,探讨了稻田生态系统土壤元素地球化学循环对大气CO2浓度升高的响应。结果表明:大气CO2浓度升高降低了土壤溶液SO42-浓度,提高了HCO3-浓度,与5cm处相比,其在15cm处的影响程度更大;大气CO2浓度升高有增加土壤溶液NO3-和溶解无机磷(DIP)的趋势;对CO32-和Cl-未表现出明显的规律性影响。文章还分析了大气CO2浓度升高对土壤溶液阴离子浓度产生影响的可能机理。     

开放式空气C02浓度增高对水稻冠层能量平衡的影响

大气CO2浓度升高对植物冠层能量平衡的影响是导致植物生长发育和水分利用率发生变化的环境物理原因．利用位于江苏省无锡市安镇的农田自由开放式空气CO2浓度增高(FACE)系统平台,进行水稻冠层微气候和土壤热通量的连续观测,并结合能量平衡分析,研究了FACE对水稻冠层能量平衡的影响．结果表明,水稻冠层显热和潜热通量FACE与对照的差异日最大值出现在14：00左右,与空气相对湿度日最低值出现时间一致;潜热通量FACE与对照的差异日最大值变化在—15-—65J·m^-2·s^-1之间,显热通量FACE与对照的差异最低值变化在12—55J·m^-2·s^-1之间;显热和潜热通量FACE与对照的差异日最大值随冠层上方辐射平衡增加而增大．水稻冠层白天总显热通量FACE均高于对照,而总潜热通量FACE均低于对照．白天总显热和潜热通量FACE与对照的差异在同一生育期内随冠层上方净辐射增强而增大,在不同生育期随生育期推进而减少．开花期至蜡熟期,水稻冠层白天总潜热通量FACE比对照平均低6．7％．FACE使水稻冠层白天总显热通量及其占冠层上方辐射平衡的比例减少,而使总潜热通量及其占冠层上方辐射平衡的比例增大,但对土壤热通量及夜间显热和潜热通量的影响不大．开花期至蜡熟期水稻冠层白天总显热、潜热通量占冠层上方净辐射总量的比例FACE与对照之差平均为5．5％．     

不同硝酸钙和氯化钠浓度处理土壤对番茄植株养分吸收的影响

试验以Ca(NO3)2和NaCl按5：1的比例均匀混合设计0、0．1％、0．3％、0．5％、0．7％的盐浓度5个处理,模拟宁夏不同日光温室的土壤含盐量,以番茄为试验材料,研究了不同浓度盐分对番茄养分吸收的影响。结果表明,在同一生育期内,随着盐分浓度的增大,番茄植株对养分吸收明显减少。在不同的生育期内,对照处理对氮磷钾钙镁的吸收在结果初期达到最大值;0．1％盐分处理对氮磷钾的吸收在结果初期达到最大值,而对钙镁的吸收在收获末期达到最大值;在高盐处理(0．3％以上)中,番茄植株对氮磷钾钙镁的吸收在收获末期达到最大值。     

镉胁迫下硫素对嗜鱼外瓶霉生长、矿质元素与镉含量的影响

镉(100 mg/L)胁迫下,研究不同浓度硫素(硫离子)对深色有隔内生真菌(Dark septate endophyte,DSE)——嗜鱼外瓶霉(Exophiala pinsciphila)菌株生长、矿质元素(钙、镁、氮、磷、硫)与镉含量的影响。结果表明:在100 mg/L镉胁迫下,低浓度(0.06和0.30 mmol/L)和高浓度(3.60和6.60 mmol/L)硫素处理均显著降低菌丝干质量(P0.05),而对培养液孢子数和p H值无影响。培养液硫浓度(0.06,0.30,0.60,3.60和6.60 mmol/L)显著影响菌丝矿质元素和镉含量,其中钙、磷、硫和镉含量在高浓度(3.60和6.60 mmol/L)处理下显著增加,在低浓度(0.06和0.30 mmol/L)处理下却显著下降;低浓度处理显著增加菌丝氮含量。菌丝镉含量(0.53～3.55 g/kg)和培养液硫浓度与菌丝矿质营养元素磷、硫、钙呈极显著正相关。镉胁迫下,外源添加高浓度的硫会降低菌株镉耐性,抑制DSE的生长和对矿质元素的吸收利用,而正常浓度的硫添加有助于菌株生长。     

CO2浓度增加和不同氮肥水平对冬小麦根系呼吸及生物量的影响

依托FACE（Free-air CO2 enrichment）研究平台,利用特制分根集气生长箱,采用静态箱-GC（Gas chromatography）法,连续两年研究了大气CO2浓度升高和不同氮肥水平对冬小麦拔节期、孕穗抽穗期和灌浆末期的根系呼吸及生物量的影响。两季结果表明,CO2浓度升高和高氮肥量均不同程度地增加了3个阶段的地上部和地下部的生物量,这有利于增加根茬的还田量;CO2浓度升高对冬小麦不同生长阶段的根系呼吸影响不同,在拔节期影响较小;孕穗抽穗期显著增加了根系呼吸,2004～2005季分别增加33．8％（148．1mg N&#183;kg^-1干土,HN）和43．9％（88．9mg N&#183;kg^-1干土,LN）,2005～2006季分别为23．8％（HN）和28．9％（LN）;而灌浆末期显著降低了根系呼吸,2004～2005季分别降低31．4％（HN）和23．3％（LN）,2005～2006季分别为25．1％（HN）和18．5％（LN）;高施氮量比低施氮量促进了根系呼吸;随着作物生长根系呼吸与地下生物量呈显著线性负相关,高CO2环境中的R^2变小,表明随着作物生长发育高CO2浓度降低了作物根系呼吸与地下部生物量积累间的相关性。     

两种落叶分解过程中养分和碳素的行为

利用分解袋法对日本亚高山针叶林的针叶(Abies veitchii Lindl,and A.mariesi Mast.)和阔叶(Betula ermanii Cham.and B.corylifolia Regal.et Maxim．)凋落物进行了分解实验研究。结果表明尽管分解初期的两种凋落物的养分以及分解后期凋落物剩余重量差异很大,但两种凋落物养分浓度在分解后期(30个月以后)趋于一致。这种趋同现象在不同养分中有不同的趋同机制。氮元素浓度升高到分解后期浓度差变小,这种现象是由于分解菌的固持作用及受木质素的束缚所致;钾和镁在分解初期浓度急剧下降,进而浓度差变小,是由于淋溶作用所致。在分解过程中这些元素非常容易被淋溶掉,直到和土壤中的浓度达到一致为止。钙是结构元素,它的行踪和有机物组分有密切关系。由于分解后期有机组分木质化和腐殖质化进而浓度趋同,所以钙的浓度也相应趋同。     

植物在硅生物地球化学循环过程中的作用

硅是地球上重要的矿质元素,在许多生物地球化学过程中起着重要作用。传统认为硅的循环主要受岩石风化、矿物溶解和水体沉积的影响。实际上,植物在硅的生物地球化学循环中起着重要作用。植物体本身就是一个相当大的硅库,它们能以无定型硅(SiO2.nH2O)的形式积累硅,称作生物硅(BSi)、植硅石或蛋白石。陆地植物每年以BSi的形式固定约1.68×109～5.60×109t的硅,通过枯枝落叶返回到土壤中的BSi有92.5%被植物再吸收,7.5%进入土壤库。陆地植物从土壤BSi库吸收的硅量远超过从岩石风化释放吸收的硅量,植物-土壤内循环的有效性强烈地影响着陆地生态系统中的硅向河流和海洋的输送。在海洋中,硅藻通过吸收、溶解和沉积在很大程度上影响着海洋里的硅循环,硅藻每年固定的硅约为5.60×109～7.84×109t,同样,在向海底沉积的过程中,97%的BSi重新被硅藻吸收,每年只有1.43×108～2.55×108t(约3%)沉积到海底。可见,植物在陆地生态系统和水生生态系统硅的循环中均起着非常重要的作用,研究硅的全球生物地球化学循环时必须考虑到植物的作用。     

羊草群落主要营养元素吸收相关性分析

在羊草（Ａｎｅｕｒｏｌｅｐｉｄｉｕｍｃｈｉｎｅｎｓｅ）群落中,钾与钙、镁、锰、铜、锌五种元素的含量变化之间具倒数关系;钙、镁、锰、铜、锌五种元素间存在着相互制约关系;其中,钙与镁、铜之间的关系密切（ｒ）０．９）;羊草群落吸收较多的钙可防止锰、铜和镁的毒害作用,并对钾的吸收有促进作用．