CO2浓度升高对三种地被类观赏竹生理特性的影响

运用开顶式气室(OTCs)模拟大气CO₂浓度升高(500、700 μmol·mol^-1)情景,以环境背景大气为对照,研究CO₂浓度升高对3种地被类观赏竹(美丽箬竹、黄条金刚竹和白缟椎谷笹竹)叶片的膜脂过氧化和抗氧化系统的影响及其种间差异.结果表明: 试验进行103 d后,500 μmol·mol^-1CO₂浓度下,3种地被类观赏竹的叶片超氧阴离子含量、丙二醛(MDA)含量、相对电导率和可溶性糖含量总体上没有发生明显的变化,但叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性有一定程度的改变;700 μmol·mol^-1 CO₂浓度下,3个竹种的叶片MDA含量和相对电导率没有发生明显变化,但对叶片超氧阴离子含量、可溶性糖含量和SOD、POD、CAT、APX活性的影响较为明显.不同竹种对CO₂浓度升高环境的适应能力为美丽箬竹＞黄条金刚竹＞白缟椎谷笹竹.     

黄条金刚竹对高浓度CO2和O3及其复合作用的生理响应

以黄条金刚竹为试材,环境背景大气为对照,应用开顶式气室(OTCs)熏蒸法模拟大气高浓度CO2(700μmol.mol-1)、O3(100nmol.mol-1)及其复合作用情景,分析叶片光合色素、膜脂过氧化及抗氧化酶等的变化规律。结果显示:(1)与对照相比,高浓度O3处理103d的黄条金刚竹叶片叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量和叶绿素a/b、叶绿素/类胡萝卜素及SOD、POD、CAT活性均显著下降,而超氧阴离子和丙二醛含量、相对电导率、APX活性均显著升高,类胡萝卜素含量变化不明显。(2)与对照相比,同期高浓度CO2处理的叶片叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量和叶绿素/类胡萝卜素均显著升高,而叶绿素a/b和超氧阴离子、丙二醛含量及SOD、POD、CAT、APX活性显著降低,相对电导率和类胡萝卜素含量变化不明显。(3)高浓度O3和CO2复合作用下,除叶绿素a/b和CAT活性显著下降外,其余测定指标均与对照无明显变化。研究表明:高浓度O3使黄条金刚竹叶片活性氧产生速率提高,抗氧化酶活性和光合色素含量降低,膜脂过氧化程度加剧,膜结构破坏,表现出严重的伤害效应;而高浓度CO2能降低叶片活性氧产生速率,减轻膜脂过氧化程度,提高光合色素含量,表现出保护效应;高浓度O3和CO2复合处理能使叶片维持比高浓度O3处理更高的光合色素含量和抗氧化酶活性,即高浓度CO2能在一定程度上有效地缓解高浓度O3对黄条金刚竹所造成的生理伤害。     

冬小麦幼苗生长和化感物质对CO2和O3浓度升高的响应

利用开顶式气室(OTC), 采用盆栽试验研究了CO₂浓度为550 μL·L^-1、O₃浓度为60 μL·L^-1及CO₂浓度为550 μL·L^-1+O₃浓度为60 μL·L^-1对7个冬小麦品种幼苗生物量和化感物质丁布(DIMBOA)的影响.结果表明：在高CO₂浓度下,冬小麦幼苗地上生物量与丁布含量在品种间存在显著差异,品种碧蚂1号幼苗和根干质量比对照（CO₂浓度为370 μL·L^-1,O₃浓度为40 μL·L^-1）增加了36.8%和24.7%;丁布含量增幅为5.7%~184.6%.除碧蚂1号和陕139外,高浓度O₃导致冬小麦生物量降低,但使所有品种丁布含量显著增加,变幅为0.5~3倍.交互作用下所有品种根干质量降低,长武134地上部质量、根质量和丁布含量降幅最大,分别为82%、27.9%和35.5%;与长武134、远丰175和兰考217丁布含量降低相反,陕139丁布含量增加84.6%.聚类分析显示,不同处理和不同品种均显著影响丁布含量,陕139、兰考217和长武134在高CO₂和O₃浓度处理下聚为一类,而陕139在所有处理中丁布含量均表现为增加.表明化感物质丁布可以作为气候变化条件下,尤其是CO₂和O₃变化下抗性育种的特定指标.     

大气CO2浓度升高对毛竹叶片膜脂过氧化和抗氧化系统的影响

为了解竹子对大气CO2浓度升高的生理响应,为气候变化背景下的竹林适应性管理提供理论依据,运用开顶式气室(OTCs)设置了3个CO2处理浓度(环境大气、500和700μmol·mol-1),探讨了大气CO2浓度升高对毛竹(Phyllostachys edulis)叶片光合色素、膜脂过氧化和抗氧化系统的影响。结果表明:与环境大气比较,500μmol·mol-1浓度处理30d时对毛竹叶片光合色素、膜脂过氧化和抗氧化系统影响并不明显,仅叶片CAT活性显著降低;随着处理时间的延长,对毛竹叶片膜脂过氧化和抗氧化系统的影响逐渐显现,至处理90d时,除叶片可溶性糖含量无明显变化,其他测定指标均有显著变化;700μmol·mol-1浓度处理在不同时间上对毛竹叶片膜脂过氧化和抗氧化系统的影响均较500μmol·mol-1CO2浓度处理明显,处理30d时毛竹叶片可溶性糖含量和抗氧化酶活性有明显变化,处理90d时,各项测定指标均有显著变化;研究表明大气CO2浓度升高一定程度上能增强毛竹的抗氧化能力,但光合产物的过量积累也会造成碳水化合物源-库失衡和Rubisco的再生受到反馈作用抑制。     

O3和CO2浓度升高对油松针叶抗氧化系统的影响

利用开顶箱模拟大气O3与CO2浓度升高,对油松进行了连续4个月的熏蒸实验,探讨了油松针叶抗氧化系统化系统的响应.结果表明:1)高浓度O3显著增加了油松针叶过氧化氢的积累,到处理后期过量的过氧化氢显著地抑制了抗氧化酶活性,如SOD和APX,并且抗坏血酸被耗竭,加剧了膜质过氧化,最终导致了严重氧化伤害;2)高浓度CO2处理中油松针叶抗氧化酶活性普遍低于对照,ASA含量显著高于对照,可能是高CO2浓度促进ASA合成,或者是ASA的消耗减少,到处理后期使H2O2含量比对照降低了15.5%,从而减轻了膜质过氧化产物丙二醛含量,减轻了氧化伤害;3)与O3单因素相比,在协同处理中油松针叶具有较高的抗氧化酶活性和ASA含量,说明高CO2浓度减轻了高O3对抗氧化酶活性的抑制作用,并且提高了针叶内ASA含量,增强了针叶的抗氧化能力,有效地控制了ROS的产生与清除平衡,缓解了高O3带来的氧化伤害.     

CO2浓度升高对红松和长白松土壤呼吸作用的影响

以开顶箱法研究了CO₂浓度升高对红松和长白松土壤呼吸作用的影响.结果表明,500 μmol CO₂·mol^-1使红松和长白松土壤呼吸速率明显降低,土壤表面CO₂浓度升高导致CO₂扩散受阻可能是土壤呼吸受到抑制的主要原因.500 μmol CO₂·mol^-1下两树种土壤表面CO₂浓度明显高于对照箱和裸地条件下的CO₂浓度,增加幅度在40～150 μmol·mol^-1之间;对照箱内长白松土壤表面CO₂浓度略高于裸地,差异不显著,红松差异显著500 μmol CO₂·mol^-1下的长白松土壤全氮及总有机碳含量略高于对照组,差异不显著,红松裸地的碳氮含量明显低于500 μmol CO₂·mol^-1 及对照箱内土壤碳氮含量;500 μmol CO₂·mol^-1 及开顶箱的微环境对地下3 cm处土壤温度没有明显影响.     

CO2浓度升高对干旱胁迫下小麦光合作用和抗氧化酶活性的影响

在CO₂浓度分别为350μmol·mol^-1和倍增浓度(700μmol·mol^-1)的两个开顶式生长室内,研究了干旱胁迫下小麦(Triticum aestivum L.)光合作用和抗氧化酶活性的变化.结果表明,CO₂浓度升高显著提高了小麦的净光合速率,降低了蒸腾速率,提高了气孔阻力和水分利用效率.倍增CO₂浓度明显提高了SOD、POD及CAT酶活性,增强了小麦的抗氧化保护能力和抗旱性.     

CO2浓度倍增对干旱胁迫下黄瓜幼苗膜脂过氧化及抗氧化系统的影响

为了探明CO2浓度倍增对干旱胁迫下黄瓜幼苗氧化损伤的缓解机理,为未来大气CO2浓度升高或温室CO2施肥以及干旱、半干旱地区水分亏缺等逆境胁迫下黄瓜的优质高效栽培提供理论依据和技术参数,以温室专用黄瓜品种津优1号(Cucumissativus L.var.Jinyou No.1)为试材,采用裂区设计,主区因素为CO2浓度处理,设2个CO2浓度水平:大气CO2浓度(≈380μmol/mol,表示为Ambient[CO2])和倍增CO2浓度((760±20)μmol/mol,表示为Doubled[CO2]);裂区因素为水分处理,用PEG6000模拟根际干旱胁迫,设3个水分处理水平:对照(营养液,表示为C)、中度干旱胁迫(含5%PEG6000的营养液,相当于水势ψw=-0.05MPa,表示为M)和重度干旱胁迫(含10%PEG6000的营养液,相当于水势ψw=-0.15MPa,表示为S),研究了CO2浓度倍增对干旱胁迫条件下黄瓜幼苗叶片渗透调节物质含量、膜脂过氧化及抗氧化系统的影响,结果表明:(1)干旱胁迫导致黄瓜幼苗活性氧积累,质膜透性增大,丙二醛含量升高,同时幼苗叶片脯氨酸、可溶性蛋白质和可溶性总糖含量显著增加,抗氧化酶活性(SOD、POD、CAT、APX和GR)显著提高,抗坏血酸(AsA)和还原型谷胱甘肽(GSH)含量显著升高;(2)CO2浓度倍增不仅有利于促进干旱胁迫条件下黄瓜叶片渗透调节物质的积累,而且能够促进干旱胁迫条件下黄瓜叶片抗氧化酶(SOD、POD、CAT、APX和GR)活性的表达,减轻干旱胁迫下活性氧的积累,使膜脂过氧化程度下降,质膜相对透性降低,丙二醛含量减少,对防止植物的氧化损伤具有一定的保护作用。综上所述,推测温室CO2施肥或未来CO2浓度升高可在一定程度上增强黄瓜幼苗的抗旱性和缓解干旱胁迫的负效应。     

岷江冷杉根际土壤微生物对大气CO2浓度和温度升高的响应

应用自控、封闭、独立的生长室系统,研究了川西亚高山岷江冷杉根际土壤微生物数量对大气CO₂浓度升高 (环境CO₂浓度+350(±25)μmol·mol^-1,EC)和温度升高(环境温度+2.2(±0.5)℃,ET)及其CO₂浓度和温度同时升高 (ECT)的响应.结果表明,1)同对照(CK)相比,在6月、8月和10月,EC处理的根际细菌数量分别增加了35%、164%和312%,ET处理增加了30%、115%和209%,而EC和ET处理对根际放线菌和根际真菌数量影响不显著;ECT处理的根际放线菌数量分别增加了49%、50%和96%,根际真菌数量增加了151%、57%和48%,而ECT对根际细菌数量影响不显著.2)3种处理对非根际土壤微生物数量影响均不显著.3)在EC、ET和ECT处理下,微生物总数的根际效应明显,其R/S值分别为1.93、1.37和1.46(CK的R/S值为0.81).     

短期CO2浓度升高和干旱胁迫对白羊草土壤碳氮和微生物根际效应的影响

采用人工气候室和盆栽控水试验研究黄土丘陵区典型草本植物白羊草在倍增CO₂浓度(800 μmol·mol^-1)下和充分供水(75%～80%的田间持水量)、轻度干旱胁迫(55%～60%的田间持水量)和重度干旱胁迫(35%～40%的田间持水量)下根际和非根际土壤碳氮含量和微生物群落结构及其根际效应.结果表明: CO₂浓度升高和干旱胁迫对白羊草根际和非根际土壤有机碳、全氮和水溶性有机碳(DOC)含量及其根际效应均无显著影响.轻度干旱胁迫下CO₂浓度升高显著促进了根际土壤水溶性有机氮(DON)的消耗,导致DOC/DON升高,提高了DON的负根际效应和DOC/DON的正根际效应.干旱胁迫和CO₂浓度升高对土壤总磷脂脂肪酸(总PLFA)和细菌PLFA的根际效应无显著影响.CO₂浓度升高条件下干旱胁迫显著提高了根际土壤G⁺/G^- PLFA,降低了非根际土壤G⁺/G^- PLFA,导致其根际效应显著提高,表明根际微生物群落由自养微生物群落向异养微生物群落的转变.     

玉米 线辣椒套作系统中土壤养分与根际土壤微生物、酶活性的关系

采用玉米单作、线辣椒单作、玉米-线辣椒套作3种栽培模式,并在玉米-线辣椒套作的种间根部设3种不同隔离处理（膜隔、网隔和无隔）,研究了玉米-线辣椒套作系统中土壤生物因子与土壤养分的关系．结果表明：玉米-线辣椒套作具有明显优势;与两作物单作和玉米-线辣椒套作种间根区膜隔处理相比,玉米-线辣椒根区无隔和网隔处理复合群体中两作物根际土壤酶活性、微生物数量、土壤养分均显著提高;除有效镁与真菌种群数量、过氧化氢酶活性呈负相关外,其余速效养分与各生物因子均呈显著或极显著正相关．通径分析表明,该系统中促进有机质累积的主要生物因素是脲酶、过氧化氢酶、细菌和蛋白酶,蔗糖酶是影响碱解氮的最主要因子,脲酶是影响有效磷的最主要因子,细菌是影响有效钾的最主要因子,碱性磷酸酶、真菌只是选择性地对有机质的累积和氮、磷、钾有效养分的形成起作用,放线菌对土壤养分的直接作用系数为负,对土壤养分形成的作用较小．     

不同种植模式对作物根系生长、产量及根际土壤微生物数量的影响

采用多年大田试验研究了小麦-大豆(A1)、小麦-甘薯(A2)、玉米(A3)、小麦/玉米/大豆(A4)和小麦/玉米/甘薯(A5)5种种植模式的根际环境变化特征和根系生长特性.结果表明:与A1、A2、A3和A5相比,A4提高了小麦、玉米、大豆在开花期和成熟期的生物量、根系活力和根干质量,提高了各作物根际土壤细菌、真菌和放线菌数量.各种植模式之间,植株生物量和根际微生物数量的变化规律为套作＞单作、大豆茬口＞甘薯茬口、边行＞中行.小麦/玉米/大豆(A4)套作模式通过改善3种作物的根际环境,促进了作物地下部根系生长和地上部生物量的增加,从而实现作物增产.     

不同氮水平下作物养分吸收与利用

玉米与马铃薯间作是重要的间作种植模式,具有较突出的资源利用和产量优势,但养分吸收和利用对作物产量优势的贡献及这种贡献对施氮量的响应机制尚不清楚.本研究采用玉米单作、马铃薯单作和玉米与马铃薯间作3种种植模式,分别设置N₀(0 kg·hm^-2)、N₁(125 kg·hm^-2)、N₂(250 kg·hm^-2)和N₃(375 kg·hm^-2)4个氮水平,通过2年田间小区试验,研究不同氮水平下间作产量优势的营养基础.结果表明: 随着施氮量的增加,氮、磷、钾的单作加权平均吸收量逐渐增加,间作则先增加后减少.间作在N₁水平时具最高的养分吸收优势,分别较单作加权平均值增加氮吸收14.9%、磷吸收38.6%、钾吸收27.8%;间作在N₀和N₃时具有更高的养分利用效率,较单作可提高氮利用效率3.5%～14.3%、磷利用效率3.5%～18.5%、钾利用效率10.6%～31.6%.N₀和N₁时玉米与马铃薯间作具有显著产量优势,其营养基础在N₀时主要是提高了作物养分利用效率,而N₁时则是促进养分吸收的结果.充分发挥间作促进养分吸收对玉米与马铃薯间作产量优势的贡献,需要合理控制氮肥的投入.     

Studies on the improvement in iron nutrition of peanut by intercropping with maize on a calcareous soil

Both rhizobox and field experiments were conducted to investigate nutritional interactions between peanut and maize in intercropping systems for Fe acquistion. Field observations indicated that Fe deficiency chlorosis symptoms in peanut grown in monoculture were more severe and widespread compared to those of peanuts intercropped with maize. This indicated a marked improvement in the iron nutrition of peanut intercropped with maize in the field and was further studied. In experiments with rhizoboxes, roots of maize and peanut were either allowed to interact with each other or prevented from making contact by inserting a solid plate between the root systems of the two species. A field experiment for four cropping treatments were examined: peanut grown separately in monoculture, normal peanut/maize intercropping, peanut/maize intercropping with solid plates between the root systems of the two crop species and peanut/maize intercropping with 30 μm nylon nets between the root systems. The results show that the chlorophyll and HCl-extractable Fe concentrations in young leaves of peanut in the intercropping system with unrestricted interactions of the roots of both plant species were much higher than those of peanut in monoculture. In the nylon mesh treatment, the beneficial effects of the maize extended to row 3. The improvement of Fe nutrition in the intercropping system got reduced but not diminished completely in the treatment with nylon net. It is suggested that the improvement in the Fe nutrition of peanut intercropped with maize was mainly caused by rhizosphere interactions between peanut and maize. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

花生与药材套种对土壤微生物区系的影响

通过茅苍术、京大戟、黄姜（盾叶薯蓣）、半夏和阔叶麦冬5种药用植物与花生套种的盆栽试验,测定了不同时期花生土壤中的细菌、放线菌、霉菌和酵母菌数量,探讨利用药用植物套种花生缓解花生连作障碍的可行性.结果表明：茅苍术组和京大戟组抑制土壤霉菌效果最好,在花生花针期分别比对照组减少了53.87%和29.59%;在花生收获后的土壤中霉菌数量增加,有利于物质循环和养分还田.茅苍术、京大戟和半夏组土壤中细菌数量增加. 在花生花针期,5种药用植物套作组土壤中酵母菌数量均高于对照.霉菌形态鉴定结果表明,在茅苍术、京大戟和黄姜套作组中均未检测出花生常见病原菌.药用植物和花生套种可以有效调节土壤微生物区系.     

麦田套种玉米共生期农田生态环境特征及对夏玉米苗期生长的影响

以登海661、郑单958为试验材料,设置麦田套种和麦收后接茬直播两种不同种植方式对比试验,研究了麦田套种玉米共生期的农田生态环境特征及对玉米苗期生长的影响.结果表明： 麦田套种玉米与直播玉米相比,土壤含水量差异较小;麦田套种玉米耕层（0～5 cm）土壤的种际最高温度比直播玉米低4.8～5.2 ℃,最低温度相近,日平均温度低1.4～1.7 ℃,日变化较小,但均达到种子萌发要求;麦田套种玉米苗期冠层光照强度比直播显著减少,套种玉米地表光强为自然光强的4.4%～10.6%,光照不足是玉米苗弱、迟发的主要原因.与直播相比,套种玉米种子萌发出苗速度和干物质积累速度较慢,叶龄较小,叶片瘦长,株高较矮,玉米苗健壮度下降,单株叶面积较小且叶绿素含量较低;随共生期延长,玉米苗生长受抑制程度增加.在大田生产中,直播可促进种子萌发出苗,有利于夏玉米幼苗的生长发育,形成壮苗.     

不同施肥条件下玉米田土壤养分淋溶规律的原位研究

利用排水采集器法结合田间原位试验,研究了夏玉米不同施肥处理对棕壤土养分淋失的影响.结果表明:在夏玉米生长期内,影响玉米田土壤水分淋溶的主要因素是大量降雨和灌溉,夏玉米生长前期的土壤淋溶水量较大,但随夏玉米生育进程的推进而递减,各处理差异也逐渐减小;与施氮肥处理相比,秸秆还田配施氮肥处理可加剧土壤水淋溶.在夏玉米生长期内,施肥处理的土壤淋溶水硝态氮浓度均呈"双峰"曲线变化趋势,而铵态氮浓度则呈先升后降的变化趋势.玉米田土壤氮素淋失以硝态氮形式为主,其累计淋失量为12.90～46.53 kg·hm-2,铵态氮的累计淋仅为1.66～5.11 kg·hm-2,两种形态氮的淋失量都随施氮量的增加而升高.秸秆还田配施氮肥处理的氮素淋失率比单施氮肥处理高6.53%～13.07%,低氮处理的氮素淋失率比高氮处理高3.66%～10.10%;玉米田土壤速效磷的累计淋失量较小,仅为0.148～0.235 kg·hm-2,而速效钾的累计淋失量较大,为7.08～13.00 kg·hm-2.在夏玉米生长后期,秸秆还田配施氮肥处理使土壤速效磷淋失量升高,并可加剧土壤速效钾的淋失,而单施氮肥处理作用不明显.     

不同作物与玉米间作对玉米吸收积累镉的影响

采用盆栽技术,研究了7种间作作物对玉米吸收积累镉(Cd)的影响.结果表明,多数间作作物对玉米生物量没有明显影响,只有扁豆对玉米生长有较明显的抑制作用,使玉米生物量降至对照的67.8 %.间作豆科作物大幅提高玉米的Cd积累总量,其中鹰嘴豆的作用最为明显,使玉米对Cd的累积量增加1倍以上.7种间作植物对Cd也有不同水平的吸收,其中,油菜与籽粒苋可在地上部大量积累Cd（油菜地上部Cd浓度达53.9 mg·kg^-1,籽粒苋达51.0 mg·kg^-1),且籽粒苋根的Cd含量高达91.8 mg·kg^-1 (土壤Cd为3 mg·kg^-1).间作植物与玉米对Cd的吸收具有不同的交互作用特征,豆科作物在自身较少吸收Cd的条件下,显著提高了玉米对Cd的积累;籽粒苋在自身大量累积Cd的同时,一定程度上抑制了与其间作的玉米的Cd累积量;油菜地上部分吸收较多的Cd,但降低了玉米地上部分Cd含量.研究表明,如果将玉米作为大生物量的Cd污染修复植物来应用,可将其与豆科植物间作,以提高Cd清除效率;籽粒苋与油菜具有大量积累Cd的能力,可作为Cd污染土壤的修复植物.