大气CO2浓度升高对稻田土壤氮素的影响

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200μmol·mol-1(周围大气中CO2浓度约370 μmol·mol-1)对稻季各生育期不同深度土壤溶液NH+4-N和NO-3-N浓度的影响.结果表明:高CO2浓度条件下耕层土壤溶液NH+4-N浓度在水稻生育前期有所增加,但在生育后期明显下降;大气CO2浓度升高增加了稻季5、15、30、60和90 cm处土壤溶液NO-3-N浓度,分别比对照平均提高了46.5%、36.8%、23.3%、103.7%和42.7%,在60和90 cm处差异分别达到统计上的极显著和显著水平.     

大气O3浓度升高对稻田土壤有效态微量元素的影响

利用中国稻/麦轮作系统O3-FACE(Ozone-Free Air Concentration Enrichment)试验平台,研究大气O3浓度升高(比周围大气高50%)对2009年稻季各生育期不同深度(0-5 cm,5-10 cm和10-15 cm)耕层土壤微量元素有效性的影响。结果表明,大气O3浓度增加对0-15 cm耕层土壤有效性-Fe、Mn、Cu、Zn的提高幅度分别为10.0%、8.1%、5.4%、40.3%,其中对Cu的提高幅度达显著水平;不同土壤有效态微量元素在土壤垂直分布规律不同,土壤有效态Fe、Zn含量随土壤深度增加而降低,土壤有效态Mn含量随深度增加而增加,而土壤有效态Cu含量在不同深度土层中基本稳定;大气O3浓度升高对土壤DTPA提取态Fe的提高幅度随土壤深度的增加而增大,而对土壤DTPA提取态Mn、Cu、Zn的提高幅度均随土壤深度的增加而降低;大气O3浓度升高对0-5cm、5-10cm处土壤DTPA-Cu和0-5cm处Mn含量增加幅度分别为13.2%、8.9%和30.2%,且分别达显著和极显著水平。文章指出大气O3浓度升高会对稻田生态系统土壤微量元素地球化学循环产生重要影响,应针对不同层次土壤有效态微量元素含量情况,从土壤性质和水稻生长两个方面进一步明确其影响机制。     

大气CO2浓度升高对稻田根际土壤甲烷氧化细菌丰度的影响

甲烷氧化细菌是目前已知的稻田甲烷氧化唯一生物,在减少稻田甲烷排放、降低大气甲烷浓度方面发挥着重要作用.利用中国稻/麦轮作FACE(Free Air Carbon-dioxide Enrichment)试验平台,采用实时荧光定量PCR技术,研究了大气CO2浓度升高下,典型水稻生长期根际土壤甲烷氧化细菌数量的变化规律,及其对不同施肥处理(高氮HN和常氮LN)的响应.2009和2010连续2a的观测结果表明,大气CO2浓度升高促进了2009年秧苗期和分蘖期,2010年秧苗期、拔节期和灌浆期甲烷氧化细菌的生长;并可能对2010年常氮条件下成熟期甲烷氧化细菌产生了较显著(P＜0.1)抑制;进一步针对甲烷氧化细菌主要类群的分析表明,高氮条件下大气CO2浓度升高提高了稻田根际土壤中Ⅰ型甲烷氧化细菌的丰度.     

大气CO2浓度升高对农产品品质影响的研究进展

大气中不断升高的CO₂浓度以及人类饮食的营养质量是目前我们面临的两个重大问题.目前,大气中CO₂浓度已达到380 μmol·mol^-1,预测到2050年大气CO₂浓度将达到550 μmol·mol^-1.农产品的品质不仅取决于遗传基因,而且受生长环境条件的影响.大量研究表明,农作物的生长发育和产量形成都对CO₂浓度升高做出了响应,而且这种变化对农产品的品质也产生了重要影响.本文对目前国内外模拟CO₂浓度升高对农产品品质影响研究中采用的常见方法进行了比较,并综述了近年来在CO₂浓度升高对水稻、小麦、大豆和其他一些蔬菜类农产品品质影响方面的研究进展.大量试验结果表明,CO₂浓度升高条件下,大宗作物籽粒中蛋白质含量下降,微量元素总体上有下降趋势,而蔬菜类农产品的品质有一定程度改善.最后,本文根据目前研究现状对一些问题进行了讨论并提出了今后的研究方向.     

大气CO2浓度升高对稻田土壤线虫群落的影响

本试验利用无锡稻 麦轮作FACE系统研究平台 ,开展了稻田土壤线虫群落对大气CO2 浓度升高响应的研究。实验中共观测到线虫 2 7科 4 0属 ,其中短腔属 (Brevibucca)、茎属(Ditylenchus)和垫刃属 (Tylenchus)为优势属。拔节期稻田土壤线虫总数、食细菌线虫和捕食 /杂食线虫对大气CO2 浓度升高表现出正响应。食真菌线虫在拔节期和抽穗期对CO2 浓度升高表现出负响应 ,成熟期捕食 /杂食线虫对CO2 浓度升高表现出负响应。在FACE条件下 ,植物寄生线虫的潜根属 (Hirschmanniella)和散香属 (Boleodorus)线虫数量显著增加 ,对CO2 浓度升高敏感     

大气CO2和O3浓度升高对水稻根际土壤胞外酶活性的影响

大气二氧化碳(CO₂)和臭氧(O₃)浓度升高是全球气候变化的主要特征之一。土壤胞外酶作为维持土壤生态系统服务功能的重要参与者,其活性对于大气CO₂和O₃浓度升高的响应特征及驱动机制研究,以及应对并缓解未来全球气候变化具有重要意义。本研究采用开顶式气室(OTCs)分别模拟大气CO₂浓度升高(环境大气+200μmol·mol^-1,eCO₂)、大气O₃浓度升高(环境大气+0.04μmol·mol^-1,eO₃)及其交互处理(环境大气+200μmol·mol^-1 CO₂+0.04μmol·mol^-1 O₃,eCO₂+eO₃),探究水稻根际土壤胞外酶活性对大气CO₂和O₃浓度升高的响应。结果表明：与对照(环境...     

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.     

基于稳定碳同位素技术研究大气CO2浓度升高对植物-土壤系统碳循环的影响

大气CO₂浓度升高影响植物光合作用过程和生物量积累,改变植物地上和地下生物量的动态分配.土壤有机质的形成和周转依赖于植物组分的输入,因此,CO₂浓度升高所造成的植物生理和代谢的变化对土壤碳库收支平衡具有重要影响.采用稳定碳同位素(¹³C)技术研究土壤-植物系统的碳循环可阐明大气CO₂浓度升高条件下光合碳在植物各器官的分配特征和时间动态,明确光合碳在土壤中的积累、分解与迁移转化过程以及对土壤有机碳库周转的影响.本文综述了基于¹³C自然丰度法或¹³C示踪技术研究大气CO₂浓度升高对土壤-植物系统碳循环的影响,主要包括:1)对植物光合作用的同位素分馏的影响;2)对植物光合碳(新碳)分配动态的影响;3)对土壤有机碳新老碳库动态以及微生物转化过程的影响.明确上述过程及其调控机制可为预测CO₂浓度升高对陆地生态系统碳循环及源汇效应的长期影响奠定基础.     

覆膜对绿洲棉田土壤CO2通量和CO2浓度的影响

基于静态箱法和气井法分别测定新疆棉田覆膜位置的土壤CO2通量和CO2浓度.结果表明:土壤CO2通量和CO2浓度时间变化特征与土壤温度变化趋势一致,均表现为7月较高,10月最低.观测期内,棉田土壤CO2累积排放量非覆膜处理为2032.81 kg C·hm-2,覆膜处理为1871.95 kg C·hm-2;而1 m深度内土壤CO2浓度非覆膜处理为2165~23986μL·L-1,覆膜处理为5137~25945μL·L-1,即覆膜减少了棉田土壤排放CO2的同时增加了土壤CO2积累量.覆膜和非覆膜处理下不同深度土壤CO2浓度和CO2通量的相关系数分别为0.60~0.73和0.57~0.75,表明地表释放的CO2强烈依赖于土壤剖面储存的CO2.覆膜和非覆膜处理下Q10值分别为2.77和2.48,表明覆膜处理下的土壤CO2通量对土壤温度变化的响应更敏感.     

大气CO2浓度升高对春玉米土壤呼吸的影响

为探讨春玉米不同生育期土壤呼吸速率对大气CO₂浓度升高的响应,以黄土高原旱作春玉米为研究对象,通过改进的开顶式气室（OTC）模拟大气CO₂浓度升高的环境,在田间条件下设置自然大气CO₂浓度（CK）、OTC对照（OTC,CO₂浓度同CK）与CO₂浓度升高（OTC+CO₂,OTC系统自动控制CO₂浓度700 μmol/mol）3种处理。研究了旱区覆膜高产栽培春玉米播前（V0）、六叶期（V6）、九叶期（V9）、吐丝期（R1）、乳熟期（R3）、蜡熟期（R5）及完熟期（R6）土壤呼吸速率对大气CO₂浓度升高的响应特征,以及大气CO₂浓度升高对土壤呼吸速率的温度与水分效应的影响。研究发现,OTC+CO₂处理土壤呼吸速率,与CK相比,在R3和R5期分别增加43%、104%（P<0.05）,与OTC相比,R3和R5期分别提升了63%、109%（P<0.05）;OTC处理与CK相比,在整个生育期对土壤呼吸影响不显著;3种处理条件下,土壤温度和水分随生育期变化趋势基本一致,土壤呼吸速率与土壤温度和水分分别呈指数相关和抛物线型相关;结果表明：大气CO₂浓度升高对土壤呼吸的影响因生育期而异,土壤温度和土壤水分是影响旱地农田土壤呼吸的重要因素,CO₂浓度升高会使土壤呼吸温度效应值（Q₁₀）降低,土壤呼吸对土壤水分响应的阈值提高。     

模拟氮沉降对温带典型森林土壤有效氮形态和含量的影响

通过室内模拟氮沉降试验,研究了氮沉降对温带典型森林土壤有效氮的影响.结果表明：试验期间,与对照相比,经过氮沉降处理的土壤铵态氮、硝态氮和有效氮均呈增长的趋势,增加的程度取决于森林类型、土层、氮处理类型和氮处理的持续时间.氮沉降对不同林型土壤有效氮形态和含量的影响不同,氮沉降对混交林的影响弱于阔叶林,强于针叶人工纯林;土壤A层对氮沉降的敏感程度大于土壤B层;铵态氮形态沉降对土壤铵态氮含量的影响比对土壤硝态氮含量的影响大,而硝态氮形态沉降对土壤硝态氮含量的影响比对土壤铵态氮含量的影响大,混合形态的氮沉降对二者均有促进作用,且增加幅度更高;氮沉降对土壤有效氮的影响存在累加效应.     

氮素对高大气CO2浓度下小麦叶片光合作用的影响

通过测定小麦拔节期叶片的光合气体交换参数和光强-光合速率（P_n）响应曲线,研究了氮素对长期高大气CO₂浓度（760 μmol·mol^-1）下小麦叶片光合作用的影响.结果表明：在长期高大气CO₂浓度下,增施氮肥能提高小麦叶片P_n、蒸腾速率（T_r）和瞬时水分利用效率（WUE_i）;与正常大气CO₂浓度相比,高大气CO₂浓度下小麦叶片的P_n和WUE_i增加,气孔导度（G_s）和胞间CO₂浓度(C_i）降低.随光合有效辐射的增强,高大气CO₂浓度下小麦叶片的P_n和WUE_i均高于正常大气CO₂浓度处理,G_s则较低,而C_i和T_r无显著变化.高氮水平下小麦叶片G_s与P_n、T_r、WUE_i呈线性正相关,G_s与C_i在正常大气CO₂浓度下呈线性负相关,但高大气CO₂浓度下二者无相关性;低氮水平下小麦叶片的G_s与P_n、WUE_i无相关性,而与C_i和T_r呈线性正相关,表明高大气CO₂浓度下低氮水平的小麦叶片P_n由非气孔因素限制.     

Effects of elevated atmospheric CO2 on paddy soil nitrogen content during rice season

Taking the China rice/wheat FACE (Free-Air Carbon Dioxide Enrichment) as a platform, this paper studied the effects of elevated CO2 on the NH4(+)-N and NO3(-)-N contents at different depths of paddy soil in rice season. Under elevated CO2, the NH4(+)-N content in plough layer increased at early growth stage but decreased at late growth stage, and the soil NO3(-)-N content at the depths 5, 15, 30, 60, and 90 cm increased by 46.5%, 36.8%, 23.3%, 103.7%, and 42.7%, respectively, with a significant increase occurred at the depths 60 cm (P < 0.01) and 90 cm (P < 0.05), compared with the control.     

Effects of elevated atmospheric CO2 on soil enzyme activities at different nitrogen application treatments

It has been predicted that elevated atmospheric CO₂ will increase enzyme activity as a result of CO₂-induced carbon entering the soil. The objective of this study was to investigate the effects of elevated atmospheric CO₂ on soil enzyme activities under a rice/wheat rotation. This experiment was conducted in Wuxi, Jiangsu, China as part of the China FACE (Free Air Carbon Dioxide Enrichment) Project. Two atmospheric CO₂ concentrations (580±60) and (380±40) μmol·mol^-1) and three N application treatments (low-150, normal-250 and high-350 kg N·hm^-2) were included. Soil samples (0-10 cm) were collected for analysis of β-glucosidase, invertase, urease, acid phosphates and β-glucosaminidase activities. The results revealed that with elevated atmospheric CO₂ β-glucosidase activity significantly decreased (P < 0.05) at low N application rates; had no significant effect with a normal N application rate; and significantly increased (P < 0.05) with a high N application rate. For urease activity, at low and normal N application rates (but not high N application rate), elevated atmospheric CO₂ significantly increased (P < 0.05) it. With acid phosphatase elevated atmospheric CO₂ only had significant higher effects (P < 0.05) at high N application rates. Under different CO₂ concentration, effects of N fertilization are also different. Soil β-glucosidase activity at ambient CO₂ concentration decreased with N fertilization, while it increased at elevated CO₂ concentration. In addition, invertase and acid phosphatase activities at elevated CO₂ concentration, significantly increased (P < 0.05) with N treatments, but there was no effect with the ambient CO₂ concentration. For urease activity, at ambient CO₂ concentration, N fertilization increased it significantly (P < 0.05), whereas at elevated CO₂ concentration it was not significant. Additionally, with β-glucosaminidase activity, there were no significant effects from N application. In general, then, elevated atmospheric CO₂ increased soil enzyme activity, which may be attributed to the following two factors: (1) elevated atmospheric CO₂ led to more plant biomass in the soil, which in turn stimulated soil microbial biomass and activity; and (2) elevated atmospheric CO₂ increased plant photosynthesis, thereby increasing plant-derived soil enzymes.     

Effects of elevated atmospheric CO2 on soil enzyme activities at different nitrogen application treatments

It has been predicted that elevated atmospheric CO₂ will increase enzyme activity as a result of CO₂-induced carbon entering the soil. The objective of this study was to investigate the effects of elevated atmospheric CO₂ on soil enzyme activities under a rice/wheat rotation. This experiment was conducted in Wuxi, Jiangsu, China as part of the China FACE (Free Air Carbon Dioxide Enrichment) Project. Two atmospheric CO₂ concentrations (580±60) and (380±40) μmol·mol^-1) and three N application treatments (low-150, normal-250 and high-350 kg N·hm^-2) were included. Soil samples (0-10 cm) were collected for analysis of β-glucosidase, invertase, urease, acid phosphates and β-glucosaminidase activities. The results revealed that with elevated atmospheric CO₂ β-glucosidase activity significantly decreased (P < 0.05) at low N application rates; had no significant effect with a normal N application rate; and significantly increased (P < 0.05) with a high N application rate. For urease activity, at low and normal N application rates (but not high N application rate), elevated atmospheric CO₂ significantly increased (P < 0.05) it. With acid phosphatase elevated atmospheric CO₂ only had significant higher effects (P < 0.05) at high N application rates. Under different CO₂ concentration, effects of N fertilization are also different. Soil β-glucosidase activity at ambient CO₂ concentration decreased with N fertilization, while it increased at elevated CO₂ concentration. In addition, invertase and acid phosphatase activities at elevated CO₂ concentration, significantly increased (P < 0.05) with N treatments, but there was no effect with the ambient CO₂ concentration. For urease activity, at ambient CO₂ concentration, N fertilization increased it significantly (P < 0.05), whereas at elevated CO₂ concentration it was not significant. Additionally, with β-glucosaminidase activity, there were no significant effects from N application. In general, then, elevated atmospheric CO₂ increased soil enzyme activity, which may be attributed to the following two factors: (1) elevated atmospheric CO₂ led to more plant biomass in the soil, which in turn stimulated soil microbial biomass and activity; and (2) elevated atmospheric CO₂ increased plant photosynthesis, thereby increasing plant-derived soil enzymes.     

葡萄糖存在下选择性抑菌剂对土壤氮素转化的影响

采用2种氮源并分别加入选择性微生物抑制剂进行室内培养,通过测定样品中NH₄⁺-N和NO₃^--N及土壤中氨基葡萄糖和胞壁酸含量,研究土壤微生物氮素固持时间特征及其相对贡献.结果表明,加入青链霉素明显地降低了NH₄⁺-N的转化速率,且影响远大于真菌抑制剂放线菌酮;氨基葡萄糖和胞壁酸的相对比例急剧增加,而后趋于平衡;加入放线菌酮后NO₃-N转化速率持续下降,氨基葡萄糖的合成受到抑制,但加入细菌抑制剂青链霉素对其转化无显著影响.培养初期,细菌在葡萄糖存在下能快速固持NH₄⁺-N和NO₃^--N,并以NH₄⁺-N为首选氮源;培养后期,氮转化主要为真菌所推动,且真菌对NO₃^--N的利用能力显著大于细菌.     

大气CO2浓度升高对不同施氮土壤酶活性的影响

利用中国唯一的无锡FACE（Free-air CO2 enrichment,开放式空气CO2浓度升高）平台,研究了大气CO2浓度升高对土壤β-葡糖苷酶、转化酶、脲酶、酸性磷酸酶、-氨基葡糖苷酶的影响。研究发现,不同氮肥处理下大气CO2浓度升高对某些土壤酶活性的影响不同。在低氮施肥处理中,大气CO2浓度升高显著降低-葡糖苷酶活性,但是在高氮施肥处理下,大气CO2浓度升高显著增加β-葡糖苷酶活性。在低氮和常氮施肥处理中大气CO2浓度升高显著增加了土壤脲酶活性,但在高氮水平下影响不显著。在低氮、常氮施肥处理中,大气CO2浓度升高对土壤酸性磷酸酶活性没有影响,而在高氮施肥处理中显著增强了土壤中磷酸酶活性。大气CO2浓度升高对土壤转化酶活性和-氨基葡糖苷酶的活性有增加趋势,但影响不显著。研究还发现,在不同的CO2浓度下,土壤酶活性对不同氮肥处理的响应也不同。在正常CO2浓度下,土壤中β-葡糖苷酶活性随着氮肥施用量的增加而降低,而在大气CO2浓度升高条件下,却随着氮肥施用量的增加而增加。在大气CO2浓度升高条件下,高氮施肥显著增加了转化酶和酸性磷酸酶活性,而在正常CO2浓度下,影响不显著。在大气CO2浓度升高条件下,氮肥处理对脲酶活性的影响不大,但在正常CO2浓度下,脲酶活性随着氮肥施用量的增加而增加。氮肥对β-氨基葡糖苷酶活性的影响不明显。     

旱地土壤铵态氮和硝态氮累积特征及其与小麦产量的关系

在陕西永寿和河南洛阳分别进行了11处和7处小麦大田试验,设对照(不施氮)和施氮(150 kg N·hm^-2)2个处理,测定了小麦生物量、籽粒产量及不同土层(0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm)土壤铵态氮、硝态氮浓度.结果表明: 两地土壤铵态氮浓度均很低,而硝态氮浓度较高,其中硝态氮数量占铵态氮、硝态氮总量的91%,在反映土壤供氮特性方面与两者之和有完全一致趋势.不施氮情况下,永寿0～40、0～60、0～80和0～100 cm土层累积的硝态氮与小麦生物量和产量显著相关;而洛阳无显著相关关系.施氮后,永寿不同深度土层累积的硝态氮与小麦生物量和产量的相关关系显著下降,而洛阳出现负相关;两地小麦产量增量与0～80 和0～100 cm土层累积的硝态氮显著或极显著相关.小麦苗期主要依赖0～20 cm土层硝态氮;返青期、拔节期分别利用0～40 cm和0～60 cm土层硝态氮,成熟期则能利用0～100 cm土层累积硝态氮.小麦收获后对照土壤的铵态氮浓度与播前起始值无明显差异,而硝态氮大幅下降.