大气NH_(3)浓度升高和施氮对冬小麦生物量和氮素利用的影响

为揭示大气NH_(3)浓度升高和施氮对冬小麦生物量和氮素利用的影响,通过开顶式气室,以小偃22为试验材料,于2020-2022两年进行田间微区试验,设置3个施氮水平(0、180和240 kg·hm^(-2))和两种大气NH_(3)浓度(空气背景NH_(3)浓度:0.01~0.03 mg·m^(-3);高NH_(3)浓度:0.30~0.60 mg·m^(-3)),对不同处理下小麦地上部和根系干物质、氮素积累量及氮素利用效率进行分析。结果表明,大气NH_(3)浓度升高能显著提升小麦地上部生物量、根系生物量、地上部氮素积累量和根系氮素积累量,2年内平均增幅分别为5.77%、6.74%、8.94%和9.98%。在空气背景NH_(3)浓度下,施氮后小麦显著增产,180和240 kg·hm^(-2)施氮水平下产量较0 kg·hm^(-2)施氮水平分别提高了45.26%和50.67%。在大气NH_(3)浓度升高环境中,随着施氮量的增加,小麦产量出现先升后降趋势,180 kg·hm^(-2)施氮水平下产量最高,240 kg·hm^(-2)施氮水平下小麦产量较0 kg·hm^(-2)施氮水平降低17.97%,小麦氮肥农学效率和氮素利用率也随之降低。这说明,大气NH3浓度升高的环境中适当减少氮肥施用量能有效提升冬小麦的氮素利用率,稳定小麦产量。

大气NH_(3)浓度升高对不同施氮水平下小麦叶片光合特征和籽粒产量的影响

探讨大气NH_(3)浓度升高下施氮对小麦光合作用及生长情况的影响,可为高NH_(3)环境下作物的氮(N)肥管理提供指导。本研究采用开顶式气室装置,通过2020—2021和2021—2022年两年田间裂区试验,设置两个大气NH_(3)浓度(高NH_(3)浓度:0.30~0.60 mg·m^(-3),EAM;空气背景NH_(3)浓度:0.01~0.03 mg·m^(-3),AM)和两个施氮水平(施氮:240 kg·hm^(-2),+N;不施氮:0 kg·hm^(-2),-N),研究了不同处理对小麦叶片净光合速率(P_(n))、气孔导度(g_(s))、叶绿素相对含量(SPAD值)、株高和籽粒产量的影响。结果表明:在-N下,与AM相比,EAM显著提高了拔节期和孕穗期小麦叶片的P_(n)、g_(s)、SPAD值,两年分别平均增加24.6%、16.3%、21.9%和20.9%、37.1%、5.7%;在+N下,EAM显著降低了拔节期和孕穗期小麦叶片的P_(n)、g_(s)、SPAD值,两年分别平均减少10.8%、5.9%、3.6%和6.8%、18.9%、9.3%。大气NH_(3)浓度升高和施氮及其互作对小麦株高和籽粒产量存在显著影响,在-N下,与AM相比,EAM小麦株高和籽粒产量两年分别提高了4.5%和32.1%;在+N下,EAM小麦株高和籽粒产量两年分别降低了1.1%和8.5%。综上,不施氮条件下大气NH_(3)浓度升高对小麦叶片光合特征、株高和籽粒产量存在一定促进作用,而施氮条件下则表现出一定抑制作用。

开顶式同化室O_(3)浓度升高对水稻土微量元素有效性的影响

由于人类活动导致近地面大气臭氧(O_(3))浓度升高,对中国粮食生产造成严重威胁。目前,大量研究集中在作物地上部分,对O_(3)胁迫下的稻田土壤微量元素有效性的了解甚少。为此,本试验利用开顶气室(Open Top Chambers,OTC)试验平台,设置对照和模拟O_(3)浓度升高(+40 nmol·mol^(-1)O_(3))两种处理,研究大气O_(3)浓度升高对两个水稻品种(汕优63 vs武育粳3)土壤微量元素(Fe、Mn、Cu、Zn)有效态含量的影响。研究结果表明大气O_(3)浓度升高造成土壤微量元素有效态含量普遍下降,其中土壤微量元素Fe有效态含量随着大气O_(3)浓度升高平均降低35.0%,土壤微量元素Cu有效态含量平均降低9.7%。水稻品种改变了土壤微量元素有效性对大气O_(3)浓度增高的响应。与汕优63相比,武育粳3显著降低土壤Mn、Cu有效态含量,但提高土壤Zn有效态含量。在大气O_(3)浓度升高条件下,汕优63土壤微量元素Fe、Cu、Zn有效态含量分别降低35.2%、12.5%、37.2%;武育粳3土壤只有Fe有效态含量显著降低34.7%。通过两个水稻品种土壤微量元素有效态含量的比较,本研究结果显示汕优63土壤微量元素受大气O_(3)浓度增高的影响幅度更大。另外,大气O_(3)浓度升高显著降低两个水稻品种的土壤可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)以及汕优63土壤微生物生物量氮(MBN)含量。通过相关分析表明,土壤DOC、DON含量与土壤微量元素Fe、Cu之间存在显著的正相关关系。以上结果表明,大气O_(3)浓度升高主要通过土壤可溶性有机物和微生物量影响土壤微量元素有效态含量。选育不同水稻品种在缓解大气O_(3)浓度升高对土壤微量元素有效态含量的不利影响方面具有重要作用。因此,未来选育O_(3)耐受型水稻品种可能是改善土壤微量元素供给的有效途径之一,以此减缓并应对全球气候变化对粮食生产安全的不利影响。