CO_2浓度升高对森林土壤微生物呼吸与根(际)呼吸的影响

根呼吸与微生物呼吸的作用底物不同,二者对高浓度CO2的响应机理及敏感程度亦不同。在大气CO2浓度升高的背景下,精确区分根呼吸与微生物呼吸是构建森林生态系统碳循环模型和预测森林生态系统碳源/汇关系所必需的。根(际)呼吸与微生物呼吸对高浓度CO2的响应呈增加、降低或无明显变化等不同趋势,根(际)呼吸变化主要与根生物量明显相关,细根的作用大于粗根;土壤微生物呼吸变化存在较大的不确定性,微生物量和微生物活性与土壤微生物呼吸相关或不相关。根系统对高浓度CO2的响应会潜在地影响微生物的代谢底物,进而影响微生物呼吸强度。凡影响土壤总呼吸的生物与非生物因子都会直接或间接地影响根呼吸与土壤微生物呼吸。

根际CO_2浓度对网纹甜瓜根系生长和活力的影响

采用气雾法栽培方式,在开花结果期对网纹甜瓜进行不同浓度的根际CO2处理,探讨根际CO2浓度对网纹甜瓜根系生长及伤流中4种内源激素含量的影响。结果表明:随着处理时间的延长,根际CO2浓度为2500μL/L处理和5000μL/L处理与350μL/L处理相比,根系的生长受到了抑制,根系活力呈先升高后降低的趋势。同时伤流液体积、电导率、pH值以及促进生长类激素IAA(生长素)、ZT(玉米素)、GA3(赤霉素)含量显著降低,而ABA(脱落酸)含量升高。说明根际CO2浓度超过2500μL/L就会明显影响网纹甜瓜根系生长和根系合成生长类内源激素的能力,这可能也是土壤栽培和基质无土栽培较汽雾法栽培减产的重要原因之一。

根际CO_2浓度对网纹甜瓜生长和根系氮代谢的影响

【目的】探讨根际CO2浓度对网纹甜瓜生育的影响。【方法】采用雾培植株根际通CO2处理方式,在开花结果期对网纹甜瓜进行不同浓度的根际CO2处理,研究根际CO2浓度对网纹甜瓜植株生长和根系氮代谢的影响。【结果】在网纹甜瓜果实发育期间,根际2500μL·L-1和5000μL·L-1CO2浓度处理同350μL·L-1(对照)处理相比,植株生长受到明显抑制。根系硝态氮(NO3--N)含量、氨态氮(NH4+-N)含量、ATP酶活性、硝酸还原酶(NR)活性和谷氨酸脱氢酶(GDH)活性均表现出先增后降的变化趋势,且5000μL·L-1处理变化的幅度大于2500μL·L-1处理。根系中可溶性蛋白质含量、谷氨酰胺合成酶(GS)活性、谷草转氨酶(GOT)活性和谷丙转氨酶(GPT)活性在整个处理期间,均随着根际CO2浓度的升高而降低。根际高浓度CO2使根系伤流液中氨基酸的总量和大部分氨基酸的含量下降。【结论】在网纹甜瓜果实发育期间根际CO2浓度长期达到2500μL·L-1以上时,植株生长和果实发育受到抑制,根系对氮的吸收、代谢能力下降,植株氮循环水平降低。

冬小麦旺盛生长期间CO_2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CO_2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。

CO_2浓度和温度升高对红桦根际微生物的影响

应用自控、封闭、独立的生长室系统,研究升高的大气CO2浓度(环境CO2浓度+350(±25)μmol.mol-1,EC)和温度(环境温度+2.0(±0.5)℃,ET)及其交互作用(ECT)对不同栽植密度条件下红桦根际土壤可培养微生物数量的影响。结果表明:(1)EC显著增加了高密度条件下根际细菌数量;在整个生长季中,最大的根际细菌数量增加出现在7月份;而EC对低密度处理的根际细菌数量影响不显著。除了5月和6月份,ET在其余月份均显著增加了根际细菌数量,但是与密度处理没有有意义的相关;ECT对高低密度处理的根际细菌数量均未产生有统计意义的影响。(2)EC对低密度条件下的根际放线菌数量有显著增加,而对高密度条件下的根际放线菌数量无显著影响;ET和ECT对高低密度条件下的根际放线菌数量均未产生有统计意义的影响。(3)EC和ET对高低密度条件下的根际真菌数量无显著增加,而ECT显著增加了根际真菌数量。

高浓度CO_2对红松根际及根外土壤微生物群落结构的影响

采用DGGE（Denaturing Gradient Gel Electrophoresis）技术，于2003年的7-9月中旬对高浓度CO2（700和500μmol·mol^-1）处理下的红松幼苗根际和根外0-10cm土壤微生物群落结构进行了研究．结果表明，大气CO2浓度升高对红松根际和非根际土壤细菌群落结构产生了较大的影响，主要表现为部分细菌物种的出现，或原有细菌数量的丰富以及原有物种的消失或其数量被削弱的现象，但主要建群种未变．

岷江冷杉根际土壤微生物对大气CO_2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).

基于GF-1卫星遥感反演排水河沟水体溶存N_(2)O浓度模型对比研究

[目的]探究利用GF-1卫星数据反演水体溶存氧化亚氮(N_(2)O)浓度的可行性,为实现低成本、高效率的水质实时监测提供有效途径。[方法]以宁夏青铜峡灌区第1和第5排水河沟为研究对象,选取与排水河沟水体溶存N_(2)O浓度相关性高的GF-1卫星影像波段反射率和水质参数作为自变量,通过最优子集筛选法确定最优自变量组合,分别构建了多元线性回归、BP神经网络和支持向量机模型,对水体溶存N_(2)O浓度进行预测对比。[结果]水温(T)、溶解性有机碳(DOC)等是影响水体溶存N_(2)O浓度的主要因素,同时近红外(NIR)等卫星波段与水体溶存N_(2)O浓度变化趋势显著相关。当自变量包括T,NIR等7个因素时,模型预测效果最佳。在3种模型中,BP神经网络模型验证结果R^(2)为0.64,具有最高预测精度。[结论]GF-1卫星数据以及水质参数与水体溶存N_(2)O浓度存在复杂的相关性关系,且BP神经网络能够实现利用GF-1卫星数据较高精度地反演水体溶存N_(2)O浓度。

作物根系对根际土壤N_(2)O产生与排放的调控机制研究进展

农田土壤是大气N_(2)O的重要排放源。农田土壤N_(2)O排放不仅受农业管理措施影响,还与作物根系生长密切相关,根系自身代谢对农田土壤N_(2)O生成与还原产生影响,进而影响农田N_(2)O排放。根际是根系-土壤-微生物相互作用的重要界面,是根系影响土壤N_(2)O排放最直接、最强烈的关键场所,也是农田土壤N_(2)O产生的热点区域,在农田N_(2)O排放中所占份额不容忽视。因而根系对根际N_(2)O排放的影响机制研究普遍受到重视。本文以国内外相关研究为基础,综合梳理了有关作物根系生长对农田土壤N_(2)O排放的影响强度以及对根际微域N_(2)O产生与排放的调控机制方面的研究进展,剖析了作物根系影响根际微域土壤N_(2)O产生与排放研究中存在的难点,并对未来相关研究工作进行了展望。根系对农田N_(2)O排放的影响过程复杂,涉及因子颇多。大量研究表明,施肥量及肥料种类,土壤氮素含量与形态、温湿度、光强等因素可通过调控根系生长来影响作物从土壤中汲取水分和营养以及光合产物向根系的传导与分泌,改变根际微域通气状况以及微生物赖以生存的碳氮源等营养成分,进而影响根际微生物的群落结构、数量和活性以及在土壤中的分布,由此介导根际微生物的硝化、反硝化过程,影响根际土壤N_(2)O生成、还原与排放。鉴于众多因素的影响,作物根系生长对土壤N_(2)O的生成与排放的影响具有促进或抑制双重作用,其作用方向与强弱将影响农田生态系统中N_(2)O的总体排放预算。因此,研究作物根系对土壤N_(2)O排放的调控作用及其对全球变暖的反馈机制势在必行,对减少全球N_(2)O排放预测的不确定性、减缓人类活动对全球变化的影响意义重大。

CO_(2)浓度缓增对冬小麦田N_(2)O排放的影响

为研究CO_(2)浓度缓增对冬小麦田N_(2)O排放的影响,利用由开顶式气室(OTC)组成的CO_(2)浓度自动调控平台,扬麦22号为供试材料开展田间试验。将大气CO_(2)浓度作为对照(CK),设置CO_(2)浓度缓增处理C_(80)(CO_(2)浓度缓慢增加80μmol/mol)和C_(120)(CO_(2)浓度缓慢增加120μmol/mol)。结果表明,CO_(2)浓度缓增处理没有改变小麦田N_(2)O排放通量的季节性变化特征。在2017-2018年冬小麦生长季,CK、C_(80)处理土壤N_(2)O累积排放量分别为(25.49±3.33) mg/m^(2)、(26.83±3.21) mg/m^(2);2018-2019年冬小麦生长季,CK、C_(120)处理土壤N_(2)O累积排放量分别为(113.06±2.66) mg/m^(2)、(121.20±9.28) mg/m^(2)。在2017-2018年冬小麦生长季,CK、C_(80)处理土壤-冬小麦系统N_(2)O累积排放量分别为(25.99±1.39) mg/m^(2)、(29.83±4.20) mg/m^(2)。各生育期土壤N_(2)O累积排放量与冬小麦地上部分生物量呈极显著正相关(P<0.01),土壤-冬小麦系统N_(2)O累积排放量与冬小麦地上部分生物量呈极显著正相关(P<0.01)。

根际CO_2浓度升高对网纹甜瓜矿质营养吸收的影响

为探讨根际CO2浓度对网纹甜瓜生育和矿质营养吸收的影响,采用雾培植株根际通CO2处理方式,在果期对网纹甜瓜进行不同浓度根际CO2处理,研究根际CO2浓度升高对网纹甜瓜矿质营养吸收的影响。结果表明:根际高浓度CO2(2500μL·L-1和5000μL·L-1)处理同对照(350μL·L-1)相比,植株各部分矿质营养吸收受到不同程度抑制。根中氮含量先增后降,磷、钾、钙和镁含量随CO2浓度升高而下降。茎中氮、磷、钾、钙和镁的含量均低于对照。叶中氮和钾含量显著低于对照,磷含量在处理10d时显著低于对照,5000μL·L-1CO2处理的钙含量显著低于对照,镁含量较对照先增后降。5000μL·L-1CO2处理果实中氮、磷、钾和钙含量显著低于对照。伤流液中矿质元素含量随CO2浓度的升高而减少,2500μL·L-1CO2处理磷含量显著降低,5000μL·L-1CO2处理氮、磷、钾和钙含量均显著低于对照。表明在网纹甜瓜果实发育期间根际CO2浓度长期达到2500μL·L-1以上时,植株对矿质营养的吸收和运输均不同程度减少,当根际CO2浓度达到5000μL·L-1时受到的抑制作用显著。

脂肪酸类天然产物2E,4E-癸二烯酸对烟草根际微生物群落的影响

【目的】脂肪酸类化合物2E,4E-癸二烯酸(2E,4E-decadienoic acid,DDA)为枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)Tpb55与棘孢木霉(Trichodermaasperellum)HG1共培养发酵产物,对疫霉具有特异性抑制作用。论文旨在评价DDA防治烟草疫霉(Phytophthoranicotianae)引起的烟草黑胫病的效果及其对根际土壤微生物群落的影响,为该类天然产物在植物疫霉病害防治上的应用提供依据。【方法】通过温室盆栽试验测定DDA对烟草黑胫病的防治效果,采用实时荧光定量PCR技术检测处理后根际土壤中烟草疫霉DNA拷贝数,利用Illumina Hiseq高通量测序分析烟草根际土壤细菌、真菌和卵菌群落结构,基于冗余分析和Mantel检验研究土壤养分因子与微生物群落结构的相关性。【结果】与对照(0.5%DMSO)处理相比,1.25 g·L-1的DDA溶液灌根处理组烟草黑胫病病情指数和烟草根际烟草疫霉DNA拷贝数分别降低77.06%和84.35%,土壤pH由6.72增至6.82,电导率增加102.11%,有机质含量则降低13.05%。DDA灌根处理对烟草根际土壤真菌和细菌多样性和丰富度无显著影响,但卵菌的OTU水平、香农指数、Chao1指数和ACE指数显著增加,辛普森指数显著降低。主坐标分析结果显示,DDA处理显著影响烟草根际卵菌群落结构(r=0.667,P=0.028),对真菌(r=0.259,P=0.305)和细菌(r=0.593,P=0.098)则无显著影响。DDA处理组烟草根际土壤Phycicoccus、地杆菌属等革兰氏阳性细菌菌属的相对丰度显著增加,德沃斯氏菌属、鲍特氏菌属、假黄单胞菌属等革兰氏阴性细菌菌属丰度显著降低,曲霉属、Albifimbria、Arcopilus、树粉孢属等植物有益真菌菌属得到显著富集,疫霉属相对丰度显著下降、腐霉属丰度显著上升。Mantel检验结果表明,施用DDA引起的土壤理化性质变化对根际微生物群落无显著影响。【结论】2E,4E-癸二烯酸(DDA)作为一种新型天然脂肪酸化合物,能够有效防治烟草黑胫病、降低烟草根际黑胫病菌数量,并特异性调控烟草根际卵菌群落结构,具有防治作物卵菌病害的应用潜力。

CO_2浓度升高对水稻抽穗期根系有关性状及根碳氮比的影响

在FACE(free-air carbon dioxide enrichment)实验平台上,采用水培的方法观测了抽穗期水稻根系的生长情况。结果表明,FACE条件下根生物量、根体积和根冠比极显著增加且不定根明显增多、变粗。高CO_2浓度显著降低了根中N含量,而C含量变化不明显,导致碳氮比极显著增加。基于单位根质量的根系活力在CO_2浓度增加条件下极显著降低,养分吸收效率的降低可能是根中N含量下降的重要原因。

CO_2倍增及UV-B增强对大豆植株生长和根际微生物的影响

以大豆‘齐黄27’为研究材料，采用人工气候室模拟大气CO2浓度倍增（350～700μmol·mol^-1）及紫外线B（UV—B，280～320nm）辐射增强（4～15μw·cm^-2）的环境条件，研究了CO2浓度增加及UV—B辐射增强对大豆生育前期的生长及根瘤、根际微生物数量的影响。结果表明：（1）增强UV—B能显著减少大豆植株地上部生物量，而对株高的抑制作用不显著；CO2浓度倍增促使大豆株高和地上生物量显著增加，对根系生物量的促进作用不显著，但能够减轻UV—B辐射增强对地上及根系生物量的抑制作用；CO2浓度增加、UV—B辐射增强及其复合胁迫均导致大豆植株根冠比下降，且复合胁迫对根冠比的抑制作用更明显。（2）CO2浓度倍增降低了大豆叶片叶绿素、类胡萝卜素及花青素含量，提高了净光合速率；UV-B辐射增强导致叶绿素含量减少，光合速率下降，却增加了类胡萝卜素及花青素含量；CO2浓度增加、UV-B辐射增强复合处理对叶片色素含量及光合速率的影响具有复合效应。（3）CO2浓度倍增能够促进根瘤数量及根际真菌数量的增加，而UV-B增强处理则显著降低细菌和放线菌的数量；CO2浓度倍增能够缓解UV-B增强处理对放线菌的抑制作用，却导致根际细菌数量进一步减少。研究发现，CO2浓度增加及UV—B辐射增强对大豆生育前期植株生长、叶片色素含量及根际微生物数量存在抑制或促进效应，而且在某些性状上存在复合效应，它们可能主要是通过调节大豆植株的干物质分配及根系的代谢间接影响根瘤数量及根际微生物数量。

大气CO2浓度升高对作物根际土壤氮的影响

利用FACE(Freeaircarbon dioxide enrichment)技术,在两种氮肥施用(低氮LN和常规氮NN)水平下,研究CO2浓度升高对水稻和小麦收获后根际和非根际土壤硝态氮、铵态氮和有机氮的影响。结果表明,相对于对照CO2浓度处理,高CO2浓度处理在显著增加作物生物量的前提下,使水稻季根际土壤硝态氮含量降低,NN水平下降低明显,小麦季变化不大,高CO2浓度处理对作物根际的影响大于非根际。高CO2浓度对土壤铵态氮含量的影响不显著,仅小幅度增加了水稻季和降低了小麦季土壤铵态氮含量,且根际降低幅度大于非根际;增加氮肥施用使土壤铵态氮含量在高CO2浓度处理增加幅度低于对照。高CO2浓度处理并没有显著增加有机氮的含量,在小麦季作物对土壤有机氮的贡献大于水稻季,且增加氮肥施用条件下根际对有机氮的贡献较大。

草地植物根系碳储量和碳流转对CO_2浓度升高的响应

植物根系是陆地生态系统重要的碳汇和矿质养分库,也是土壤中碳及养分的主要来源,只有深入认识CO2浓度升高下根系的碳汇功能和根系周转对土壤碳库的影响,才能准确预测生态系统对全球变化的响应与反馈调节作用。介绍了CO2浓度升高对草地植物根系生物量、根系凋落物的数量和品质以及根系周转速率的影响,指出研究植物体内碳向根分配格局的变化趋势必须考虑CO2浓度升高的直接和间接两方面作用;在预测根系碳库储量的动态变化时,需要区分不同功能根系组分的生物量;为更准确估算根系周转速率,有必要确立草地植物根系直径与其寿命之间的关系;CO2浓度升高普遍提高根系凋落物的C/N,但以此判定其在土壤中的分解速率快慢并不可靠,需要进一步从机理上探究根系凋落物分解的控制因素。

大气CO_2浓度升高对稻麦根系周围土壤C、P、K的影响

利用FACE(free air carbon dioxide enrichment)技术平台,在两种氮肥施用(低氮,LN和常规氮,NN)水平下,研究CO2浓度升高对水稻和小麦收获后根际和非根际土壤可溶性碳、有机磷、速效磷和速效钾的影响。结果表明,相对于对照CO2浓度处理,高CO2浓度处理在显著增加作物生物量的前提下,土壤速效磷和速效钾不但没有降低反而增加,增加幅度小麦季大于水稻季,根际大于非根际;水稻季土壤可溶性碳含量增加,且NN水平下水稻和小麦季进入土壤的可溶性碳增加,导致土壤有机磷降低幅度低于LN水平,且水稻季根际土壤大于非根际土壤,有机磷的降低是保证有效磷升高的一个重要因素,增加氮肥施用将有利于土壤有机磷的增加,对维持土壤磷的供给有积极作用,有利于作物对高CO浓度的持续响应。

CO_2浓度升高对不同水稻品种幼苗养分吸收和根系形态的影响

本文利用水培试验研究了CO2浓度升高对水稻幼苗生物量、养分含量和根形态的影响,探讨了CO2浓度升高下粤杂889(YZ)和荣优398(RY)幼苗养分吸收和根系形态的差异性。结果表明,与CO2浓度正常水平(对照)相比,CO2浓度升高显著增加了2个水稻品种幼苗根系、茎叶和总生物量,YZ分别增加58.33%、27.96%、33.16%;RY分别增加45.87%、34.17%、36.07%。同时,CO2浓度升高增加了2个水稻品种的根冠比。CO2浓度升高显著降低了2个水稻品种茎叶中的N、P、K、Ca、Mg和Fe含量,这是"稀释效应"的结果;但YZ幼苗中S含量显著增加,2个品种幼苗Mn含量均显著增加。CO2浓度升高显著增加了2个水稻品种的幼苗根系根毛数、总根长、表面积,降低幼苗粗根比例,增加了细根比例。CO2浓度升高增加了细根在总根长中的比例,有利于水稻对养分的吸收,导致部分营养元素含量增加;但CO2浓度升高条件下水稻生物量的增加使大部分营养元素含量降低。同时,CO2浓度升高对水稻幼苗生物量、养分吸收和根形态的影响存在显著的品种差异。

CO_2浓度升高对2个品种水稻Cu吸收、根形态和植物络合素合成的影响

为探讨CO2浓度升高条件下不同水稻品种粤杂889(YZ)和荣优398(RY)对耐Cu胁迫性的变化特征,利用水培试验研究不同Cu浓度下CO2浓度升高对2种水稻幼苗生物量、Cu含量、根形态及植物络合素(GSH和PCs)的影响。结果表明,低铜处理对水稻生长具有促进作用,增加2种水稻生物量及根系根毛数、总根长、表面积和体积。随着Cu处理浓度升高,根系GSH和PCs含量分别呈现渐减和渐增趋势。CO2浓度升高条件下,2种水稻生物量显著增加,600μmol/L Cu处理时增加比例最大,YZ和RY分别增加59.8%和49.0%;水稻根、茎叶Cu含量降低,但根系形态各个指标明显增加,且在高Cu处理下其增加比例较大。CO2浓度升高显著增加根系PCs合成,50μmol/L Cu处理时增加比例最大,YZ和RY分别增加121.6%,78.7%。在CO2浓度正常与升高条件下,根系GSH、PCs含量与Cu浓度都具有显著相关性。CO2浓度升高通过增加根系形态和PCs含量以增强水稻对Cu的抗逆性,但存在着品种差异,YZ的增加比例大于RY。