不同CO_2浓度升高水平对水稻光合特性的影响

CO_2浓度升高是全球气候变化的主要原因之一,同时CO_2是植物光合作用的原料,对植物的生长发育具有重要影响。研究水稻对不同CO_2浓度升高水平的响应,对于指导农业生产以及确保粮食安全具有重要意义。通过田间开顶箱试验,运用CO_2浓度自动调控系统研究不同CO_2浓度升高对水稻光合特性的影响。CO_2浓度设置3个水平:以背景大气CO_2浓度为对照(CK),在CK基础上分别增加40μmol·mol^(-1)(T_1)和200μmol·mol^(-1)(T_2)CO_2。利用Li-6400便携式光合作用测量系统,在关键生育时期测定净光合速率(Pn)、胞间CO_2浓度(Ci)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和水分利用效率(WUE)等光合参数,并根据指数方程模型拟合最大净光合速率(Pn_(sat))、羧化效率(CE)、呼吸速率(R_p)和CO_2饱和点(CCP);使用元素分析仪测定叶片全氮含量。结果表明:在较低水平的CO_2浓度水平下,CK、T_1和T_2处理的Pn呈近似直线上升,随着CO_2浓度的升高Pn缓慢升高,当达到CO_2饱和点后趋于稳定。光合仪设定CO_2浓度为600μmol·mol^(-1)时,T_2在3个生育时期(拔节期、抽穗期和乳熟期)的Pn均较CK显著降低,降幅分别为44.0%(P<0.01)、43.4%(P<0.01)和49.1%(P<0.01);设定CO_2浓度为800μmol·mol^(-1)时,T2在3个生育时期的Pn较CK分别降低了4.9%(P=0.506)、12.7%(P=0.167)和16.6%(P=0.220);设定CO_2浓度为1 000μmol·mol^(-1)时,乳熟期T_2处理的Pn较T1显著降低,降幅为21.5%(P<0.05),表明水稻经过长时间的高CO_2浓度处理产生了光合下调。乳熟期T_2的Pn_(sat)和CE较T_1显著降低,降幅分别为21.3%(P<0.05)和29.1%(P<0.05)。此外,总光合速率和叶片氮含量存在极显著正比例函数关系(P<0.01),总光合速率随叶片氮含量的升高而升高。对照、T_1和T_2处理的WUE均随着光合仪设定CO_2浓度梯度的升高而增大;在同一设定CO_2浓度水平下,3种处理的WUE均无显著性差异。

模拟酸雨对大豆田土壤N2O通量及植株和土壤氮含量的影响

氧化亚氮(N_2O)是一种重要的温室气体,而农田生态系统是N_2O的重要排放源。酸雨是中国重要的环境问题,然而少有研究关注酸雨对农田土壤N_2O排放的影响。在大豆(Glycine max(Linn.)Merr.)生长季开展了2年的田间模拟酸雨试验,设置了pH值分别为6.7(对照,CK)、4.0(T_1)、3.0(T_2)和2.0(T_3)的4个不同酸雨处理水平,采用静态箱-气相色谱法测定N_2O排放通量,以研究模拟酸雨对大豆田土壤N_2O排放通量及植株与土壤氮含量的影响。结果表明:与CK相比,酸雨没有改变土壤N_2O排放的季节性规律,虽然整个大豆生长季土壤N_2O平均通量并没有显著变化,但在第二年大豆鼓粒期,与CK相比,T_1和T_3处理使土壤N_2O平均排放通量分别显著增加35.1%(P=0.020)和71.2%(P=0.000)。通过植株和土壤理化分析发现,酸雨处理显著降低了开花—结荚期大豆植株地下生物量,T_1和T_3处理的地下生物量分别下降了31.93%(P=0.039)和24.30%(P=0.027)。在分枝期、开花—结荚期和鼓粒期,各酸雨处理不同程度地降低了叶片可溶性蛋白质含量;在开花—结荚期,酸雨各处理均降低了叶片全氮和硝态氮含量。酸雨处理没有显著改变土壤有机碳及全氮含量,但在分枝期和开花—结荚期,酸雨处理显著减少了土壤硝态氮含量。

增温和降水减少对冬小麦和大豆生长季土壤氮素的影响

氮素是农田土壤的主要养分限制因子之一,在全球气候变化背景下研究农田土壤氮素对温度和降水变化的响应,对评价气候变化农业生态效应具有重要的意义。通过田间试验,利用红外辐射灯管模拟增温,人工减少降水量,并测定土壤氮素含量,以探讨增温和降水减少对冬小麦和大豆生长季土壤氮素的影响规律。试验设置对照(CK)、增温(T,增温约2℃)、降水减少(P,降水量减少30%)、增温和降水减少复合处理(TP,增温约2℃+降水减少30%)4个水平处理。结果表明,在冬小麦生长季,与CK相比,T、P和TP处理显著减少了返青期土壤全氮,增加了成熟期土壤全氮;T和TP处理显著降低了拔节期土壤全氮。T、P和TP处理显著减少了孕穗-抽穗期土壤铵态氮。P和TP处理显著增加了返青-灌浆期土壤硝态氮,T处理显著增加了拔节-抽穗期土壤硝态氮。在大豆生长季,与CK相比,T、P和TP处理对土壤全氮含量的影响都没有达到显著性水平。T处理使鼓粒期土壤铵态氮增加10.0%(P=0.038),T和P处理使结荚期土壤硝态氮分别减少了27.4%(P=0.011)和27.1%(P=0.009),T、P和TP使鼓粒期土壤硝态氮分别增加了46.6%(P=0.007)、41.3%(P=0.014)和56.3%(P=0.003)。研究表明,增温和降水减少改变了农田土壤氮素含量,且对冬小麦生长季土壤氮素的影响较大豆生长季更加明显。