为了探讨全球气候变化对农田土壤氮素动态的影响,采用中国稻麦轮作系统FACE(Free-Air CO2 Enrichment)平台,开展了大气CO2浓度升高和氮肥管理对麦田土壤有效氮含量影响的研究。结果表明:在低N和常规N处理下,大气CO2浓度升高使拔节期土壤C/N分别增加了5.6%和10.2%,土壤pH分别降低了2.4%和6.4%(p<0.05)。在小麦生育期内,低N和常规N条件下,大气CO2浓度升高降低了土壤总有效氮和NO3--N含量,相对于低N处理,常规N处理下降的趋势更为明显。在低N条件下,大气CO2浓度使拔节期和成熟期土壤中NH4+-N含量分别增加了7.4%和9.9%,而常规N处理中则...

【目的】揭示大气CO2浓度升高和氮肥管理对地下生态系统的影响。【方法】采用中国稻麦轮作FACE(Free-Air CO2 Enrichment)系统平台,开展了大气CO2浓度升高和氮肥管理对土壤线虫群落组成影响的研究。【结果】在稻麦轮作系统共观察到线虫35属,15个功能团。拟丽突属、真头叶属、丝尾属和潜根属为优势属,其中丝尾属和真头叶属对CO2浓度升高和氮肥管理反应敏感。在CO2浓度升高条件下土壤线虫总数、功能团Fu2和Om4的线虫多度均显著增加,其中Fu2多度在CO2和氮肥的交互影响下变化明显。【结论】CO2浓度升高和氮肥管理改变了土壤腐屑食物网的结构和有机质的分解途径。高氮条件下,CO2浓...

【目的】研究大气CO_2浓度升高(eCO_2)及氮肥施用对夏玉米开花吐丝后不同组分碳氮代谢物含量及动态和产量的影响,为全球气候变化下玉米生理过程及产量形成的变化提供理论支撑,同时为玉米作物模型调参提供实证数据。【方法】利用自由大气CO_2富集(FACE)平台,以夏玉米品种农大108为试验材料开展田间试验。在常规大气CO_2浓度(aCO_2,(400±15)μmol·mol-1)和高CO_2浓度(eCO_2,(550±20)μmol·mol~(-1))下分别设置不施氮(ZN)和施氮(CN,180 kg N·hm~(-2))2个氮水平。对夏玉米产量及其构成要素、干物质积累、花后碳代谢物(可溶性糖、淀粉、总碳)动态和氮代谢物(硝态氮,游离氨基酸、可溶性蛋白、非溶性氮化合物细胞壁氮素和类囊体氮素、总氮)动态以及碳氮比动态进行监测。【结果】(1) eCO_2与施氮对夏玉米生物量积累有一定促进作用,但对产量及产量构成因素的影响均不显著。(2)eCO_2使玉米花后功能叶碳组份中的可溶性糖浓度显著提高,灌浆后期叶片碳氮比显著提高。(3)eCO_2下花后玉米功能叶氮代谢中的必需功能氮组分浓度未受影响,而一些结构性氮组分浓度有降低,eCO_2对功能叶中功能氮组分(如可溶性蛋白)的含量没有显著影响;氮代谢中的简单组分(如游离氨基酸)在功能叶中的浓度仅在开花期比aCO_2有显著增加,后期没有显著影响;但eCO_2下氮代谢中的非溶性氮组分(如细胞壁氮素和类囊体氮素)含量在花后一些时期显著降低。(4)氮肥施用使玉米从抽雄到灌浆后期功能叶非结构性碳水化合物(如可溶性糖)浓度、硝态氮浓度、细胞壁氮素和类囊体氮素含量显著提高;中等土壤肥力下不施氮处理的功能叶可溶性蛋白含量没有受影响,但非溶性氮组分(如类囊体氮和细胞壁氮)含量降低,氮素优先满足作物生长必需的可溶性蛋白。(5)eCO_2和氮肥交互作用对不同组分碳氮代谢物的影响不同,体现在不同时期,主要表现为提高了玉米功能叶简单碳氮组分(如可溶性糖和硝态氮)在后期的浓度,且碳氮比提高;提高了灌浆初期细胞壁氮素含量,功能叶总氮浓度仅在灌浆后期表现降低、其他时期没有显著影响。【结论】eCO_2对夏玉米的生物量增加有一定作用,玉米穗位叶碳氮比在一些时期显著增加,但对产量无显著影响;eCO_2下玉米花后穗位叶非结构性碳水化合物浓度增加,但总氮和非溶性氮素化合物在花后均发生不同程度降低。在未来大气CO_2浓度升高为特征之一的气候变化情景下,合理增施氮肥对促进作物碳氮代谢的协调有一定必要性。

大气CO_2浓度和温度升高会通过影响作物的光合作用,从而影响光合碳向土壤中的输送。输入到土壤中光合碳含量的变化势必会对土壤外源碳的主要分解者--微生物的群落结构产生影响。土壤微生物在土壤有机质的转化过程中发挥着重要的作用,是土壤碳循环的主要驱动者,其群落结构和功能的改变会影响土壤有机质的动态变化,而这些变化会进一步增加或者降低大气中的CO_2浓度,从而对气候变化产生反馈作用。未来土壤的碳平衡取决于大气CO_2浓度和全球变暖对土壤中碳的输入、输出以及碳在土壤中的驻留时间。因此,只有全面了解大气CO_2浓度和温度升高将对土壤碳库及土壤微生物群落结构产生何种影响,才能明确地揭示陆地生态系统对气候变化的反馈机制,对未来农田土壤有机碳库的管理和生产力的维持有重要意义。文章综述了大气CO_2浓度和温度升高及其交互作用对土壤碳库和土壤微生物群落结构的影响。主要结论为:(1)大气CO_2浓度和温度升高对土壤碳库的影响可以相互抵消,但是土壤碳库是否成为碳"源"与温度升高的幅度密切相关;(2)大气CO_2浓度升高增加了光合碳在玉米、小麦等植株各部分的分配,温度升高同样对光合碳的分配规律产生影响,但对不同部位的影响不一致,多呈降低或无显著影响;(3)大气CO_2浓度和温度升高可能对土壤微生物活性及其群落结构产生交互影响,且对不同微生物(细菌、真菌和古菌)群落的影响程度不同,进一步对土壤有机碳的转化产生影响。最后提出未来的研究方向:(1)从气候变化影响植物-土壤互作角度解析根系分泌物的转化过程及其对微生物的影响;(2)通过DNA-SIP进一步研究大气CO_2浓度和温度升高条件下土壤微生物对不同植物来源碳的选择性利用与碳循环的关系,从而阐明气候变化条件下微生物底物利用策略以及微生物群落结构的变化。

利用开顶式气室(OTC)组成的CO_2浓度自动调控平台,以冬小麦为试验材料,设置CK(对照,环境大气CO_2浓度)、T_1(CO_2浓度比CK增加40μmol/mol)和T_2(CO_2浓度比CK增加200μmol/mol)3个CO_2浓度水平;在每个OTC内设置不施氮(N_0,0 kgN/hm~2)、中氮(N_1,220 kgN/hm~2)和高氮(N_2,400 kgN/hm~2)3个氮肥处理水平,分析冬小麦光合作用、生物量和产量结构变化,探讨CO_2浓度升高和施氮水平对冬小麦光合与生长的影响。结果表明,在较低光强(PAR≤200μmol/(m~2·s))和CO_2浓度(C_i≤300μmol/mol)水平下,各处理的净光合速率(P_n)值均呈直线上升,随后趋于平缓。与CK相比,T_2处理下P_n增加了19.93%(P=0.013),但对最大净光合速率(P_(nmax))、暗呼吸速率(R_(day))、光呼吸速率(R_p)等无显著影响。在拔节—开花期,不同CO_2浓度处理下N_1、N_2与N_0相比显著增加了株高、叶片和茎鞘干重;在抽穗—开花期,T_2N_1与CKN_1相比显著增加了茎鞘干重,增幅为37.4%(P=0.035)。与T_1N_0相比,T_1N_1、T_1N_2显著增加了籽粒数,增幅分别为29.69%(P=0.006)和42.27%(P=0.001);与T_2N_0相比,T_2N_1、T_2N_2显著增加了籽粒数,增幅分别为16.66%(P=0.011)和19.19%(P=0.005)。与T_2N_0相比,T_2N_1、T_2N_2显著增加了千粒重,增幅分别为7.79%(P=0.004)和6.23%(P=0.015)。T_1N_2与CKN_2相比显著增加了小麦经济系数,增幅为3.70%(P=0.025)。研究表明,CO_2浓度升高显著增加了冬小麦光响应曲线的P_n;CO_2浓度升高与施氮处理促进了冬小麦干物质的积累,其中施氮对生长前期物质积累的促进作用相对更大;CO_2浓度升高与施氮处理主要通过增加籽粒数和千粒重共同影响小麦产量结构,其中T_1N_2处理对籽粒数的促进作用最大。

[目的]探究CO_2浓度升高与Cd污染耦合对刺槐幼苗根围土壤黄酮积累的影响,为重金属污染土壤的植物修复、矿区植被恢复及场地污染修复提供参考。[方法]先将供试土壤用CdSO_4·8H_2O处理,使土壤中Cd含量分别为0,0.45,4.5 mg/kg,放置暗处平衡5个月后,将Cd处理的土壤装盆,以刺槐幼苗为材料,采用盆栽试验,研究大气CO_2浓度和高浓度CO_2处理45,90,135 d后根围土壤及茎干、根系的总黄酮、槲皮素以及茎干和根系C、N、Cd含量,分析根围土壤总黄酮与茎干和根系总黄酮、C、N、Cd含量和C/N的相关性。[结果]当土壤中Cd含量为0mg/kg时,与大气CO_2浓度处理相比,高浓度CO_2处理根围土壤槲皮素含量显著增加(P

【目的】研究稻田生态系统中土壤钙、镁元素生物地球化学循环对长期大气CO2浓度升高的响应。【方法】利用中国稻田FACE(free air carbon-dioxide enrichment)试验平台,包括Ambient(对照,自由大气CO2浓度约为370μmol·mol-1)和FACE(比对照大气CO2浓度高200μmol·mol-1)2个试验处理,在2004、2005和2007年稻季不同生育期原位采集5cm和15cm处土壤溶液并测定其中Ca、Mg浓度。【结果】在2004、2005和2007年,FACE处理5cm处土壤溶液Ca浓度分别是对照处理的125%、106%和72%,Mg浓度分别是对照处理...

为探讨施肥对小麦田间CO2释放量的影响,本研究设计以4个不同施肥水平为主处理,以3个不同年代的主栽品种碧玛1号、烟农15号、山农11号为研究对象,采用封闭式静态暗箱技术,应用LI-6400型便携式光合仪(美国)在作物生长期测定土壤CO2释放量和光合速率。同时测定了环境影响因素土壤温度和水分等。研究结果表明,施肥有利于增加土壤CO2释放量,且中氮处理水平释放量最多;土壤温度和水分对土壤CO2释放量有一定的影响,土温越高,水分越大,CO2释放越多;麦田CO2交换量与小麦根系活性呈正相关。

【目的】探讨大气CO_2浓度升高与增温影响下北方冬小麦叶片光合特征、碳氮代谢物、生物量和产量形成的调节适应规律,为未来气候变化下小麦生产提供理论依据。【方法】以冬小麦品种"中科2011"为材料,利用封闭式人工气候室,设置对照CK(CO_2浓度和气温与大田一致)、EC(CO_2浓度为大田浓度+200μmol·mol~(-1),气温与大田相同)、ET(CO_2浓度与大田一致,气温为大田温度+2℃)、ECT(CO_2浓度为大田浓度+200μmol·mol~(-1),气温为大田温度+2℃)共4个处理。测定CO_2浓度升高200μmol·mol~(-1)和气温升高2℃变化条件下冬小麦生长发育、叶片的光合特性、碳氮代谢、生物量和产量指标。【结果】气温升高2℃会缩短小麦全生育期及开花到成熟时间,使孕穗期净光合速率显著增加24.7%,而对拔节期与灌浆期净光合速率无显著影响,同时,使灌浆期叶片纤维素含量、可溶性蛋白含量和硝酸还原酶活性下降,穗粒数和千粒重下降,进而使产量与生物量分别显著降低23.0%和19.7%;CO_2浓度升高200μmol·mol~(-1)使拔节期与孕穗期小麦净光合速率分别提高32.8%和40.7%,增加灌浆期叶片碳水化合物含量,虽然生长后期出现光适应,但仍可通过增加单位面积穗数使小麦产量增加26.1%。在增温条件下,CO_2浓度升高可通过使开花到成熟的时间延长2 d、叶片净光合速率提高约25.54%、增加可溶性总糖、纤维素与淀粉含量等弥补升温对小麦生物量和产量的负效应。【结论】CO_2浓度升高可通过延长开花到成熟时间、提高小麦净光合速率、增加光合代谢物等弥补升温对小麦生物量和产量的负效应。

为探究大气CO_2浓度升高背景下不同形态氮肥对小麦的光合性能及产量的影响，利用开顶式气室（OTC），采用二因素完全区组试验设计，设置400μmol/mol（正常大气浓度，C）、600μmol/mol（高于正常大气浓度，E)2个CO_2浓度和硝态氮（NO_3~--N,A）、铵态氮（NH_4~+-N,N) 2种氮肥形态处理，测定不同处理组合下小麦花后不同时间旗叶净光合速率（P_n）、胞间CO_2浓度（C_i）、气孔导度（G_s）、蒸腾速率（T_r）、株高、地上部生物量及产量。2年结果表明，高浓度CO_2处理（E）可显著提高小麦旗叶P_n、C_i，而对旗叶G_s、T_r均有显著抑制作用，小麦的株高、地上部生物量及产量显著升高。高浓度CO_2条件下，2种氮形态处理的小麦光合参数和产量指标均具有显著差异。高浓度CO_2处理（E）中，施用NH_4~+-N(A）的小麦地上部生物量、株高、产量比施用NO_3~--N处理（N）分别增加5.00%～11.95%、1.92%～3.59%、7.17%～8.26%，穗粒数增加4.41%～5.43%。NH_4~+-N处理（A）的小麦旗叶P_n、T_r分别比NO_3~--N处理升高7.91%～27.48%、4.91%～27.48%。综上，高浓度CO_2条件下施用NH_4~+-N可有效提升小麦旗叶的光合能力，使植株地上部生物量和产量升高。

［目的］探究大气ＣＯ＿２浓度与温度升高对茶树光合系统及品质成分的影响，为未来气候变化条件下茶树栽培管理和茶叶加工提供科学依据。［方法］以‘龙井长叶’茶苗为材料，通过开顶式气室模拟高ＣＯ＿２浓度（６４８～６５８μｍＯｌ·ｍＯｌ－１）和温度升高（＋０．５７℃），测定不同处理下茶树叶片光合参数、叶绿素荧光参数、叶绿素含量和品质成分含量，研究茶树光合系统及品质成分的变化情况。［结果］ＣＯ＿２浓度升高、温度升高、ＣＯ＿２浓度和温度共同升高，茶树叶片光合参数、叶绿素荧光参数与对照相比有显著变化。ＣＯ＿２浓度升高、温度升高能促进茶树叶片叶绿素ａ、叶绿素ｂ合成，但与对照相比无显著变化，ＣＯ＿２浓度和温度共同升．．．

大气CO2浓度升高使作物光合效率提高、生长速度加快、根系发达、株高增加、生育期缩短、产量提高、品质下降。因此,作物育种应培育相对晚熟品种,加强抗倒、抗病虫育种,注重品质改良。

【目的】研究大气CO_2浓度和温度升高条件下稻麦轮作生态系统N_2O排放的响应规律,以期科学评估未来气候变化情境下,CO_2浓度和温度升高对稻麦轮作生态系统N_2O排放的影响,为中国应对未来气候变化提供数据支持。【方法】依托同步模拟自由大气CO_2浓度升高和温度升高的T-FACE试验平台,设置本底大气CO_2浓度和温度(Ambient)、500μmol·mol~(-1) CO_2+本底大气温度(C)、本底大气CO_2浓度+温度增加2℃(T)和500μmol·mol-1 CO_2+温度增加2℃(C+T)等4个处理。采用静态暗箱-气相色谱法原位观测稻麦轮作生态系统N_2O排放通量,研究稻麦轮作生态系统N_2O排放对大气CO_2浓度和温度升高的响应规律。【结果】(1)CO_2浓度升高使水稻和小麦生物量和产量分别显著增加9.7%、11.3%和5.6%、5.7%(P<0.05);温度升高使水稻和小麦生物量和产量分别显著减少21.1%、18.0%和31.6%、17.7%(P<0.05);CO_2浓度和温度的同步升高使水稻和小麦生物量和产量分别显著降低13.5%、8.7%和26.0%、10.3%(P<0.05)。(2)CO_2浓度和温度升高,均未改变稻麦轮作系统N_2O的季节排放模式。CO_2浓度升高条件下,水稻季和小麦季N_2O排放分别增加15.2%和39.9%,其中后者达显著水平(P<0.05);温度升高未显著影响水稻季N_2O排放,但显著增加小麦季N_2O排放20.5%(P<0.05);CO_2浓度和温度同步升高对水稻季N_2O排放的影响存在较大的年际差异,但总体上有促进N_2O排放的趋势;CO_2浓度和温度同步升高极显著增加小麦季N_2O排放(46.0%,P<0.01)。(3)小麦季N_2O排放与小麦生物量密切相关,在CO_2浓度和温度升高条件下,小麦季N_2O排放与小麦地下部生物量和ΔSOC之间具有显著的正相关关系。(4)与对照组相比,CO_2浓度升高、温度升高以及两者的共同作用,分别导致稻麦轮作系统单位产量的N_2O排放强度(GHGI)分别增加29.1%、66.3%和81.8%,其中温度升高和CO_2浓度和温度同步升高处理达显著水平(PT>C。可见,在未来CO_2浓度和温度升高情境下,为保证现有粮食供应水平不变,由稻麦生产所导致的N_2O排放强度变化可能会进一步加剧气候变化进程。

大气二氧化碳(CO_2)浓度升高是影响陆地生态系统碳氮循环的主要气候变化因子之一。大气CO_2浓度升高促进植被生长和光合产物积累,进而增加土壤碳库储量。同时,大气CO_2浓度升高引起土壤生物和非生物环境的改变会导致土壤温室气体排放的变化,形成对气候变化的反馈效应。目前,国际上有关大气CO_2浓度升高导致陆地生态系统碳汇效应的增加与其所引起的土壤温室气体排放之间的消长关系并不清楚。深入研究和了解陆地生态系统碳氮循环过程对大气CO_2浓度升高的响应和反馈机制对定量评估全球变化背景下陆地生态系统和土壤的固碳潜力具有十分重要的意义。本文综述了陆地生态系统碳氮循环过程对大气CO_2浓度升高的响应和反馈机制及主要驱动因子,发现大气CO_2浓度升高显著促进植被生物量碳的累积和土壤温室气体排放、增加土壤碳氮库储量,但却明显减少土壤活性氮源的供给。大气CO_2浓度升高可降低旱地CH4吸收汇的功能。大气CO_2浓度升高导致温室气体排放增加的源效应完全抵消土壤的碳汇效应,并且抵消近50%以上的陆地生态系统固碳潜力,且随其在大气中富集强度的增加呈减弱趋势。本文还提出大气CO_2浓度升高条件下影响土壤-大气温室气体交换的主要生物和环境控制因子,为气候变化背景下陆地生态系统的碳平衡估算研究提供重要理论基础。

【目的】阐明ＣＯ＿２浓度增高与氮肥互作对冬小麦生理和产量的影响，为客观评估气候变化背景下冬小麦生产潜力提供理论依据。【方法】２０１１—２０１４年利用开放式ＣＯ＿２富集系统（ＦＡＣＥ）平台，采用盆栽方法，研究冬小麦＂中麦１７５＂在不同ＣＯ＿２浓度及高低氮肥水平下（高浓度ＣＯ＿２ ５５０ ｍｇ·Ｌ～（－１）和大气浓度３９０ ｍｇ·Ｌ～（－１）；高氮Ｎ１，０．１６ ｇ·ｋｇ～（－１）和低氮Ｎ０，０ ｇ·ｋｇ～（－１））的生育进程、光合特征及产量变化。ＣＯ＿２富集处理于每年返青－成熟期间进行，通气时间为每日６：３０－１８：３０，夜间不通气。ＣＯ＿２浓度通过计算机程序控制，并根据具体风向和风速控制释放管．．．