生物质炭引起的土壤碳激发效应与土壤理化特性的相关性

生物炭因含有丰富的惰性碳元素而被看作是一种极富应用前景的固碳材料，将其施入土壤后可以增加土壤稳定性碳库，减缓全球气候变化。前人研究表明，生物炭添加到土壤中后，将增加（正激发效应）或者减缓（负激发效应）土壤原有机碳的矿化速率。然而，生物炭对不同土壤的激发效应以及土壤性质与生物炭激发效应之间的关系还不明确。因此，本研究利用13C 稳定性同位素标记的小麦秸秆制作成生物炭，分别将等碳量的生物炭和标记秸秆添加到四种不同性质的土壤中，室内培养一年，测定生物炭及秸秆中的碳元素在不同土壤中的降解量及其对土壤原有机碳的激发效应量。研究结果表明：生物炭在黑土水稻土以及下位砂姜土水稻土中引发了显著的负激发效应，激发效应量分别为-284 mg/kg和-157 mg/kg，而在红壤水稻土以及低肥力红壤水稻土（长期定位不施肥的红壤水稻土）中引发正激发效应，激发效应量分别为33.3 mg/kg和58.0 mg/kg；秸秆在四种土壤中引发的激发效应量不同，均为正激发效应，正激发效应量远大于生物炭。生物炭激发效应量与土壤的Ec（r= -0.884）以及pH（r= -0.824）成极显著的负相关关系。生物炭-碳在不同土壤上的累积降解量存在显著差异，黑土水稻土中为15.6 mg/kg，红壤水稻土中为14.2 mg/kg，下位砂姜土以及低肥力红壤水稻土中相似，分别为10.4 mg/kg和9.92 mg/kg；秸秆-碳的累积降解量远大于生物炭-碳，其在低肥力红壤水稻土中的降解量显著低于其他三种土壤。生物炭添加在黑土水稻土中碳净损失量最低，下位砂姜土水稻土中次之，低肥力红壤水稻土中最高。研究表明，生物炭在土壤中的固碳效果不仅受到生物炭-碳自身降解速率的影响，还会受到生物炭引发的土壤碳激发效应量的影响。     

不同品种小麦灌浆期旗叶光合特性及光合基因表达对臭氧浓度升高的响应

利用开放式臭氧(O₃)浓度升高平台,以不同小麦品种(烟农19和扬麦16)为供试作物,研究了O₃浓度升高条件下不同品种灌浆期叶片光合特性和光合基因表达的差异。结果表明,与对照处理相比,O₃浓度升高处理达75d导致小麦灌浆期叶片光合响应参数表观量子效率、最大净光合速率和叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量下降,使得小麦灌浆期叶片总可溶性糖、蔗糖、果糖、葡萄糖含量增加。通过荧光定量PCR测定发现, O₃浓度升高还引起小麦叶片叶绿体编码基因psaA、psbA和rbcL基因表达下调。不同小麦品种光合生理指标和叶绿体基因表达水平的变化幅度不同,烟农19的响应幅度均大于扬麦16。该研究结果可为O₃污染环境下不同小麦品种光合响应差异机制和小麦耐性品种的选育提供理论依据。     

长期大气CO2浓度升高对稻田CH4排放的影响

大气CO2浓度升高可直接或间接影响稻田CH4排放。深入研究长期大气CO2浓度升高对稻田CH4排放及其相关微生物的影响，对评估和应对未来气候背景下稻田CH4排放的响应具有重要意义。为探明长期大气CO2浓度升高对稻田CH4排放的影响及其机制，依托连续运行10年以上的中国稻田FACE（free-air CO2 enrichment）平台，观测2016—2017年正常大气条件（ACO2）和大气CO2浓度升高200 μmol?mol-1条件（ECO2）下稻田CH4排放通量、产甲烷菌和甲烷氧化菌群落丰度，并采用Meta分析方法定量研究CO2熏蒸年限对稻田CH4排放及其相关微生物群落丰度的影响。结果表明：对比ACO2处理，长期ECO2处理使稻田CH4排放降低28%（P<0.05），产甲烷菌群落丰度降低39%（P<0.05），同时甲烷氧化菌群落丰度增加21%（P>0.05）。Meta分析结果发现，随着CO2熏蒸年限的增加，大气CO2浓度升高对稻田CH4排放和产甲烷菌群落丰度的促进作用逐渐减弱，对甲烷氧化菌群落丰度的促进作用却逐渐增大。因此，未来气候条件下，长期大气CO2浓度升高会降低稻田CH4排放，这对缓解水稻种植带来的温室效应具有重要意义。     

基于便携式X射线荧光光谱速测的设施菜地土壤重金属污染诊断与评价

土壤重金属污染快速诊断与评价是污染防控与风险管理的前提。以广东省典型设施蔬菜产地土壤为研究对象，采用便携式X射线荧光光谱法(portable X-ray fluorescence spectroscopy, PXRF)原位快速获取土壤重金属（镉（Cd）、铜（Cu）、铬（Cr）、铅（Pb）、锌（Zn）、砷（As）、镍（Ni）及汞（Hg））含量，在传统实验室方法验证PXRF的准确性和稳定性的基础上，对广东省设施菜地表层土壤重金属的污染状况进行快速诊断，并对土壤重金属污染风险进行评价。结果表明：(1) 异位PXRF法对土壤Cd、Cu、Cr、Pb、Zn、As及Ni的测定值与传统实验室方法测定值极显著相关(P<0.01)，土壤Pb和As含量的PXRF原位测定值与传统实验室方法测定值极显著相关(P<0.01)；(2) 土壤含水量为150 g?kg-1~200 g?kg-1时，Cr、Pb、Zn和As的PXRF原位测定值与实验室测定值的相关性达到了极显著水平(P<0.01)；(3) 土壤Cd和Cu的超标现象较为突出，其点位超标率分别为20.9%和10.0%。设施菜地土壤Cd的平均含量为0.21 mg?kg-1，约为露天农田土壤的1.2倍。珠江三角洲地区设施土壤中各重金属的含量整体较其他地区高；(4) 土壤Cd、Cu、Cr、Pb、Zn、As、Ni及Hg的单项污染指数均小于1，由高到低依次为Cd>Cu>Pb>Zn>Cr>As>Ni>Hg，内梅罗综合污染指数的均值为0.69。就整体平均值而言，土壤重金属污染程度处于清洁水平。PXRF实现了广东省设施菜地土壤重金属污染的快速诊断，并快速识别出Cd和Cu为设施菜地污染风险较高的潜在污染元素，研究结果可为设施农业土壤重金属污染快速诊断与评价提供方法和数据支撑。     

大气CO2浓度升高对高、低响应水稻品种根系生长的影响——FACE研究

大气CO₂浓度([CO₂])升高是未来气候变化的主要特征之一，研究表明高[CO₂]会提高水稻产量，且水稻两个亚型(籼稻和粳稻)的产量增幅存在很大的差异。然而，目前还不明确这种基因型的响应差异是否与其根系的生长响应差异有关。本试验依托自由大气[CO₂]升高研究平台(free air CO₂ enrichment, FACE)，以低产量响应品种粳稻 (Oryza sativa L. japonica ) 武运粳23和高产量响应品种籼稻 (Oryza sativa L. indica) 扬稻6号为试验材料，设置高[CO₂] (590 μmol/mol) 和对照(390 μmol/mol)处理。使用微根窗法连续动态检测两种水稻的根系生长状况，进一步计算根系周转率指标。结果表明：高[CO₂]显著促进了两个品种的水稻根系生长，其根系长度、表面积和体积相对于对照平均增加了120%、106% 和98%；两个品种间，高[CO₂]处理使武运粳23的根系周转率显著下降，降幅达66%；扬稻6号的根系周转率则上升了约18%；高[CO₂]处理下的武运粳23的根系增量主要分布在浅层(32% 升至56%)，而扬稻 6号的根系在深层的分布从12% 增加至20%。结合已有产量响应及氮素吸收结果，我们认为相较于根长等根系形态指标，水稻根系的周转率与深层根系分布比例可能是不同基因型水稻品种的产量对高[CO₂]响应存在明显差异的主要原因。     

高CO2浓度对不同氮素供给形态下水稻叶片光合作用的影响

为探究水稻叶片光合作用对高CO_2浓度([CO_2])的响应是否与氮素供给形态有关,利用人工气候生长箱,以粳稻(武运粳23号和淮稻5号)、籼稻(扬稻6号)和杂交稻(Y-两优6号)为试验材料,设置主处理:大气[CO_2]和高[CO_2]处理(+200μmol/mol),副处理:硝态氮和铵态氮处理,测定水稻新展开完全叶片的光合作用。试验结果表明:高[CO_2]会增加硝态氮处理下粳稻和杂交稻叶片的净光合速率(P_n)、铵态氮处理下粳稻武运粳23号叶片P_n以及各氮素供给形态下水稻叶片胞间[CO_2](C_i)和水分利用效率(WUE),其中在硝态氮处理下P_n和WUE的响应要高于铵态氮处理;高[CO_2]会降低水稻叶片的气孔导度(g_s)和蒸腾速率(T_r),其中在硝态氮处理下粳稻g_s和T_r的响应要高于籼稻,而在铵态氮处理下高[CO_2]对杂交稻g_s和T_r的影响要高于粳稻和籼稻。可见,不同的氮素供给形态会影响水稻叶片的光合作用对高[CO_2]的响应,且这种影响在水稻品种间存在很大差异。     

噬菌体对土壤碳氮元素循环转化影响的研究进展

噬菌体是土壤中广泛定殖、数量繁多、严格依赖宿主存活的一类微小生物体,它具有溶原或裂解生命周期,在侵染宿主菌的过程中,不仅可以裂解细菌,还会导致基因转移,显著调控宿主菌数量、物种组成及功能,进而影响土壤元素的生物地球化学循环过程。因而,近年来噬菌体对土壤关键营养元素循环转化的影响机制研究逐渐成为新的学术热点。本文从噬菌体对土壤碳、氮元素循环转化的下行调控和上行调控角度,综述了噬菌体对土壤碳、氮元素循环转化的规律和机制,总结了制约噬菌体调控土壤碳氮循环作用强度的环境因素,指出了当前的研究难点,并对未来研究方向进行了展望。本综述可为阐释噬菌体影响土壤碳氮循环转化机制的研究提供科学参考。     

年际环境温度变化驱动水稻产量及其构成对CO2浓度和温度升高的响应差异

大气CO₂浓度([CO₂])和温度升高是未来气候变化的主要情境，阐明水稻产量及其构成对[CO₂]和温度升高的响应，是助力农业生产应对气候变化的重要组成部分。本文基于开放式[CO₂]和温度升高(elevated temperature and CO₂-free air controlled enrichment,T-FACE)试验平台的多年水稻生产数据，探讨了未来[CO₂]和温度升高对水稻产量和产量构成的影响。结果表明：与对照(CT)相比，高[CO₂](C+T)处理提高了水稻有效穗数和结实率，使水稻增产11.1%左右(5年平均)；增温(CT+)1～2℃减少了有效穗数和穗粒数，使水稻产量下降10%～25%；高[CO₂]和增温互作(C+T+)处理使水稻产量下降约10%，即高[CO₂]并未完全抵消温度升高带来的负效应。多年试验数据比较发现，相同处理对产量的影响趋势较为一致，但年际差异明显。随着年际生...     

两种土壤微生物生物量对外源镧的反应

在实验室条件下研究了黄潮土、水稻土微生物生物量对外源镧的反应。外源镧对两种土壤微生物生物量均表现为抑制的影响并随着浓度增加抑制作用增强。镧对黄潮土微生物生物量的抑制作用要高于水稻土，这可能与黄潮土有机质含量和阳离子交换量较低有关。土壤微生物生物量氮对外源镧的反应较生物量碳更为敏感。外源镧使土壤微生物群落向C／N比高的微生物方向发展。