大气CO2浓度升高对植物 土壤系统地下过程影响的研究

综述了大气CO2浓度升高对根系、根际、根系分泌物、土壤呼吸和土壤物质转化和C、N循环影响的研究进展,阐述了有关实验的研究情况,以及它们在整个生态系统响应大气CO2浓度升高中的重要作用、目前研究中存在的争论、以及还需要研究的领域和方向及其研究的重要性。     

水溶液及红壤提取液中镧的生物毒性研究

利用发光细菌法研究了水溶液及红壤提取液中镧的生物毒性。水溶液中镧有较高的生物毒性并随浓度的升高而增强 ,EC50 值为21.1mg·L-1。土壤提取液中的镧有一定的生物毒性 ,并随镧浓度的升高不断增强。随着培养时间的延长 ,土壤提取液中镧的生物毒性逐渐减小。镧在土壤中的生物毒性是直接的     

生物炭对京郊沙化地土壤性质和苜蓿生长、养分吸收的影响

通过田间试验研究了施用生物炭(14 t·hm^-2)和种植苜蓿对京郊沙化地的改良作用。试验设裸地(BL)、裸地添加生物炭(BLB)、种植苜蓿不加生物炭(A)和种植苜蓿添加生物炭(AB)四个处理。结果表明:添加生物炭使土壤容重显着减小11.5%~11.6%,pH值显着增加0.1~0.2个单位,田间持水量和总孔隙度分别增加9.1%~10.3%和7.6%~11.3%,土壤总氮、有机碳含量和氮、磷、钾、锌的有效含量分别增加10.3%~25.8%、52.8%~71.7%、12.7%~23.5%、141.7%~233.3%、47.7%~81.1%、94.2%~95.2%,有效铁含量最高减小29.1%,阳离子代换量(CEC)和钙、镁、锰、硼的有效含量无显着变化;种植苜蓿没有显着影响土壤pH值、容重、总孔隙度、田间持水量、CEC和氮、钙、镁、锌、硼的有效性,总体上显着减小了土壤含水量和总氮、速效磷、速效钾的含量,增加了铁和锰的有效含量。BLB处理土壤含水量比BL显着增加13.9%(P<0.05);添加生物炭使苜蓿地上部生物量、含水量和氮、磷、钾、钙、镁、铁、锌、锰、硼的吸收累积量分别显着增加91.1%、3.6%、110.0%、130.9%、200.4%、82.6%、44.8%、89.5%、102.7%、99.5%、104.7%.生物炭与苜蓿种植相结合可在短期内改善京郊沙化地土壤的理化性质、提高养分有效性和恢复植被。     

不同生物炭对湿地松各组分生物量和碳储量的影响

通过将不同生物质原料(木屑和鸡粪)放置在低温(400°C)无氧条件下进行裂解,形成不同生物炭,研究了不同生物炭对湿地松不同组分(树叶、树皮、树枝和树干)生物量、碳密度、碳储量以及碳素年净固定量的影响。试验结果表明:以木屑和鸡粪为原料制备而成的两种生物炭p H和养分含量等性质差异显著;生物质裂解后,木屑p H由8.25降到木屑炭的7.46,而鸡粪炭p H为10.48,高于鸡粪的9.35;同时,C、N、P和K元素在两种生物炭中均出现富集,鸡粪生物炭N、P和K含量显著高于木屑生物炭,但两种生物炭速效P和速效K占总P、总K的比例与原料相比均出现显著降低。经过一年试验,鸡粪生物炭还田处理显著提高湿地松各个组分生物量,其中湿地松地上部分生物量增量是对照的4.92倍,而木屑炭处理对湿地松各个组分生物量影响不显著;木屑炭和鸡粪炭处理改变湿地松生物量增量在树叶和树皮中的分配比例,但对湿地松各个组分的碳密度影响不显著;鸡粪炭处理能显著提高湿地松各个组分碳素年净固定量,该处理湿地松地上部分碳素年净固定量(99.64 g/棵)分别是木屑炭处理(19.85 g/棵)和对照处理(25.77 g/棵)的5.02倍和3.87倍。由此可见,鸡粪炭可以作为提高林木土壤肥力的改良剂。     

不同类型水稻土微生物群落结构特征及其影响因素

选取基于我国土壤地理发生分类的不同类型土壤发育的四种水稻土,利用¹⁵N₂气体示踪法测定生物固氮速率,采用实时荧光定量PCR（Real-time PCR）技术测定细菌丰度,通过16S rRNA基因高通量测序分析微生物群落组成和多样性。结果表明：变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和蓝藻门（Cyanobacteria）是水稻土中优势微生物类群。四种类型土壤发育的水稻土细菌群落结构差异显著（Stress<0.001）,群落结构分异（NMDS1）与土壤pH存在极显著正相关关系（P<0.01）。土壤有机碳和碱解氮含量显著影响水稻土中细菌丰度和群落多样性（P<0.01）。红壤发育的水稻土细菌16S rRNA基因拷贝数显著高于其他三种类型水稻土,但OTU数量、Chao1指数和PD指数均低于其他三种类型水稻土。土壤pH对水稻土生物固氮速率有显著影响（P<0.01）,紫色土发育的水稻土具有最高的生物固氮速率（3.2±0.7 mg×kg^-1×d^-1）,其中优势类群细鞘丝藻属（Leptolyngbya）可能是生物固氮的主要贡献者。研究结果丰富了对水稻土微生物多样性的认识,为通过调控土壤pH和微生物群落组成来提高稻田生物固氮潜力提供了理论依据。     

滨海盐碱地垄作模式对籽粒苋生长的影响

为了提高籽粒苋在滨海盐碱地上的生物量,研究了垄作方式对籽粒苋生长及养分吸收的影响.结果表明,垄作方式可显著提高籽粒苋生物量32％,籽粒产量增加7％,同时增加了籽粒苋对土壤养分的吸收利用,提高了肥料利用率.因此,在滨海盐碱地上采用垄作方式可以促进籽粒苋生长及肥料利用率,对土壤脱盐固碳有良好作用.     

外源镧的吸附对红壤阳离子交换量和溶液组成的影响

采用不同用量外源锋土镧,研究其在红壤上的吸附及对红壤阳离子交换量和溶液组成的影响。结果表明,红壤对Ｌａ＾３＋具有较大的吸附容量和具有较高的可解吸性。当外源Ｌａ＾３＋浓度小于４００ｇｍ／ｋｇ时,被吸附的Ｌａ＾３＋具有较高的非交换性。阳离子交换量受外源镧的影响不显著;当外源镧浓度大于３００ｍｇ／ｋｇ时,土壤盐基饱和度与有效阳离子交换量显著降低,而交换性酸和交换性铝显著增加。浸出液中的盐基离子浓度随外源     

不同氮素水平下冬小麦叶片酚酸类物质代谢对FACE的响应

利用开放式空气CO2浓度升高(Free Air Carbon-dioxide Enrichment, FACE)平台, 研究了低氮(LN)和常氮(NN)水平下, 大气CO2浓度升高对冬小麦叶片酚酸类物质代谢的影响.结果表明, CO2浓度升高对小麦叶片水杨酸、对羟基苯甲酸、肉桂酸、阿魏酸和香草酸含量的影响随供氮水平的不同而有所差异.低氮下小麦通过提高叶片苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性(30.1%)而使其含量均显著增加, 增幅分别达33.7%、119.6%、26.7%、39.9%和28.6%; 而常氮下PAL活性和酚酸类含量变化均未达显著水平.可见, 大气CO2浓度升高对冬小麦酚酸类物质代谢的影响受氮水平的调控, 在未来CO2浓度升高条件下, 选择适宜的施肥水平将显得更为重要.此外, 总酚含量与水杨酸、对羟基苯甲酸、肉桂酸、阿魏酸和香草酸等含量变化趋势基本一致, 且总酚含量变化的79.6%～151.4%是由这几种酚酸含量变化引起的, 说明CO2浓度升高使水杨酸、对羟基苯甲酸、肉桂酸、阿魏酸和香草酸等含量增加是总酚含量增加的直接原因.低氮条件下大气CO2浓度升高将通过改变酚酸类物质代谢而间接影响小麦与伴生杂草的关系.     

大气CO2浓度升高和施氮对麦季土壤有效态微量元素含量的影响

利用中国的稻/麦轮作FACE(Free Air Carbon-dioxide Enrichment)平台技术,研究大气CO2浓度升高(比周围大气高200μmol·mol-1)和不同施N水平(常氮,250kg N·hm-2;低氮,150kg N·hm-2)对麦田土壤微量元素有效性的影响.结果表明,CO2:浓度升高在一定程度上增加了土壤有效态微量元素含量,其中对DTPA-Cu和Zn的增加趋势尤为明显;常规施氮水平下土壤有效态微量元素含量高于低氮水平.对CO2浓度升高增加了土壤微量元素有效性的原因做了初步分析,并指出大气CO2浓度增加可能会影响到农业生态系统中土壤微量元素的地球化学循环.     

CO2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CO2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CO2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。