大气CO2浓度和温度升高对水稻体内微量元素累积的影响

为明确水稻体内微量元素对未来气候变化的响应,应用T-FACE(Temperature and CO_2Free Air Controlled Enrichment)试验平台,以常规粳稻武运粳23为试材,研究大气CO_2浓度升高(对照+200μL·L~(-1))和增温(对照+1℃)对收获期水稻体内微量元素累积的影响。结果显示,高浓度CO_2促进了稻穗中微量元素的累积,2013年穗中Fe和2014年穗中Zn的累积量分别显著增加16.7%和30.8%;增温降低了水稻器官中元素的累积量,2013年穗中Fe以及叶中Mn和Zn的累积量显著下降,降幅分别为30.2%、40.2%和57.3%;CO_2+温度整体降低了营养器官中Fe、Mn和Zn的累积量,2013年叶中Zn累积量显著减少40.0%。另外,高浓度CO_2降低了籽粒中Fe的累积量,2013年Fe累积量显著下降47.5%,同时提高了Mn与Zn的累积量,2014年Zn累积量显著增加43.4%;增温明显降低了籽粒中Fe、Mn和Zn的累积量;CO_2+温度有降低籽粒中元素累积量的趋势,其中2013年降幅大于2014年。以上结果表明未来CO_2浓度升高可在一定程度上缓解增温导致的水稻体内微量元素累积下降的状况。     

大气CO2浓度增加和升温对不同品种水稻根系形态的影响

[目的]本文旨在研究大气CO₂浓度增加和升温对不同品种水稻根系形态的影响。[方法]在田间开放条件下模拟大气CO₂浓度增加和升温,设置CT(对照,CO₂浓度和温度与正常大气环境保持一致)、C+T(大气CO₂浓度增加200μmol·mol^-1)、CT+(冠层温度升高2℃)和C+T+(大气CO₂浓度和温度同时升高)4个处理。每个处理种植‘扬稻6号’和‘常优5号’2个品种,连续开展2年(2020、2021年)田间试验。在水稻分蘖期、灌浆期和成熟期采集地上部和根系样品,分析大气CO₂浓度增加、升温及其交互作用对地上部干重、根干重、根冠比和根系形态(根长、根直径、根表面积、根体积和根尖数)的影响。[结果]大气CO₂浓度增加显著提高不同生育期‘扬稻6号’和‘常优5号’地上部干重、根干重和根冠比,其中‘常优5号’的增加幅度大于‘扬稻6号’。大气CO₂浓度增加显著提高不同生育期‘扬稻6号’根长、根直径、根体积...     

CO2浓度升高背景下氮形态对小麦光合性能及产量的影响

为探究大气CO₂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CO₂浓度和硝态氮(NO₃^--N,A)、铵态氮(NH₄⁺-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CO₂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CO₂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CO₂条件下,2种氮形态...     

基于模拟试验的CO2浓度和气温升高对水稻产量的影响

采用人工气候箱(TPG-1260-TH)模拟我国南方水稻种植区主要环境要素培养水稻,研究450μmol/mol CO2不增温(对照)、550μmol/mol CO2增温2℃、750μmol/mol CO2增温4℃对水稻产量的影响。结果表明:450μmol/mol CO2不增温条件下水稻空秕率最高,为8.72%,而千粒重偏低,为21.67 g,粗蛋白质含量最低,为11.82%;750μmol/mol CO2增温4℃条件下千粒重指标最高,为22.33 g;水稻在550μmol/mol CO2增温2℃处理下的粗蛋白质含量最高,为11.85%。可见,550μmol/mol CO2增温2℃的环境有助于我国水稻产量的增加,但温度和CO2浓度持续升高将导致水稻品质下降。     

大气CO2浓度升高对不同类型水稻品种磷素吸收利用的影响

以常规粳稻、杂交籼稻、常规籼稻共6个品种为供试材料,研究FACE（大气CO₂浓度增加200 μmol·mol^-1）条件对不同品种类型水稻产量及磷素吸收、分配、运转、利用的影响。结果表明：FACE处理使水稻产量显著增加24.17%,常规粳稻、杂交籼稻、常规籼稻分别增加19.38%、24.02%和29.10%,常规籼稻增幅最大;FACE处理使抽穗期、成熟期植株含磷率分别增加2.51%、6.07%,抽穗期常规籼稻增幅最大,成熟期常规粳稻增幅最大,处理间无显著差异;FACE处理使抽穗期、成熟期植株吸磷量增加25.42%、32.51%,抽穗期以常规籼稻增幅最大,成熟期以常规粳稻增幅最大。成熟期吸磷量与水稻产量呈极显著线性正相关（r=0.457^**）;FACE处理对抽穗期、成熟期各器官磷素占比无明显影响,但品种间差异较大;FACE处理使结实期茎鞘叶磷素运转量和穗部磷素增加量分别提高了25.77%、36.18%,两个性状均以常规籼稻增幅最大,促进磷素向穗部运转有利于水稻产量的提高（r=0.410^**）;FACE处理降低常规粳稻和常规籼稻的磷素籽粒生产效率、干物质生产效率,增加了杂交籼稻磷素干物质和籽粒生产效率;FACE处理使磷肥偏生产力显著增加24.17%,常规籼稻增幅最大。研究表明,FACE处理显著提高了各类水稻的产量、植株吸磷量、磷素运转量、磷肥偏生产力,品种间差异较大。     

土壤养分及棉花植株干物质量对大气CO2浓度升高的响应

通过田间小区试验研究不同大气CO2浓度对土壤养分及植株干物质量的影响.结果表明:正常大气CO2浓度(CK)下施氮降低了土壤pH值,C540、C720水平下,不施氮处理土壤pH值先降后升,施氮处理土壤pH值先升后降.随大气CO2浓度增加,土壤碱解氮增加;有机碳在不同土层表现出不同变化,0～20 cm土层呈现出下降趋势,20～40 cm土层先降后升.棉花地上部干物质量随大气CO2浓度升高而增加.CK水平下施用氮肥棉花根冠比减少,C540和C720并没有得出一致性结果.     

土壤养分及棉花植株干物质量对大气CO2浓度升高的响应

通过田间小区试验研究不同大气CO2浓度对土壤养分及植株干物质量的影响。结果表明：正常大气CO2浓度（CK）下施氮降低了土壤pH值,C540、C720水平下,不施氮处理土壤pH值先降后升,施氮处理土壤pH值先升后降。随大气CO2浓度增加,土壤碱解氮增加;有机碳在不同土层表现出不同变化,0~20 cm土层呈现出下降趋势,20~40cm土层先降后升。棉花地上部干物质量随大气CO2浓度升高而增加。CK水平下施用氮肥棉花根冠比减少,C540和C720并没有得出一致性结果。     

CO2浓度升高和有机肥-化肥施用对水稻光合作用、抗氧化酶活性和重金属含量的影响

依托中国水稻FACE平台(Free air CO₂ enrichment),研究了化肥和50%有机肥等氮替代化肥2种施肥方式下,大气CO₂浓度升高(环境大气+200μmol/mol)对水稻光合作用、抗氧化酶活性以及铜和锌吸收的影响。结果表明,单独大气CO₂浓度升高显著增加了抽穗期水稻叶片的净光合速率、丙二醛含量和成熟期水稻子粒中锌含量,但显著降低了抽穗期水稻叶片气孔导度和抗氧化酶活性。50%有机肥等氮替代化肥处理下,对比正常大气CO₂浓度,大气CO₂浓度升高显著增加了过氧化物酶活性,但降低了水稻叶片气孔导度和蒸腾速率、丙二醛含量和水稻子粒中铜和锌含量。因此,50%有机肥等氮替代化肥有助于提高水稻对CO₂浓度升高的适应性。     

大气CO 2浓度升高对水稻生长发育影响的研究进展

随着工业化的进程,人类活动引起大气CO2浓度的迅速上升,水稻是世界最主要的粮食作物之一,其生长发育势必将受影响.结合当前大气CO2升高的模拟试验,归纳了国内外关于大气CO2浓度升高对水稻的生育期、光合作用、产量等方面的研究进展.结果表明随着CO2浓度升高,水稻生育期提前,光合作用短期呈现加强,产量有所提高,但相关机制尚...     

大气CO2浓度和温度升高对水稻籽粒充实度的影响

为了明确水稻籽粒充实度对未来大气CO_2浓度([CO_2])和温度相伴升高的响应,应用T-FACE(Temperature and Free Air CO_2 Enrichment)试验平台,以优质粳稻南粳9108为试材,研究[CO_2]升高(对照+200μmol·mol-1)和增温(对照+1℃)对水稻灌浆期和收获期不同粒位籽粒充实度和产量的影响。结果表明,与对照(Ambient)相比,高[CO_2]增加了水稻产量和有效穗数,高温的结果与之相反。[CO_2]和温度升高下,2015年和2016年水稻分别减产4.0%和14.0%,有效穗数相应减少3.5%和5.4%。强势粒千粒质量最大,比饱粒、中势粒和弱势粒千粒质量分别提高了8.0%～11.7%、10.5%～15.0%和38.8%～63.9%。与Ambient相比,[CO_2]和温度升高对饱粒、强势粒、弱势粒千粒质量无显著影响,但[CO_2]升高显著提高中势粒千粒质量(P0.05),增温极显著降低了中势粒千粒质量(P0.01)。收获期,[CO_2]升高增加了强、弱势粒穗粒质量,减少了单穗粒质量和中势粒穗粒质量;增温降低了强、中势粒穗粒质量;[CO_2]和温度升高降低了水稻单穗粒质量和中势粒穗粒质量。进一步分析,[CO_2]或温度升高水稻强、弱势粒占穗质量比例增加,中势粒占穗质量比例减少。[CO_2]和温度升高两年弱势粒占穗质量比例平均增加了33.1%,远高于强势粒占穗质量比例的增幅(12.4%),中势粒占穗质量比例平均减少了4.5%。收获期,强、中、弱势粒占穗质量比例分别为9.9%～15.9%、73.2%～84.8%、5.2%～10.6%。因此,中势粒穗粒质量及其比例的减少对产量的影响大于强势粒、弱势粒。2016年单穗粒质量和中势粒穗质量比2015年明显减少,导致2016年产量下降了17.3%～28.6%,增温加剧了产量的降幅,应与2016年水稻开花期高温、灌浆期多雨有关。综上所述,[CO_2]和温度升高下弱势粒占穗质量比例的增加及中势粒千粒质量、穗粒质量及其占穗质量比例的减少,导致[CO_2]升高不能弥补增温对产量的负效应。     

不同氮素累积量类型的籼稻品种物质生产与分配特点

2001和2002年,在群体水培条件下,取籼稻代表品种210个,于抽穗期和成熟期测定根、茎鞘、绿叶、黄叶和穗的干物重以及氮素含量,采用组内最小平方和的动态聚类方法对供试品种成熟期的氮素累积量进行聚类,分析不同氮素累积量类型品种间物质生产与分配的特点.结果表明:(1)供试品种成熟期氮素累积量差异很大,可聚类为A、B、C、D、E、F 6 类,类型间的差异均达到了显著水平;(2)高氮素累积量类型籼稻品种物质生产的特点为抽穗前和抽穗后干物质生产量大,且抽穗后干物质生产比例也较大,因而生物产量高;(3)高氮素累积量类型籼稻品种抽穗期干物质分配的特点为根干重所占比例较小,叶片干重所占比例较大,成熟期干物质分配的特点为根干重和穗干重所占比例较小,而茎鞘干重所占比例较大,经济系数较低.     

移栽时剪根对水稻光合特性及干物质积累的影响

以松-122为试材,采用田间小区试验的方法,研究了移栽时全部剪除根系、留根0.5、1.0、1.5、2.0 cm及不剪根对水稻光合特性及干物质积累的影响.结果表明:移栽时剪根对水稻生育期内叶绿素含量和灌浆期光合特性无降低作用,且与剪根程度无关;移栽时根系长度1 cm以上对干物质积累与产量无明显影响,在1 cm以下使水稻干...     

溶解氧浓度对水稻分蘖期根系生长及氮素利用特性的影响

【目的】探究特定溶解氧浓度对水稻分蘖期根系生长及全生育期氮素吸收利用的影响,以期为水稻氧营养研究及高产栽培提供理论依据。【方法】试验于2016年在中国水稻研究所网室进行。供试水稻品种为中浙优1号（水稻）、IR45765-3B（深水稻）和中旱221（旱稻）,用国际水稻所营养液配方进行培养。试验设置5个溶解氧浓度处理,分别为全生育期溶解氧浓度1 mg·L ^-1（T₁）、3 mg·L ^-1（T₂）、5.5 mg·L ^-1（T₃）和7.5 mg·L ^-1（T₄）,以自然生长处理作对照（CK）,溶解氧浓度由在线测试控制系统自动控制（昆腾Q45D,美国）,并实时用便携式溶氧仪进行校对（YSI 550A,美国）。【结果】（1）水稻分蘖期,随溶解氧浓度上升,全浓度营养液中总氮含量下降速率减小,铵盐含量下降速率增加;硝酸盐含量在T₁处理下最低,T₄处理下最高;亚硝酸盐在全浓度营养液中含量极低且不稳定。（2）与CK相比,3个水稻品种在T₂处理下根系活力均有所提高,T₄处理根系活力显著低于CK。最大根长随溶解氧浓度上升而提高,T_I和T₄处理降低水稻根系总根长、总表面积、根体积和根干重;T₂处理下,中浙优1号和IR45765-3B的根系形态指标和干重均高于CK。（3）3个水稻品种拔节期植株含氮率随溶解氧浓度提高逐渐下降,齐穗期和完熟期随溶解氧浓度提高逐渐上升。相较于CK,T₂处理提高了3个水稻品种全生育期氮素积累量;T₃和T₄处理降低了水稻氮素吸收,但提高了齐穗期至完熟期生长阶段的氮积累量吸收比例。在完熟期,3个水稻品种氮素积累量,T₂处理较CK增加2.3%—7.3%,T₁、T₃和T₄处理较CK分别下降0.7%—3.6%、3.6%—8.5%和15.0%—27.1%。（4）3个水稻品种不同处理间干物质量和产量表现一致,均为T₂>CK>T₁>T₃>T₄。3个水稻品种氮素干物质生产效率均以T₁处理表现最高;与CK相比,T₂处理提高了3个水稻品种的收获指数和氮收获指数,T₁、T₃和T₄均低于CK;T₁处理下,中浙优1号和IR45765-3B氮素籽粒生产效率均显著低于CK,中旱221无显著差异。【结论】适度增氧可促进水稻根系形态建成,增加植株干物质量和氮素积累,提高水稻氮素利用效率和籽粒产量;低氧和高氧胁迫均会抑制不同生态型水稻品种根系活性,降低水稻植株氮素吸收,且旱稻对氧胁迫的耐逆性强于水稻和深水稻。     

CO2浓度和温度升高对早稻生长及产量的影响

研究温度升高和CO2浓度增加的气候变化条件对我国主要粮食作物早稻生长及产量的影响对评估国家粮食安全有重要参考意义。采用改进后的开顶式气室原位模拟大气CO2浓度450μL·L-1及温度升高2°C的环境条件对早稻生长及产量的影响,试验设置三个处理(对照、增温、增温+CO2),结果表明:1温度及CO2同增对早稻最终株高有显著增加作用,而仅增温只能加快前期株高增长速度而对最终株高没有影响;2增温处理使最终分蘖数增加2~3茎·穴-1,但在增温条件下增加CO2浓度,分蘖数不再增加;3增加CO2浓度使早稻叶片叶绿素含量略增,但增温处理没有效应;4增温处理对不同时期地上部生物量无显著影响,但增温+CO2处理使各期生物量较对照显著增加;5增温2℃使早稻增产13.3%,而增温基础上再增CO2,产量不再进一步增加。从产量构成因子看,增温或增温+CO2处理条件下早稻增产主要与穗数和每穗粒数增加有关。     

氮肥对寒地水稻齐穗后干物质积累及产量的影响

为给寒地水稻高产栽培提供依据,采用不同的氮肥处理,研究了氮肥对水稻产量和干物质的影响,以及齐穗后干物质重与产量之间的相互关系。结果表明:氮肥对水稻产量和水稻不同时期的叶片、茎鞘及总干物质重都有明显的增加作用,但过度增加氮肥,不仅干物质重增加不明显,而且也达不到高产水平。水稻齐穗期的干物质重与产量呈二次曲线关系,最佳值为9 228±300kg.hm-2;水稻齐穗至成熟期干物质积累量与产量呈正相关关系,y=1.1099x+1 960.6(R2=0.9899)。     

氮肥运筹对水稻干物质积累和氮肥利用率的影响

以北方超级稻铁粳7号为试材,重点分析了氮肥运筹对水稻生产干物质积累和氮肥利用率的影响。结果表明,增加施氮量有利于提高铁粳7号的干物质重,在施纯氮255 kg/hm2、基蘖肥与穗粒肥比为8:2处理下成熟期的总干物重达到最高为15 570 kg/hm2;增加施氮量会提高铁粳7号的总吸氮量,但氮素回收率和氮素收获指数会下降,而氮素生理利用率以施纯氮210 kg/hm2处理最高。     

CO2浓度升高与施氮对棉花光合及干物质积累和产量的效应研究

[目的]明确CO2浓度升高与施氮对棉花光合作用、干物质积累以及产量的影响,为全面评价农田生态系统对其的响应提供依据.[方法]在大田开放系统中,利用半封闭开顶式气室,采用裂区设计的方法,设置主区为CO2浓度,副区为不同氮肥水平,在棉花进入盛花期每天12:00 ～ 15:00释放CO2气体,连续20 d,研究测定此状态下棉花倒四叶净光合速率、SPAD值、花后干物质积累量以及产量.[结果]CO2浓度增加0.5倍使棉花盛花期倒四叶光合速率在450 kg/hm2施氮量时增幅最大,达121.1;,在不施氮时增幅较小,为47.2;,在150和300 kg/hm2氮水平时反而减小;增加氮肥施入与CO2浓度增加0.5倍对叶绿素含量有明显的正向效应,但浓度倍增会使其降低;CO2浓度升高与增施氮肥对棉花花后干物质积累有正向效应;单铃重和籽棉产量CO2浓度升高处理均高于本底浓度处理,最大增加0.3g和增产428.6 kg/hm2 (P＜ 0.05),增幅为6;和6.6;,且在0 ～ 300 kg/hm2施氮范围内单株结铃呈增加趋势,同时CO2浓度升高使衣分显著下降,但增加氮肥施入可使其改善.[结论]CO2浓度适当升高与在一定范围内增施氮肥可以提高棉花盛花期倒四叶叶绿素含量、促进光合速率提高,进而对棉花花后干物质积累产生正向效应,且同时使单株结铃呈增加趋势,并显著提高单铃重及籽棉产量;但高CO2浓度使叶绿素合成受阻,并使光合速率下降,同时降低衣分含量.     

抽穗后光照强度对超级杂交稻干物质生产及氮素吸收与分配的影响

以超级杂交稻,普通杂交稻、高产常规稻3种不同类型中稻品种为研究材料,采用齐穗后遮光(70%)和不遮光两种处理方式,研究了光强变化对超级杂交稻干物质生产和氮素营养吸收与分配的影响,以揭示超级杂交稻产量稳定性较差的原因。结果表明,遮光处理后:①超级杂交稻干物质生产累积量大幅度减少,干物质分配到穗中的比率仅为32.1%,低于其他类型品种;②超级杂交稻谷粒氮总积累量降幅达33.9%,氮收获指数下降12.3%,而普通杂交稻和常规稻分别只降低19.8%和26.9%;③超级杂交稻产量下降幅度为53.1%,显著低于常规稻和普通杂交稻品种。     

大气CO2浓度升高与氮肥互作对玉米花后碳氮代谢及产量的影响

[目的]研究大气CO2浓度升高(eCO2)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CO2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CO2浓度...