土壤呼吸是全球碳循环的一个重要组成部分、土壤碳库的主要输出途径和大气CO2重要的源。利用FACE(free-air CO2 enrichment)技术平台,采用LI6400红外气体分析仪(IRGA)-田间原位测定的方法,研究了大气CO2浓度升高和不同氮肥水平对水稻/小麦轮作制中冬小麦生长期间土壤呼吸的影响。结果表明,在整个测定期间,CO2浓度升高均增强了土壤呼吸的排放速率和释放量,增幅随着氮肥施用量的增加而增大,土壤呼吸在孕穗-抽穗期达到最大值。土壤呼吸同土壤温度呈极显著的指数相关;随施氮量从112.5kg·hm-2增加到2255kg·hm-2,FACE处理的Q10值从2.98增大为3.26,但比相应的Ambient(对照浓度)处理的Q10值下降了6.3%和18.3%,显然CO2浓度升高降低了土壤呼吸对温度增加的敏感性。总之,大气CO2浓度升高将加快土壤向大气的CO2排放,将有助于评价未来高CO2浓度环境对农田生态系统土壤碳循环的影响。
依托FACE(Free air carbon dioxide enrichment)技术平台,采用稳定^(13)C同位索法,通过将C_3作物小麦种植于长期单作玉米的C_4土壤上,研究了大气CO_2浓度升高和不同氮肥水平对水稻-小麦轮作制中冬小麦生长季土壤有机碳更新的影响。结果表明,种植一季小麦后土壤有机碳的δ^(13)C值显著降低,小麦生长改变了土壤有机碳的组成,大气CO_2浓度增加促进作物向土壤中输入更多的碳。大气CO_2浓度升高增加了麦田土壤有机碳的更新率,使土壤有机碳的更新率由3.61%(施氮量为150 kg hm^(-2),LN)～4.59%(施氮量为250 kg hm^(-2),HN)提高至6.72%(LN)～8.55%(HN),分别增加72.7%和86.1%。结果表明,大气CO_2浓度升高和提高氮肥用量将加快农田土壤有机碳的更新。
利用FACE(Free Air Carbon-Dioxide Enrichment)平台技术,研究了低氮(125kg/hm2,以纯N计)和常氮(250kg/hm2)水平下,高浓度CO2(周围大气CO2浓度+200μmol/mol)对水稻不同生育期功能叶N代谢关键酶活性的影响。结果表明,高浓度CO2提高了叶片硝酸还原酶和蛋白水解酶的活性,两者在常N下的响应程度大于在低N下的响应程度;高浓度CO2降低了低N下叶片谷氨酰胺合成酶和谷氨酸脱氢酶(NADH-GDH)活性,常N水平下酶活性的下降趋势得到改变或缓解。由此可见,高浓度CO2条件下NO3-转化为NH4+加速,而NH4+进一步同化为有机N却受阻,而且,由于后期蛋白水解加速,将进一步加剧叶片N含量的下降。这是水稻叶片N含量下降的内在因素。而增施N肥,有利于同化酶的表达,降低叶片蛋白水解酶活力,从而缓解叶片N含量的下降。
【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浓度升高降低了线虫的通路指数(CI),细菌为主的分解通道在小麦季的FACE(HN)处理中占优势。不同施氮水平对线虫结构指数(SI)产生显著影响,低氮条件下较高的SI值表明土壤环境受到的扰动较小,食物网处于结构化状态。
利用采集自FACE(Free Air Carbon Dioxide Enrichment)技术平台上田间培养的土壤样品,通过温室培养的方法,研究不同CO2浓度下导致作物生物量增加和更多碳输入对土壤含碳量的影响.结果表明,CO2浓度高(即通过秸秆还田和根系进入土壤的含碳量增加)时,其显著影响碳在不同粒级土壤中的转化,粒径>53μm土壤的含碳量增加,粒径<53μm土壤的含碳量降低;在没有秸秆加入的常规氮水平下与有秸秆加入的低氮水平下,含碳量变化幅度较大;单位土壤各粒级的含碳量均有增加,有秸秆加入,活性碳(葡萄糖)量越大,含碳量增加幅度越大;没有秸秆加入,活性碳量越大,总碳含量增加幅度越小.而不同氮水平下秸秆的分解代谢对土壤不同粒级碳的影响还不明确,有待继续研究.
利用采集自FACE(Free Air Carbon Dioxide Enrichment)技术平台上田间培养的土壤样品,通过温室培养的方法,研究不同CO2浓度下导致作物生物量增加和更多酚类、有机酸输入对土壤碳含量的影响.结果表明,CO2浓度升高时,通过根系分泌的酚类、有机酸对土壤各粒级分配的影响受秸秆加入和氮水平的调控.在有无秸秆加入条件下,酚类、有机酸的加入主要增加了粒径>250和<53μm土壤的碳含量.单位土壤各粒级的碳含量均增加,粒径>53μm增加幅度较大;在没有秸秆加入的常规氮水平与有秸秆加入的低氮水平下,碳含量变化幅度较大.表明来自高CO2浓度条件下秸秆和酚类、有机酸对土壤碳的固定具有重要的作用和意义.
