开放式空气中二氧化碳浓度增高（FACE）对水稻元素吸收和分配的影响

论文摘要

大气二氧化碳（CO2）浓度已从工业革命前的280μmol mol-1升高到现在的380μmol mol-1,据估计到2050年前后将达到450-550μmol mol-1。大气CO2浓度升高不仅影响植物的生长、产量和品质,也使植物对元素吸收和分配的模式发生改变。水稻是世界上最重要的粮食作物,然而迄今为止未见大气CO2浓度升高对水稻不同生育时期大量和微量元素含量、吸收和分配影响的系统报道。为了明确这一问题,2005-2006年我们利用世界唯一的稻麦轮作生态系统开放式空气CO2浓度增高（FACE,Free Air CO2Enrichment）技术平台（32°35.5’N,119°42’E,中国江都）,以亚种间杂交稻两优培九为供试材料,CO2浓度设正常CO2（Ambient,AMB）和高CO2(FACE,Ambient + 200μmol mol-1)2个水平,施N量设低氮（LN,12.5 g N m-2）和常氮(NN,25 g N m-2)2个水平,研究了CO2和N处理对水稻不同生育时期物质生产、元素含量、元素吸收以及元素分配的影响,以期为未来高CO2浓度条件下我国水稻施肥管理和决策提供依据。1.两季（2005、2006）平均,FACE使两培培九分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期干物质累积量分别比AMB增加16%、20%、18%和17%,均达极显著水平。NN处理分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期干物质累积量分别比LN处理增加15%、2%、10%和8%,其中分蘖期和抽穗期分别达显著和极显著水平。CO2×N的互作对各期干物质累积量的影响均未达显著水平。2.随着生育进程的推移,无论FACE还是AMB,两优培九植株N、P、K、Fe、Mn和Cu素含量逐渐下降,至成熟期达最小值;Ca、Zn素含量先增后降,拔节期最大,成熟期最小;Mg素含量抽穗前基本不变,但成熟期明显下降。同AMB相比,FACE使两优培九分蘖期（-11%）、拔节期（-11%）、抽穗期（-13%）和成熟期（-9%）植株N素含量均极显著下降;使分蘖期（+9%）、拔节期（+20%）、抽穗期（+13%）和成熟期（+16%）植株P素含量均极显著增加;使分蘖期（+7%）和拔节期（+9%）植株Mg素含量均显著下降;而对不同生育时期其它元素（K、Ca、Fe、Mn、Cu和Zn）含量均无显著影响（分蘖期Fe素含量除外）。增施N肥使抽穗期和成熟期N、P素含量均显著增加,但对不同生育时期其它元素含量多无显著影响。CO2×N的互作对各期被测元素含量的影响多未达显著水平。3.随着生育进程的推移,无论FACE还是AMB,两优培九植株N、P、Ca和Mg素累积量逐渐增加,至成熟期达最大值;K、Fe和Cu素累积量先增后降,抽穗期最大,分蘖期最小;Mn、Zn素累积量抽穗前逐渐增加,抽穗后基本稳定。同AMB相比,FACE使两优培九分蘖期（+27%）、拔节期（+45%）、抽穗期（+34%）和成熟期（+36%）植株P素累积量均极显著增加,使分蘖期（+16%）和拔节期（+21%）Ca素累积量显著增加,使拔节期（+29%）和成熟期（+33%）植株K素累积量显著增加;而对不同生育时期其它元素（N、Mg、Fe、Mn、Zn和Cu）累积量多无显著影响。增施N肥使分蘖期、抽穗期和成熟期植株N、P素累积量均显著增加;使分蘖期和成熟期Mg素累积量分别显著和极显著增加;但对不同生育时期其它元素的累积量多无显著影响。CO2×N的互作对各期被测元素累积量的影响多未达显著水平。4.随着生育进程的推移,无论FACE还是AMB,两优培九植株K、Ca素在茎鞘中分配比例基本不变;Fe、Mn和Cu素在茎鞘中分配比例逐渐下降,至成熟期达最小值;N、P、Mg和Zn素在茎鞘中分配比例呈先增后降趋势,拔节期最大;同AMB相比,FACE使两优培九不同生育时期植株各被测元素在茎鞘中分配比例多无显著影响。增施N肥使分蘖期、抽穗期和成熟期N素在茎鞘中分配比例均显著或极显著增加,但对不同生育时期其它元素在茎鞘中分配比例多无显著影响。CO2×N的互作对各期被测元素在茎鞘中分配比例的影响多未达显著水平。5.随着生育进程的推移,无论FACE还是AMB,两优培九植株N、P、K、Ca、Mg和Zn素在叶片中分配比例逐渐下降,至成熟期达最小值;Fe素在叶片中分配比例逐渐增加,至成熟期达最大值;Mn素在叶片中分配比例基本不变;Cu素在叶片中分配比例呈先增后降趋势,拔节期最大,成熟期最小。同AMB相比,FACE使两优培九不同生育时期植株各被测元素在叶片中分配比例多无显著影响。增施N肥对不同生育时期各被测元素在叶片中分配比例多无显著影响。CO2×N的互作对各期被测元素在叶片中分配比例的影响多未达显著水平。6.随着生育进程的推移,无论FACE还是AMB,两优培九抽穗后N、P、K、Ca、Mg、Fe和Cu素在稻穗中分配比例直线上升;Mn、Zn素在稻穗中分配比例基本不变。同AMB相比,FACE使两优培九抽穗期（+28%）和成熟期（+4%）N素在稻穗中分配比例均显著增加;而对其它被测元素（P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn和Cu）在稻穗中分配比例无显著影响。增施N肥使成熟期N、Mg素在稻穗中分配比例极显著和显著降低,使抽穗期Zn素在稻穗中分配比例显著降低,而对抽穗和成熟期其它被测元素在稻穗中分配比例均无显著影响。除抽穗期Zn素在稻穗中分配比例外,CO2×N的互作对抽穗和成熟期其它被测元素在稻穗中分配比例的影响均未达显著水平。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 前言
• 1 材料与方法
• 1.1 供试材料
• 1.2 材料培育
• 1.3 测定内容与方法
• 1.3.1 生育时期及干物重的测定
• 1.3.2 水稻植株中矿质元素含量的测定
• 1.4 数据处理
• 2 结果与分析
• 2.1 FACE 对两优培九不同生育时期干物质累积量的影响
• 2.2 FACE 对两优培九不同生育时期元素含量的影响
• 2.2.1 N 素含量
• 2.2.2 P素含量
• 2.2.3 K 素含量
• 2.2.4 Ca 素含量
• 2.2.5 Mg 素含量
• 2.2.6 Fe 素含量
• 2.2.7 Mn 素含量
• 2.2.8 Zn 素含量
• 2.2.9 Cu 素含量
• 2.3 FACE 对两优培九不同生育时期元素累积量的影响
• 2.3.1 N 素累积量
• 2.3.2 P 素累积量
• 2.3.3 K 素累积量
• 2.3.4 Ca 素累积量
• 2.3.5 Mg 素累积量
• 2.3.6 Fe 素累积量
• 2.3.7 Mn 素累积量
• 2.3.8 Zn 素累积量
• 2.3.9 Cu 素累积量
• 2.4 FACE 对两优培九不同生育时期元素分配的影响
• 2.4.1 N 素分配
• 2.4.2 P 素分配
• 2.4.3 K 素分配
• 2.4.4 Ca 素分配
• 2.4.5 Mg 素分配
• 2.4.6 Fe 素分配
• 2.4.7 Mn 素分配
• 2.4.8 Zn 素分配
• 2.4.9 Cu 素分配
• 3 小结与讨论
• 3.1 关于 FACE 对两优培九不同生育时期干物质累积量的影响
• 3.2 关于FACE 对两优培九不同生育时期元素含量和吸收的影响
• 3.3 关于 FACE 对两优培九不同生育时期元素分配的影响
• 参考文献
• 致谢