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题名: O3浓度升高对农田生态系统的影响——土壤呼吸、CH4排放及典型农作物元素分配与籽粒品质
作者: 郑飞翔
学位类别: 博士
答辩日期: 2010
授予单位: 中国科学院研究生院
授予地点: 北京
导师: 王效科
关键词: ; 农田生态系统 ; 冬小麦 ; 水稻 ; 土壤呼吸 ; 甲烷 ; 营养元素 ; 营养品质
中文摘要:       作为光化学烟雾污染的主要成分和危害最严重的二次污染物之一,臭氧(O3)对陆地植被有很强的植物毒素作用。近地层O3浓度升高造成的农作物产量损失已经引起人们的普遍关注,但是大部分研究主要集中在O3对农作物地上部分的影响,如光合生理和生物量产量等,而对其他可能产生的效应的影响研究较少。温室效应是目前最为关注的气候问题之一,作为两种最主要的温室气体,大气中二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)浓度的变化是研究人员所关注的重点。农田生态系统是上述两种气体重要的排放源,已有大量实验研究农田生态系统中CO2和CH4的产生机理与过程。但是,在目前大气O3浓度不断上升的情况下,农田生态系统中CO2和CH4排放的趋势不明确。本研究通过采用改进型的开顶式气室(OTC)进行田间原位实验和室内分析测定相结合的方法,于2007年和2008年研究了O3浓度升高对农田生态系统(冬小麦、水稻)土壤呼吸、CH4排放以及典型农作物营养元素分配与籽粒营养品质的影响,从而为准确评估大气O3浓度升高对环境的影响提供科学依据。研究所取得的主要研究成果如下: 1)、O3浓度升高对农作物生长和产量产生严重不利影响。随着O3浓度升高,冬小麦和水稻叶片受害严重,叶片黄化速度加快,植株生长期缩短而加速植物衰老;冬小麦和水稻的物质生产和分配发生变化,生物量和株高降低,根冠比下降,植株叶片的光合产物输出受阻;冬小麦和水稻产量和各种产量构成因子急剧下降,收获指数降低,且产量与O3浓度的AOT40值显著相关。 (2)、O3浓度升高使农田生态系统土壤呼吸降低。冬小麦和水稻不同生长期的日变化不同且日变化趋势与土壤温度相关性不显著,在O3熏气后期,O3处理组日变化平均值均呈下降趋势;冬小麦和水稻土壤呼吸生长季动态与作物的生长进度相关,而O3升高导致冬小麦和水稻根系生物量下降和土壤微生物活性降低可能是土壤呼吸下降的原因。 (3)、O3浓度升高使稻田CH4排放通量降低。不同生长期水稻CH4排放特征不同且CH4排放的季节性动态与水稻的生长期有关;CH4排放与O3浓度AOT40值呈显著负相关,与水稻产量、地上和地下生物量显著正相关;农田管理、气候因素等都会影响到稻田CH4排放量的变化。 (4)、O3浓度升高使冬小麦和水稻营养元素分配和籽粒品质改变。O3浓度升高使冬小麦和水稻植株各部分的C、N、S元素含量发生变化,导致碳氮比下降,提高了叶片中碳分配,降低了茎和根的碳分配,从而加强冬小麦水稻抵抗O3胁迫的能力;冬小麦和水稻籽粒中C元素含量无明显变化,N元素含量上升而碳氮比下降,S元素含量上升;冬小麦籽粒Mn、Fe、Na、Cu、Zn、K、Ca、Mg、P等和水稻籽粒中Mn、Cu、K、Mg、P等矿质元素含量呈上升趋势,可能是植物体对O3浓度升高的响应之一;冬小麦和水稻籽粒可溶性蛋白质、氨基酸总量和赖氨酸含量上升,直链淀粉含量下降,存在明显的生长稀释(growth dilution)现象。 (5)、各个测量数值均存在年际差异。本实验是控制O3浓度下进行的田间原位实验,而植物的生长还受到其他因素的作用,任何环境因素的差异都可能引起植物不同的反应,因此,各个测量数值存在年际差异。 (6)、本实验所用的两个农作物品种对O3的敏感性不同。综合实验结果,实验中所用的冬小麦对O3的敏感性要大于实验所用的水稻品种。
英文摘要:
      As the main composition of photo-chemical smog and one of the most detrimental secondary pollutants, ozone (O3) has been widely notorious for its phytotoxic effects on terrestrial plants. Wide attention has recently been focused on the agricultural product loss resulted from the elevated O3 concentration near the land surface. Nevertheless, the majority of previous researches concentrated on its effects on above-ground parts of crops, like photosynthetic physiology, while less on other potential parts. Currently greenhouse effect has been the most concerned issues in climate changes; as the two primary forms of greenhouse gases, variations in the concentration of carbon dioxide (CO2) and methane (CH4) have also attracted substantial interests of researches. Agroecosystem is the principal source of these listed greenhouses gases, and there are a multitude of field experiments conducted with respect to the mechanisms and processes of the generation of CO2 and CH4. However, considering the situation of increasingly elevating O3 concentration, the trend of emission of CO2 and CH4 in agroecosystem still remains uncertain. In this study, with the improved approach of OTC combined with laboratory experiments and analysis, we studied the influences of elevated O3 concentration on soil respiration, CH4 emission as well as the allocation of nutrition element and grain quality, thereby providing a scientific basis for accurate assessment of the effects of elevated O3 concentration. Main derived results are as follows.
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/35016
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O3浓度升高对农田生态系统的影响——土壤呼吸、CH4排放及典型农作物元素分配与籽粒品质.pdf(2647KB)学位论文--限制开放 联系获取全文

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郑飞翔. O3浓度升高对农田生态系统的影响——土壤呼吸、CH4排放及典型农作物元素分配与籽粒品质[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2010.
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