大气CO2浓度升高对旱地覆膜玉米地上部碳氮运移的影响与氮素调控机制

摘要

大气CO2是温室气体的主要成分，其浓度升高会刺激植物光合作用，增强植物碳代谢。氮是构成蛋白质的主要成分，对茎叶发育和果实形成有重要作用。碳、氮协调促进植物养分转化和形态结构建成。大气CO2浓度升高影响植物碳、氮代谢，打破原有的碳氮平衡影响作物生长。为探索大气CO2浓度的升高对玉米碳氮运移的影响，我们于2017、2018年进行田间试验，利用开顶室气室（OTC）在玉米生长阶段模拟大气CO2浓度升高的情况，通过设置了三种大气条件：高CO2浓度（700μmol·mol-1，OTC+CO2）、当前大气CO2浓度的OTC系统（OTC）和自然大气CO2浓度（CK）。同时，在不同的大气条件下，分别进行4种不同的水肥处理，分别为：覆膜施氮290kg·ha-1（MN290）、覆膜施氮225kg·ha-1（MN225）、不覆膜雨养施氮225kg·ha-1（RN225）和不覆膜雨养不施氮（RN0），研究不同水肥处理下春玉米地上部碳氮转运对大气CO2浓度升高的响应特征。本试验所获得的主要结论如下： 1.大气CO2浓度升高对玉米地上部有机碳含量的影响因不同器官和生育期而异。高CO2浓度显著降低2017、2018年覆膜处理（MN290、MN225）叶部V9期（九叶期）有机碳含量和雨养不施氮处理（RN0）茎部V6期（六叶期）有机碳含量，显著增加2017年高氮处理（MN290）叶部R5期（蜡熟期）、不施氮处理（RN0）叶部R6期（成熟期）有机碳含量，同时显著增加2017年雨养处理（RN225、RN0）籽粒R6期有机碳含量。CO2浓度升高与OTC的联合作用对有机碳含量的影响因生育期和施氮量不同而异。具体表现为：联合作用显著增加2017年高氮处理（MN290）叶部R1期（吐丝期）、R5期有机碳含量，但使V9期、R6期有机碳含量显著减小；显著增加2018年高氮处理（MN290）籽粒R3期（乳熟期）有机碳含量，但显著减少覆膜常氮（MN225）和雨养不施氮（RN0）处理R3期有机碳含量。 2.玉米叶、茎部全氮含量随生育期推移而降低。在大气CO2浓度升高条件下，高氮处理可促进玉米叶部V6生育期氮素积累。2018年，与OTC相比较，大气CO2浓度升高使高氮处理（MN290）叶部V6期全氮含量显著增加，使不施氮处理（RN0）叶部V6期、R3期全氮含量显著降低。与CK相比，CO2浓度升高与OTC的联合作用对玉米地上部全氮含量的影响因玉米器官、生育期以及施氮量不同而异。具体表现为：联合作用显著增加2018年覆膜处理（MN290、MN225）叶部V12期（十二叶期）全氮含量，显著增加2017、2018年覆膜处理（MN290、MN225）茎部V12期、R1期全氮含量，但是显著降低2017、2018年雨养不施氮处理（RN0）籽粒R3期全氮含量。 3.在大气CO2浓度升高条件下，玉米叶部V6生育期碳氮比变化与施氮量有关。具体表现为：2018年大气CO2浓度升高使高氮处理（MN290）叶部V6期碳氮比显著减小，使雨养不施氮处理（RN0）叶部V6期碳氮比显著增加。CO2浓度升高与OTC的联合作用对不同施氮处理下玉米地上部碳氮比主要为降低作用。具体表现为：OTC与CO2共同作用显著减小2017年覆膜处理（MN290、MN225）叶部R6期碳氮比；显著减小2017、2018年覆膜处理（MN290、MN225）茎部V12期碳氮比；显著减小2017年覆膜常氮处理（MN225）籽粒R5期和不施氮处理（RN0）籽粒R6期碳氮比。 总之，大气CO2浓度升高条件下，覆膜高氮（MN290）处理、覆膜常氮（MN225）处理、雨养不施氮（RN0）处理对玉米地上部碳氮运移的影响较雨养常氮（RN225）处理显著。大气CO2浓度升高使覆膜施氮（MN290、MN225）处理玉米叶部V9期有机碳含量降低；使高氮处理（MN290）玉米叶部V6期全氮含量增加，碳氮比降低；大气CO2浓度升高条件下，不施氮处理（RN0）与高氮处理（MN290）对玉米叶部V6期全氮含量的影响相反。CO2浓度升高与OTC的联合作用使高氮处理（MN290）籽粒R3期有机碳含量增加，使覆膜施氮处理（MN290、MN225）叶部、茎部V12期全氮含量增加，碳氮比减小；使不施氮处理（RN0）处理籽粒R3期有机碳、全氮含量减少。

目录

第一章 绪论

1.1研究背景及目的依据

1.2国内外研究进展

1.2.1大气CO2浓度升高对作物碳素运移的影响

1.2.2大气CO2浓度升高对作物氮素运移的影响

1.2.3大气CO2浓度升高对作物碳氮比的影响

1.3研究内容

1.3.1大气CO2浓度升高对玉米地上部各生育期有机碳含量的影响

1.3.2大气CO2浓度升高对玉米地上部各生育期全氮含量的影响

1.3.3大气CO2浓度升高对玉米地上部各生育期碳氮比的影响

第二章 试验内容与方法

2.1 试验区域概况

2.2试验材料

2.3.1试验设计

2.3.2测定内容与方法

2.3.3数据处理

第三章 大气CO2浓度升高对玉米地上部有机碳含量的影响

3.1 引言

3.2结果与分析

3.2.1大气CO2浓度升高对玉米叶部有机碳含量的影响

3.2.2大气CO2浓度升高对玉米茎部有机碳含量的影响

3.2.3大气CO2浓度升高对玉米籽粒有机碳含量的影响

3.3讨论

3.4小结

第四章 大气CO2浓度升高对玉米地上部全氮含量的影响

4.1 引言

4.2结果与分析

4.2.1大气CO2浓度升高对玉米叶部全氮含量的影响

4.2.2大气CO2浓度升高对玉米茎部全氮含量的影响

4.2.3大气CO2浓度升高对玉米籽粒全氮含量的影响

4.3讨论

4.4小结

第五章 大气CO2浓度升高对玉米地上部碳氮比的影响

5.1 引言

5.2结果与分析

5.2.1大气CO2浓度升高对2017年玉米地上部碳氮比的影响

5.2.2大气CO2浓度升高对2018年玉米地上部碳氮比的影响

5.3讨论

5.4小结

第六章 主要结论与展望

6.1主要结论

6.2研究展望

参考文献

致谢

作者简介