在开放式空气CO2浓度升高(free-air CO2 enrichment, FACE)条件下,研究了籼稻IIY084与粳稻WYJ23根际土壤矿质元素(Fe、Mn、Cu、Zn、Ca和Mg)有效态含量及其在水稻各组织中的吸收与分配,结合前期稻米矿质元素含量下降的研究结果,探讨了其下降的机制。结果表明:大气CO2浓度升高,显著增加水稻穗、茎、根和整株生物量,两个品种平均增加19.4%、9.3%、23.4%、16.0%;根际土壤中矿质元素的有效态含量大体呈增加趋势;除Ca吸收量增加外,水稻其他矿质元素总吸收量未发生显著变化;显著促进大部分矿质元素在穗中的吸收与分配,而降低其在茎中的分配比;在穗内有增加大部分矿质元素在壳梗中滞留的趋势,相应地减少其在糙米中的分配比。品种效应分析显示,IIY084的茎和整株生物量,以及穗中Fe、Mn、Cu,叶中Zn、Mg,茎中Cu的吸收量与分配百分数均显著高于WYJ23,而叶中Mn、茎中Fe和根中Cu、Zn则呈相反趋势。可见,大气CO2浓度升高条件下,碳水化合物与矿质元素从植株营养器官到籽粒的不平衡转运以及在壳梗中的滞留可能是导致两水稻品种糙米中矿质元素含量降低的重要原因。
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。
应用增温-FACE(Elevated temperature and CO_2-free air controlled enrichment,T-FACE)试验平台,研究了CO_2浓度升高(比对照高200μL·L^(-1))和增温(比对照高1℃)对常规粳稻(Oryza saliva subsp keng)武运粳23不同部位干物质积累与分配的影响。结果显示,2013年水稻季平均气温比2014年高3℃以上,尽管两年CO_2浓度升高或增温对水稻地上部干物质积累的影响趋势一致,但对不同时期干物质的影响程度有所不同,表现为CO_2浓度升高使2013年拔节-孕穗期和2014年成熟期水稻地上部干物质的积累显著增加40%和16.7%;增温使2013年灌浆期和2014年拔节-孕穗期地上部干物质显著减少14.6%和21.7%。CO_2浓度与温度升高对水稻地上部干物质积累的影响存在年际差异,主要与2013年穗中干物质减少而2014年穗中干物质增加有关。2013年不同处理下水稻各部位干物质分配不存在明显差异,2014年高浓度CO_2与CO_2浓度和温度同时升高降低了灌浆期水稻营养器官而提高了生殖器官中干物质的分配比例,增温并未使干物质在茎叶穗中的分配比例出现显著差异。同时,收获期水稻籽粒产量的变幅与地上部总干物质的变幅存在显著的正相关关系(r2=0.911)。研究表明,整体上高浓度CO_2提高了而增温降低了干物质在水稻不同器官中的积累,二者共同作用对水稻干物质积累与分配的影响存在一定的年际效应,主要是因为气候条件的差异而导致干物质在稻穗中的积累不同。此外,不同处理下干物质在稻穗中的积累及分配影响产量的形成。
大气CO_(2)浓度([CO_(2)])和温度升高是未来气候变化的主要情境,阐明水稻产量及其构成对[CO_(2)]和温度升高的响应,是助力农业生产应对气候变化的重要组成部分。本文基于开放式[CO_(2)]和温度升高(elevated temperature and CO_(2)-free air controlled enrichment,T-FACE)试验平台的多年水稻生产数据,探讨了未来[CO_(2)]和温度升高对水稻产量和产量构成的影响。结果表明:与对照(CT)相比,高[CO_(2)](C^(+)T)处理提高了水稻有效穗数和结实率,使水稻增产11.1%左右(5年平均);增温(CT^(+))1~2℃减少了有效穗数和穗粒数,使水稻产量下降10%~25%;高[CO_(2)]和增温互作(C^(+)T^(+))处理使水稻产量下降约10%,即高[CO_(2)]并未完全抵消温度升高带来的负效应。多年试验数据比较发现,相同处理对产量的影响趋势较为一致,但年际差异明显。随着年际生育期环境温度的不断升高,水稻产量均呈不断下降趋势,且增温处理(CT^(+)、C^(+)T^(+))进一步降低水稻产量,但环境温度较低年份水稻产量比环境温度较高年份降幅低,因此环境温度的年际波动可能是影响水稻产量变化的重要因素。
