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近地层大气O₃浓度升高对稻田生态系统微量元素的影响

作　者: 张海进
导　师: 王小治
学　校: 扬州大学
专　业: 环境科学
关键词: 臭氧浓度升高微量元素水稻稻田土壤
分类号: S511
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近几十年来,由于人类的生产生活,近地层大气O3浓度以每年0.3%-2%的速度增长,在过去的一世纪升高了1倍多,进而对农田生态系统的结构和生态过程产生影响。许多研究表明,大气臭氧浓度升高降低水稻产量、光合作用率、生物量等,影响土壤的呼吸作用、矿化作用等,而对稻田生态系统微量元素的影响很少报道。本文利用开放式空气臭氧浓度升高(Ozone-Free Air Concentration Enrichment)研究平台,在经过一个稻麦轮作后,于2009年水稻生长季,根据水稻的不同生长时期,在每个实验圈多点随机采集土样、土壤溶液样品、植株样,研究在大气臭氧浓度升高(比周围大气高50%)的条件下,稻田生态系统微量元素的影响。主要结果如下：(1)臭氧浓度升高不同程度地影响了稻田土壤中有效态微量元素的含量。提高了土壤中有效态Fe、Mn、Cu的含量,降低了有效态Zn的含量。其中对有效态Fe的影响在成熟期的0-5cm土层增加幅度达到显著水平；对有效态Mn的影响在分蘖期、抽穗期的0-5cm土层达到显著水平；对有效态Zn的影响,在拔节期的0-5cm以及5-10cm土层达到了显著水平,在抽穗期10-15cm达到了极显著水平。(2)臭氧浓度升高对土壤溶液中游离态Fe、Mn、Zn含量的影响如下,增加5cm深度Fe、Mn、Zn的含量,降低15cm中Fe、Mn、Zn的浓度,但影响幅度均没有达到显著水平。(3)臭氧浓度升高有降低水稻秸秆微量元素含量的趋势,其中在拔节期Mn和Cu的含量降低幅度达到了显著水平。同时臭氧浓度升高还降低了成熟期水稻稻穗微量元素的浓度,Fe元素含量降低了7.3%,Mn元素含量降低了20.9%,Cu元素含量降低了17.0%,Zn元素含量降低了0.8%。但统计分析显示,对Fe、Mn、Cu、Zn的影响幅度均没有达到显著水平。(4)臭氧浓度升高降低了水稻秸秆的干物质积累量以及水稻的产量。水稻秸秆中微量元素的累积量随着生育期的推进,呈上升趋势。同时臭氧浓度升高有降低水稻秸秆中微量元素累积量的趋势,且降低了稻穗中微量元素的累积量：Fe(7.3%)、Mn(8.3%)、Cu(4.4%)、Zn(5.7%)总之,近地层大气臭氧浓度升高可通过改变稻田生态系统的方式来影响水稻生产和稻田生态环境。因此研究在大气臭氧浓度升高条件下,与水稻生长相关微量元素在农田生态系统中循环变化,对未来大气背景下,合理施肥,保护农田环境,提高粮食生产效益提起到积极的作用。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
文献综述  10-18
  Ⅰ. 臭氧对农田生态系统的影响  10-14
    1 臭氧浓度升高对植物生长的影响  11-12
    2 臭氧浓度升高对农田土壤的影响  12-14
  Ⅱ 微量元素对植物生长发育的作用  14-15
  Ⅲ FACE研究进展  15-16
  Ⅳ 研究意义  16-18
1 材料与方法  18-21
  1.1 试验地概括  18
  1.2 试验平台  18
  1.3 试验布置  18-19
  1.4 样品的采集与分析  19-21
    1.4.1 土壤样品的采集与分析  19
    1.4.2 土壤溶液样品的采集与分析  19
    1.4.3 水稻植株样品的采集与分析  19-21
2 结果与分析  21-42
  2.1 近地层O_3浓度升高对各生育期土壤有效态微量元素的影响  21-27
    2.1.1 对土壤有效态Fe含量的影响  21-22
    2.1.2 对土壤有效态Mn含量的影响  22-23
    2.1.3 对土壤有效态Cu含量的影响  23-25
    2.1.4 对土壤有效态Zn含量的影响  25-27
  2.2 近地层O_3浓度升高对各生育期土壤溶液微量元素的影响  27-31
    2.2.1 对Fe含量的影响  27-28
    2.2.2 对Mn含量的影响  28-29
    2.2.3 对Zn含量的影响  29-31
  2.3 近地层O_3浓度升高对各生育期水稻植株微量元素含量的影响  31-36
    2.3.1 对各生育期水稻秸秆的微量元素含量的影响  31-35
      2.3.1.1 对Fe的影响  31-32
      2.3.1.2 对Mn的影响  32-33
      2.3.1.3 对Cu的影响  33-34
      2.3.1.4 对Zn的影响  34-35
    2.3.2 对成熟期稻穗的微量元素含量的影响  35-36
  2.4 近地层O_3浓度升高对水稻各生育期微量元素累积量的影响  36-42
    2.4.1 对各生育期水稻干物质积累量的影响  36-37
      2.4.1.1 对各生育期水稻秸秆干物质积累量量的影响  36
      2.4.1.2 对产量的影响  36-37
    2.4.2 对各生育期水稻微量元素累积量的影响  37-40
      2.4.2.1 对Fe的影响  37-38
      2.4.2.2 对Mn的影响  38-39
      2.4.2.3 对Cu的影响  39
      2.4.2.4 对Zn的影响  39-40
    2.4.3 对成熟期稻穗中微量元素累积量的影响  40-42
3 讨论  42-47
  3.1 对土壤有效态Fe、Mn、Cu、Zn的影响  42-44
  3.2 对土壤溶液中Fe、Mn、Zn的影响  44-45
  3.3 对水稻植株微量元素含量的影响  45-46
  3.4 对水稻植株微量元素累积量的影响  46-47
4 结论  47-48
5 展望  48-49
参考文献  49-53
附表  53-58
致谢  58-59
攻读硕士学位期间发表的学术论文  59-60

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