稻田水環(huán)境對(duì)大氣CO-,2-濃度升高的響應(yīng)特征及其機(jī)制研究.pdf

1、由工業(yè)革命以來(lái)CO2源的增加和匯的減少所導(dǎo)致的大氣CO2濃度的迅速增加深刻影響著生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和生態(tài)過(guò)程。雖然目前關(guān)于大氣CO2濃度升高對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響已有較多研究和報(bào)道，但對(duì)于全球最大的人工濕地-稻田生態(tài)系統(tǒng)的研究較少，而對(duì)于其中水體生態(tài)系統(tǒng)的研究則更少。為此，本研究借助國(guó)際唯一的人工濕地稻麥復(fù)種FACE(Free Air CO2 Enrichment)試驗(yàn)(位于江蘇省江都市，始于2004年)，于2006年水稻生長(zhǎng)季對(duì)其水體生態(tài)

2、系統(tǒng)的礦質(zhì)元素、有機(jī)質(zhì)、微生物等進(jìn)行了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和研究，以完善大氣CO2濃度升高對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響的知識(shí)。主要研究結(jié)果如下： 1.大氣CO2濃度升高顯著降低了稻田水體pH值(P＜0.01)，平均降低了2.59％，顯著提高了稻田水體鈣、鎂、硅離子的濃度(P＜0.01)，三者分別平均提高了32.26％、74.16％和77.88％。隨著水稻生育進(jìn)程的延續(xù)，大氣CO2濃度升高條件下，稻田水體中鈣離子濃度在水稻生育旺期提高最大，比對(duì)照平均提高了

3、33.23％，初期最小，為28.66％，后期提高了32.94％；鎂離子在初期提高最大，為112.96％，旺期最小，平均為62.89％，后期則提高了69.14％；硅離子也是在初期提高最大，為163.19％，后期最小，為31.43％，旺期平均提高了64.92％。不同生育時(shí)期之間稻田水體pH值、鈣、鎂、硅離子濃度存在顯著差異(P＜0.01)。 2.大氣CO2濃度升高顯著提高了稻田水體中總有機(jī)碳，總氮、可溶性有機(jī)碳和可溶性氮的含量(P＜

4、0.01)，且對(duì)總有機(jī)碳和可溶性有機(jī)碳的提高效應(yīng)分別大于總氮和可溶性氮。與對(duì)照相比，大氣CO2濃度升高田塊水體中總有機(jī)碳、總氮、可溶性有機(jī)碳和可溶性氮分別平均提高了31.2％、25.9％、28.3％和25.6％。在不同水稻生育階段，大氣CO2濃度升高對(duì)總有機(jī)碳和可溶性有機(jī)碳的提高效應(yīng)較為一致，均表現(xiàn)為生育初期最大，分別為35.4％和35.2％；生育旺期次之，為32.2％和26.9％；生育后期最小，為24.2％和25.7％。然而，對(duì)總氮和

5、可溶性氮的提高效應(yīng)則不同，最大提高效應(yīng)對(duì)總氮來(lái)說(shuō)在生育旺期，為27.9％，可溶性氮?jiǎng)t在生育后期，為29.1％；居中提高效應(yīng)對(duì)總氮來(lái)說(shuō)在生育后期，為25.8％，對(duì)可溶性氮?jiǎng)t在生育旺期，為26.5％；在生育初期對(duì)兩者的提高效應(yīng)均為最小，分別為19.9％和19.4％。不同生育時(shí)期之間稻田水體總有機(jī)碳、總氮、可溶性有機(jī)碳、可溶性氮含量存在顯著差異(P＜0.01)。 3.大氣CO2濃度升高顯著提高了稻田水體中細(xì)菌和大腸菌群的數(shù)量(P＜0.

6、01)，在整個(gè)水稻生育期，與對(duì)照相比，水體中的細(xì)菌數(shù)量、大腸菌群數(shù)量平均分別提高了45.9％、68.8％。隨著水稻生育進(jìn)程的延續(xù)，大氣CO2濃度升高在水稻生育初期對(duì)細(xì)菌和大腸菌群的提高效應(yīng)最小，與對(duì)照相比，分別提高了21.8％和40.4％；在水稻生育旺期對(duì)細(xì)菌、大腸菌群提高效應(yīng)居中，平均為47.7％和70.2％；在水稻生育后期對(duì)細(xì)菌和大腸菌群的提高效應(yīng)最大，分別為64.6％和93.0％。不同生育時(shí)期之間稻田水體中細(xì)菌和大腸菌群數(shù)量存在顯

7、著差異(P＜0.01)。 總之，大氣CO2濃度升高顯著降低了稻田水體的pH值，提高了其中礦質(zhì)元素、有機(jī)質(zhì)和微生物的含量?？梢?jiàn)，大氣CO2濃度升高不僅可通過(guò)改變稻田水體生態(tài)系統(tǒng)的方式來(lái)影響水稻生產(chǎn)和稻田生態(tài)環(huán)境，而且還可能通過(guò)田間排水尤其是水稻生長(zhǎng)前期的暴雨導(dǎo)致的洪澇來(lái)增加稻田生態(tài)系統(tǒng)向周邊生態(tài)系統(tǒng)礦質(zhì)元素、有機(jī)質(zhì)和微生物的輸出，從而可能影響到稻田生態(tài)系統(tǒng)碳氮循環(huán)和土壤生產(chǎn)力、陸地生態(tài)系統(tǒng)與水生生態(tài)系統(tǒng)間礦質(zhì)元素的交換及生物地球化