开放式臭氧浓度升高对不同敏感型小麦土壤线虫群落的影响

Ozone is an atmospheric pollutant that has been rising due to human activity,which poses great threat to crop yields and ecosystem carbon storage. Although the aboveground influences of elevated ozone have been studied widely on agroecosystems, the effects on belowground processes, especially on the soil biota were scarce. Previous studies were largely based on the open top chambers (OTC), which limited our understanding and predicting for the real responses of belowground systems to the ozone elevation. This study aimed to investigate the effects of free-air ozone enrichment on the structure and functions of soil nematode community and to compare their responses between ozone-sensitive and ozone-tolerant wheat cultivars in a rice-wheat rotation system.This research will provide us new insights into the influence mechanisms of global change on the belowground ecosystems.

近年来由于人类活动的影响，臭氧浓度升高所导致的全球气候变化日益明显。臭氧作为光化学反应的二次污染物，能够对作物的生产力和生态系统的碳储量产生重要影响。尽管关于地上生态系统对全球环境变化的响应研究已经开展的比较广泛，但针对地下生态系统，特别是土壤生物对臭氧浓度升高的响应研究仍然非常缺乏，且多数是针对OTC开展的短期研究，限制了我们对于真实环境中臭氧浓度升高对地下生态系统影响的研究与预测。本研究利用O3-FACE稻麦轮作系统观测平台，开展臭氧浓度升高对不同敏感型小麦土壤线虫群落结构和生态功能的影响研究，探讨臭氧浓度升高条件下土壤食物网结构改变对地上生态系统的反馈作用。从而为深入研究全球变化对地下生态过程的影响机制提供科学的理论依据。

最新的研究表明全球变化等环境因子对土壤生态系统的影响可能存在累积的生态效应，而这些影响在很大程度上受地下生态过程的调节。前期研究表明，臭氧浓度升高能够降低土壤中可溶性有机质含量，改变土壤微生物的代谢多样性。那么臭氧浓度升高对地下生态过程的影响是暂时的还是长期的？臭氧升高对土壤生物的印痕效应将如何影响植物生长？这些科学问题还没有很好的解答。为了回答上述科学问题，利用运行5年的臭氧FACE平台，通过原位模拟试验和盆栽试验相结合的方法，系统研究了臭氧浓度升高对土壤线虫群落的影响及其对植物生长的反馈作用。我们将FACE 圈和对照圈的土壤进行置换，分别种植不同小麦品种。通过原位模拟研究发现，臭氧浓度升高对土壤生物群落既有直接影响，也有印痕效应。臭氧升高的直接影响增加了微生物和原生动物的PLFA含量，降低了土壤中的水溶性碳含量以及食微线虫的数量。而臭氧升高的印痕效应则增加了食微线虫的数量。研究表明臭氧浓度升高对微生物群落的直接影响能够促进植物生长，而从长期来看，臭氧浓度生高的印痕效应会通过改变生物和非生物学特性而对植物生长产生负的反馈作用。虽然前期研究已经报道了臭氧升高对作物产量的影响，但是在稻/麦轮作系统中，臭氧升高如何影响土壤生物及其调节的生态过程仍不清楚，因此，我们进一步利用盆栽模拟实验研究了不同小麦品种和臭氧升高的印痕效应对水稻生长的反馈作用。研究结果表明，臭氧升高的印痕效应和不同小麦品种都能对土壤生物群落结构产生影响，在稻/麦轮作系统中，臭氧耐性小麦品种的选择，会通过改变土壤的生物和非生物学特性而对下一季的水稻生长产生正向的反馈作用。我们的研究结果为深入揭示全球变化对地下生态过程的影响机理提供了科学依据。