高CO2浓度和高温度对水稻微量元素吸收利用的影响

Using the T-FACE platform constructed in the typical paddy field ecosystem in the east of China, the synergy effect of elevated CO2 and temperature will be investigated, on the mechanism of the change of rice trace element quality and the output of trace elements from paddy soil. The metabolism of trace elements, rice quality and trace element availability will be studied, by the determination of the trace element content in rice, the accumulation and allocation of trace elements in each part of rice plant,the content of trace elements in the soil solution, and the content of root secretions. The purpose of the research is to improve the corresponding knowledge of plant nutrition, and to provide reliable evidence for the food developing and security strategies of China.

利用建立在我国东部典型稻田生态系统中的T-FACE试验平台， 研究CO2浓度与温度同时升高条件下我国主要粮食稻米的微量元素品质变化及其主要原因，以及稻田微量元素输出状态。通过测定分析稻米微量元素品质，植株微量元素吸收和分配，土壤溶液微量元素有效性以及根系分泌物成分，开展对该条件下水稻微量元素代谢、稻米微量元素品质和土壤微量元素有效性变化的研究，从而推进国际上植物营养学这一领域的理论认识，也为国家制定粮食安全保障策略提供可靠依据。

本项目运用T-FACE技术，研究了大气CO2浓度和温度同时升高对水稻生长和稻田微量元素在土壤-溶液-植物间循环的影响。结果表明：高浓度CO2促进了水稻生长，提高了不同元素在水稻各器官中的累积量，而加温降低了大部分养分元素在水稻体内的积累。CO2+温度处理的影响趋势类似于单独CO2处理，但增幅有所降低，不过，CO2和温度因子间并无交互作用。CO2、温度、CO2+温度处理不同程度地降低了稻米中多数元素的含量，主要是N及微量元素的含量，而铁元素含量增加。高浓度CO2显著促进水稻根系总长、根系表面积、根体积及根尖数。温度因子对于根系形态的指标的影响主要表现在生育前期。CO2浓度增加时，单株水稻根系总吸收面积和活跃吸收面积都有显著增加，而温度升高的影响不显著。CO2浓度升高水稻根系分泌物中TOC含量显著增加，温度升高对根系分泌物没有显著影响。CO2、温度、CO2+温度处理下土壤溶液pH的变化不显著。高浓度CO2提高了耕层溶液中HCO3-的含量，降低了SO42-的含量。加温与CO2+温度处理有降低耕层溶液中HCO3-含量的趋势。高浓度CO2提高了水稻生长阶段耕层溶液中N含量和Ca、Mg（0-10cm溶液）含量，降低了Mn和Zn的含量；同时降低了营养生长阶段耕层溶液中P、K、Fe和Cu的含量。此外，高浓度CO2提高了营养生长期田面水中N、Mn、Zn的含量。加温处理降低了营养生长阶段10-20cm溶液中P、K、Fe、Cu和Zn的含量，提高了生殖生长阶段K的含量。加温提高了营养生长期田面水中Fe、Cu和Zn的含量。CO2+温度使不同深度溶液中多数元素的变化趋势类似于单独CO2或对照处理。CO2、加温及CO2+温度处理均不同程度的提高了土壤耕层中碱解N、速效K、交换性Ca、Mg以及耕层0-10cm土壤中有效态Fe、Mn、Cu和Zn的含量。CO2处理降低了收获期土壤耕层中有效P的含量，而加温处理提高了有效P的含量。CO2+温度处理有降低耕层土壤中有效P含量的趋势。总体而言，大气CO2浓度与温度同时升高条件下我国主要粮食稻米的微量元素（铁元素除外）和蛋白质品质变差，主要原因是该条件下水稻生长加速，原有土壤肥力供应跟不上水稻需求所致，同时，稻田微量元素输出增多导致流失增加，因此，未来大气CO2浓度与温度同时升高条件下我国水稻栽培过程需增加微肥和N肥投入，以确保稻米品质和稻田肥力维持正常状态。