根系分泌物对CO2施肥的响应及其根际效应

温室条件下CO2施肥能明显提高作物光合作用效率和产量，为了避免作物矿质营养的降低并保持CO2施肥增产的持久性，往往需要增施矿质肥料。然而矿质肥料的增施量是否等同于CO2增施的比例，这两者间是否存在交互作用，以及在该生产条件下是否会加速温室土壤的疲劳并影响其可持续利用。这些问题的解决就需要研究CO2增施所产生的根际效应，目前该方面研究还不系统。本项目拟以根际效应最显著的根系分泌物为切入点，通过改进的根系分泌物循环收集装置，分析CO2施肥条件下，根系分泌物总量及各主要成分的释放规律，进而研究这一变化对根际pH和Eh值、土壤微生物生物量和种群结构、土壤酶活性以及土壤呼吸作用所产生的影响，以揭示CO2施肥对根际矿质元素有效性影响的内在机制，指导与CO2气肥相匹配的矿质肥料的施用。这对于合理有效利用资源，维护设施栽培可持续发展，具有重要的理论和实践意义。

本项目在自制的开顶式生长箱中，通过改进的根系分泌物循环收集装置，分析CO2施肥条件下，根系分泌物总量及各主要成分的释放规律，植株对矿质养分的吸收及分布规律，以及土壤矿质养分含量、土壤微生物生物量和种群结构的变化规律，揭示了CO2施肥对根际矿质元素有效性影响的内在机制，指导与CO2气肥相匹配的矿质肥料的施用。自制的开顶式生长箱中CO2浓度分布均匀，在90%的时间内能稳定在设定值的±10%以内，温湿度控制稳定，能满足黄瓜的正常生长。对根系分泌物循环收集装置进行了平衡吸附、动态吸附和模拟根系分泌物吸附等细致的实验，得到了其对植物根系分泌物中可能存在的27种小分子量有机物的吸附特性。优化了高效液相色谱的方法，使其检测限和线性范围均能满足根系分泌物中糖类、有机酸和氨基酸的定量分析。考察了温度对温室黄瓜生长的影响，确定了黄瓜正常生长所需的温度条件，以消除温度因素对CO2施肥效果的干扰。研究了CO2施肥与氮素的交互作用对黄瓜光合及气孔特性、生长状况、矿质元素的吸收及在植株内分布的影响，得出了温室黄瓜适宜的CO2施肥浓度及氮肥施用量。考察了不同CO2施肥浓度及氮肥施用量条件下，黄瓜根系分泌物中糖类物质的组成和变化规律，以及根际土壤中矿质养分及微生物特性的变化，初步探究了CO2施肥对根际矿质元素有效性影响的内在机制。