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基于O3-FACE研究臭氧污染对有机无机肥配施下小麦氮素利用的影响

批准号:
42107270
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
尚博
依托单位:
学科分类:
环境地球化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
尚博

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
人类活动引起近地层臭氧浓度不断升高,臭氧从气孔进入作物体,破坏抗氧化系统,抑制光合过程,导致作物减产。有机无机肥配施能改善土壤肥力,提高作物氮素利用率,促进含氮光合酶和抗氧化物合成,增强作物的光合和抗氧化能力。然而臭氧对有机无机肥配施下作物氮素利用的影响及其机制尚不明确,有机无机肥配施能否缓解臭氧对作物的危害仍有待研究。本项目拟以小麦为研究对象,利用开放式臭氧熏蒸系统,设置不同臭氧和肥料处理,通过研究不同生育期小麦不同器官的氮素吸收量,探究臭氧对不同肥料处理下小麦氮素吸收及分配过程的影响;利用同位素示踪量化臭氧污染对不同肥料处理下麦田氮肥去向的影响;从叶片蒸腾、根系功能性状、土壤中氮转化相关功能微生物群落结构及氮代谢酶等方面,揭示臭氧对不同肥料处理下小麦氮素利用的影响机制。项目成果不仅有利于理解臭氧污染对农业生态系统氮循环过程的影响,也可为臭氧污染背景下制定合理的氮肥管理措施提供科学依据。
英文摘要
Human activities lead to elevate ground-level ozone concentration. Ozone enters the crop from the stomata, and ozone can inhibit the photosynthetic process, destroys the antioxidant system, and ultimately lead to reduced crop yields. The combined application of organic and inorganic fertilizers can improve soil fertility and increase crop nitrogen utilization. The combined application of organic and inorganic fertilizers can also promote synthesis nitrogen-containing photosynthetic enzymes and secondary metabolic antioxidants, and the photosynthetic and antioxidant capacity of crops will be enhanced. However, the effect of ozone on the nitrogen utilization of crops under the combined application of organic and inorganic fertilizers and its mechanism are still unclear, and whether the combined application of organic and inorganic fertilizers can mitigate the effects of ozone to crops is yet to be studied. In this project, wheat will be exposed to Free Air Ozone Concentration Enrichment (O3-FACE), and different ozone and fertilizer treatments are applied. The effects of ozone on the process of nitrogen uptake and allocation of wheat under different fertilizer treatments will be explored by measuring the nitrogen uptake of different organs for wheat under different growth periods. The impacts of ozone pollution on the fate of nitrogen fertilizer in wheat fields under different fertilizer treatments will be quantified through the method of isotope tracing. The effects and mechanisms of ozone on wheat nitrogen utilization under different fertilizer treatments will be revealed by measuring wheat leaf transpiration, root functional traits, functional microbial groups and nitrogen metabolic enzyme activity at different growth stages. The research results are not only important for understanding the impacts of elevated ozone concentration on the nitrogen cycle of agricultural ecosystems, but also provide scientific guidance for formulating appropriate nitrogen fertilizer management measures to improve nitrogen fertilizer use efficiency under ozone pollution.
近地层臭氧(O3)已经严重威胁到我国的粮食安全。过量氮肥施用带来了一系列负面影响,有机无机肥配施能够通过优化养分供给,提高氮素利用效率,减少氮素损失。本项目主要探究O3污染对作物氮素利用的影响,并澄清有机无机肥配施能否通过增加作物抗性减缓O3对作物的负面影响。项目以小麦和水稻为研究对象,利用开放式O3熏蒸系统和开顶式气室,设置不同O3(环境大气O3浓度和1.5倍大气O3浓度)和肥料处理(单施无机肥和有机无机肥配施),连续开展野外控制试验2年。本项目通过观测作物在不同生育期的光合生理指标、生物量生长指标以及收获期的产量和产量组成指标,发现臭氧O3对小麦和水稻生长的影响主要发生在生育后期的生殖生长阶段,而对营养生长阶段的光合速率并没有显著影响。O3浓度升高也显著降低了小麦产量,主要是由于籽粒单粒重的降低所致。通过测定不同生育期不同器官的氮素吸收量,发现O3降低了灌浆期营养器官氮累积量和收获期籽粒氮累积量和总氮累积量。O3降低小麦籽粒氮累积量主要由于降低花后氮吸收量造成的,O3并没有显著的改变灌浆期小麦营养器官氮素向籽粒的转运。然而,O3和有机无机肥配施对所有生长指标和氮累积指标都没有显著的交互作用,表明短期有机无机肥配施并不能缓解O3对作物的负面影响。通过测定土壤氮转化过程和相关功能微生物丰度和多样性,发现O3能够促进小麦土壤硝化潜势,主要由于增加了土壤氨氧化古菌的丰度和氨氧化细菌的多样性。利用密闭室抽气法测定氮肥的重要去向氨挥发的结果显示,有机无机肥配施处理能够在一定程度上降低水稻田中pH值及铵态氮浓度,减少氨挥发,O3浓度升高可以显著增加穗肥土壤铵态氮浓度,增大土水表面氨挥发量。这些研究结果有利于理解O3污染对农业生态系统氮循环过程的影响,为O3污染背景下制定合理的氮肥管理措施提供科学依据。
臭氧浓度升高对稻麦轮作系统土/水—冠层氨排放通量的影响及其机制研究
  • 批准号:
    42377117
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    49.00万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    尚博
  • 依托单位:
国内基金
海外基金