2013年利用稻田FACE(Free Air CO2Enrichment)平台,以武运粳23为供试材料,主区CO2处理分别设置环境CO2浓度(Ambient)和高CO2浓度[比Ambient高(200±40)μL·L-1]两个水平,裂区锌处理分别设置对照(不施锌)和叶面施锌(齐穗后每隔5 d喷施0.2%ZnSO4,共3次)处理,研究常规粳稻籽粒不同部位锌浓度、植酸浓度以及[植酸]/[Zn2+]摩尔比值对CO2和锌处理的响应。结果表明,籽粒不同部位的锌浓度、植酸浓度以及[植酸]/[Zn2+]摩尔比均表现为精米<糙米<糠层,糠层部位分别是精米部位的4.8、45.3倍和9.6倍。大气CO2浓度升高对精米、糙米和糠层部位锌浓度均无显著影响,但锌处理使对应部位锌浓度平均分别增加8.5%、17.1%和22.7%,均达显著或极显著水平。CO2和锌处理对稻米各部位植酸浓度均无显著影响。大气CO2浓度升高对稻米各组分[植酸]/[Zn2+]摩尔比均无显著影响,但锌处理使精米、糙米和糠层[植酸]/[Zn2+]摩尔比平均分别下降5.2%、12.9%和18.7%,糙米和糠层部分达显著水平。方差分析表明,锌处理与部位间的互作对锌浓度、[植酸]/[Zn2+]摩尔比的影响达极显著和显著水平。糙米和糠层中[植酸]/[Zn2+]摩尔比与对应部位锌浓度均呈极显著负相关,但与植酸浓度相关不密切。以上数据说明,高浓度CO2环境下武运粳23稻米不同部位锌浓度及有效性无显著变化,但结实期叶面喷施锌肥,可改善该品种稻米不同部位特别是外层的锌营养水平。
利用稻田FACE(Free Air CO_2Enrichment)系统平台,以杂交稻汕优63为供试材料,二氧化碳设环境CO_2浓度(Ambient)和高CO_2浓度(Ambient+200μmol/mol),抽穗期源库改变设剪叶(剪除剑叶)和疏花处理(相间剪除1次枝梗),以不处理为对照(CK),研究大气CO_2浓度升高对不同源库处理水稻产量形成及物质生产的影响。结果表明:CK条件下,大气CO_2浓度升高使汕优63籽粒产量显著增加32%,这主要与单位面积总颖花量大幅增加(+26%)有关,结实能力亦呈增加趋势但未达显著水平。大气CO_2浓度升高使抽穗期剪叶处理水稻的籽粒产量平均增加55%,明显大于对照水稻,这主要与受精率(+28%)、饱粒率(+23%)和所有籽粒平均粒重(+19%)大幅增加有关。相反,对抽穗期疏花处理水稻而言,高CO_2浓度环境下籽粒产量的增幅(+25%,P=0.07)明显小于对照水稻,这主要与结实能力的响应略有下调有关。与产量响应类似,大气CO_2浓度升高使对照、剪叶和疏花条件下最终生物量分别增加39%、43%和28%,除疏花处理外均达显著水平。抽穗期剪叶和疏花处理本身使水稻籽粒产量分别降低40%和45%,前者主要是结实能力大幅下降所致,而后者与总颖花量减半相关。以上结果表明,大气CO_2浓度升高使杂交水稻生产力大幅增加,人为减小源库比(如剪叶)可增强CO_2肥料效应,而增加源库比(如疏花)则可使这种肥料效应减弱。
作为光合作用的底物,大气二氧化碳(CO2)体积分数升高可促进水稻生长发育,但对稻米矿质元素体积分数的影响及其与栽培条件的关系尚不明确。2011年,利用中国稻田开放式空气CO2浓度增高(free air CO2enrichment,FACE)系统平台,以敏感水稻品种汕优63为供试材料,二氧化碳设置环境CO2浓度、高CO2浓度(增加200μmol/mol),施氮量设置低氮(15 g/m2)、高氮(25 g/m2),移栽密度设置低密度(16穴/m2)、中密度(24穴/m2)、高密度(36穴/m2),研究不同栽培条件下大气CO2浓度升高对杂交稻成熟稻米矿质元素浓度的影响。结果表明,大气CO2浓度增高200μmol/mol使成熟稻米的钾、镁浓度平均值分别下降9.4%、7.0%,均达显著或极显著水平;对稻米中钙、钠、铜、铁、锰、锌浓度的影响均未达显著水平。稻米元素浓度对大气CO2浓度升高的响应,在不同施氮水平和移栽密度条件下的趋势基本一致,表现在二氧化碳处理、施氮量、移栽密度对稻米大量元素、微量元素浓度多不存在互作效应。
大气二氧化碳(CO_2)浓度和温度的增加是全球气候变化的两个最主要特征。目前空气中的CO_2浓度已从1800年的不到280μmol/mol上升到391μmol/mol,预测本世纪末最高将增至936μmol/mol。伴随CO_2及其它温室气体增强的温室效应,相比1980—1999年,2100年之前全球地表平均气温将增高1.5—4.0℃。水稻是人类最重要的食物来源,为全球半数以上人口提供营养。在介绍CO_2浓度和温度增高试验平台的基础上,系统总结了CO_2浓度和气温这两个重要的环境因子特别是两者的交互互作对水稻影响的实验进展,内容包括光合作用、生育进程、分蘖发生、物质生产、籽粒产量、受精过程、碳氮代谢、稻米品质以及水稻/杂草竞争等方面。结果表明,作为光合作用的底物,大气CO_2浓度增高对水稻生产力的直接影响通常是有益的;相反,气温升高及其与CO_2的互作对水稻各生长过程的影响变异很大(从负到正),反映了处理因子(包括CO_2-温度处理水平和时间)、供试品种及其生长条件之间复杂的交互作用。目前这一方向有限的认识多来自于封闭或半封闭气室的研究,未来研究的重点是利用稻田T-FACE(Temperature-Free Air CO_2Enrichment)技术结合气室试验展开更多更深入的学科交叉研究,研明CO_2浓度与温度的交互作用对水稻关键生长过程的影响,并找出这些互作效应的生物学机制,增强人们对气候假定情景下水稻响应的预测能力,进而更加有效地制订出应对气候变化的适应策略。
