大气O3浓度升高对农田土壤氮循环及微生物功能群的影响机理

由于世界人口的快速增长，人类活动导致近地层O3浓度不断提高。目前近地层O3作为全球最重要的大气污染物之一，其对农田生态系统的影响过程和机理已成为人们关注的重要问题。本项目通过大田作物开顶式气室模拟试验和温室作物模拟O3熏气试验，结合土壤潜在硝化速率分析技术、土壤呼吸速率分析技术、土壤微生物量氮分析技术、Real-time PCR技术和PCR-DGGE技术等先进方法和技术手段研究大气O3浓度升高对土壤酶活性、土壤呼吸速率、土壤硝化速率、土壤微生物氮含量、土壤微生物功能群结构和功能多样性、作物吸收、积累和迁移氮等方面的影响，探讨大气O3污染胁迫对农田生态系统土壤氮循环、作物产量和品质影响的土壤和微生物驱动机制，为政府制定O3污染防治对策以及保障我国粮食安全策略提供科学依据。

由于世界人口的快速增长，人类活动导致近地层O3浓度不断提高。目前近地层O3作为全球最重要的大气污染物之一，其对农田生态系统的影响过程和机理已成为人们关注的重要问题。本项目通过大田作物开顶式气室模拟试验和温室作物模拟O3熏气试验，研究大气O3浓度升高对农田土壤氮循环及微生物功能群的影响机理，探讨大气O3污染胁迫对农田生态系统土壤氮循环、作物产量和品质影响的土壤和微生物驱动机制。结果表明，O3污染胁迫导致各种作物（水稻、小麦、玉米、蔬菜）叶片产生明显的伤害症状，抗氧化系统酶（SOD、POD、CAT、APX、GR）活性以及抗氧化系统非酶物质（GSH、AsA、MDA等）含量发生变化。另外，O3还影响植物叶片硝酸还原酶活性、叶绿素、铵态氮、硝态氮、脯氨酸、谷胱甘肽、可溶性蛋白等含量，对植物氮代谢产生影响。外源喷施Spd和EDU可不同程度地缓解冬小麦的O3胁迫。O3浓度升高对冬小麦土壤碳氮含量、土壤脱氢酶、转化酶和脲酶活性也产生影响。通过对土壤AOA、AOB、NOB、nosZ和nifH基因的研究，发现O3胁迫可影响参与氮循环微生物的功能基因数量，从而影响土壤硝化反应、反硝化反应和固氮过程等，对农田生态系统土壤氮循环产生影响。研究也发现，O3胁迫通过对甲烷营养菌和产甲烷菌结构和功能的影响进而对土壤碳循环过程产生影响。结果将为政府制定O3污染防治对策以及保障我国粮食安全策略提供科学依据。