模拟大气增温对北方粳稻土壤生态系统的影响及其反馈作用

Increasing atmosphere temperature is an important trend of climate change. The direct and indirect influences of warming on soil nutrient and soil microbial have been shown. However, it is not clear how the changed soil ecosystem influence on plant-soil feedback. To address the lack of knowledge and understand the interaction between plant and soil in the context of global warming, we will investigate the effects of warming on soil nutrient and microbial community in paddy with FATI (Free Air Temperature Increased) for 3 years，and use the plan-soil feedback experiment and soil inoculation experiment for further analysis of the feedback effects and mechanisms of changed soil ecosystem on growth and development of rice in paddy under warming. Our study include the following four parts: (1) effects of warming on soil nutrient and soil microbial, (2) effects of soil feedback on performance of rice under warming, (3) roles of soil microbial in the feedback of paddy soil to rice under warming, (4) influences of fertilization on soil feedback in paddy under warming. The objectives of this study are to understand the response and adaption of crop to increasing air temperature, clarify the mechanisms of plant-soil feedback in argroecosystem under future climate change, with an attempt to provide a scientific and theoretical foundation for developing integrated agroecosystem management.

大气温度升高是气候变化的重要趋势。温度升高能够直接或间接影响土壤生态系统养分和微生物群落，但增温条件下土壤生态系统对植物生长的反馈作用尚不清楚。本项目以北方粳稻为研究对象，采用开放式自主增温系统模拟大气增温，通过3年连续试验，在研究增温条件下稻田土壤生态系统养分和微生物群落变化的基础上，采用植物-土壤反馈的研究方法，探讨该变化对北方粳稻生长和养分利用的反馈作用。本项目主要包括以下4部分内容：（1）模拟增温对稻田土壤养分和微生物群落的影响；（2）模拟增温条件下稻田土壤对水稻生长的反馈作用；（3）增温条件下土壤微生物群落对水稻生长的反馈作用；（4）施肥对模拟增温条件下稻田土壤反馈作用的影响。本研究将为完善全球气候变化对作物-土壤反馈的影响及其机制奠定理论基础，并为制定适应环境变化的农业可持续发展对策提供科学依据。

大气温度升高是气候变化的重要趋势。温度升高能够直接或间接影响土壤生态系统养分和微生物群落，但增温条件下土壤生态系统对植物生长的反馈作用尚不清楚。本项目以北方粳稻为研究对象，采用开放式自主增温系统全年模拟大气增温，通过3年连续试验，在研究不施肥和施肥条件下稻田土壤生态系统养分和微生物群落对增温响应的基础上，结合增温对水稻生长发育的影响，采用植物-土壤反馈的研究方法，探讨该变化对北方粳稻生长的反馈作用。本项目研究主要得到以下结论：（1）模拟大气增温导致翻耕期稻田土壤相对含水量降低，氮含量下降，但对土壤磷和钾含量影响不显著，增温与施肥对土壤养分的影响无显著的交互作用。（2）增温导致翻耕期土壤微生物PLFAs含量降低，细菌和真菌物种种类数减少。但增温仅在正常施肥条件下能够导致稻田土壤真菌群落的差异。（3）不施肥条件下增温处理与环境温度处理水稻生物量和产量差异不显著。施肥条件下，尽管增温导致水稻光合速率下降，但随着增温时间的延长，增温处理与环境温度处理水稻生物量和产量差异不显著，表明水稻对环境温度增加适应性增强。（4）不施肥条件下，增温处理土壤调节不利于水稻生长的负反馈。施肥条件下，增温处理稻田土壤和稻田土壤接种物均调节有利于水稻适应增温环境的正反馈，表明增温条件下稻田土壤生态系统的变化有利于水稻的生长。综上所述，不施肥条件下，肥料不足导致水稻生长受到显著抑制，增温对稻田土壤生态系统和水稻生长影响较小；正常施肥条件下，随着增温时间的延长，尽管土壤养分和水稻光合速率下降，但水稻对环境温度增加适应性增强，稻田土壤和土壤接种物调节了有利于增温条件下水稻生长的正反馈，表明土壤微生物对增温的响应是调节水稻对增温环境适应有效途径。