全 文 ：开放式空气 CO2 浓度增高( FACE)对稻田土壤微生物的影响 3
徐国强 3 3 　李　杨　史　奕　黄国宏
(中国科学院沈阳应用生态研究所陆地生态过程重点实验室 ,沈阳 110016)
Effect of free2air CO2 enrichment on soil microbe in paddy f ield. XU Guoqiang , L I Yang , SHI Yi , and HUAN G
Guohong ( Key L aboratory of Terrest rial Ecological Process , Institute of A pplied Ecology , Chinese Academy of
Sciences , S henyang 110016) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2002 ,13 (10) :1358～1359.
Utilizing FACE research site in Anzhen of Wuxi , the effect of CO2 concentration increasing on soil microbe was
studied in a paddy field under the condition of local cultivation , irrigation and fertilization. The results showed that
soil respiration intensity was 31. 88ml·kg - 1 and bacteria number was 1. 51 ×106 ind·g - 1 dry soil in FACE area ,
which were greater than those in control area (soil respiration intensity 27. 83 ml·kg - 1 ,bacteria number was 1. 25
×106ind·g - 1dry soil , but the differences were not significant .
Key words 　Free2air CO2 enrichment , Paddy field , Soil microbe , Soil respiration.
文章编号 　1001 - 9332 (2002) 10 - 1358 - 02 　中图分类号 　S154. 3 　文献标识码 　A
3 中国科学院知识创新重要方向项目 ( KZCX2 - 408) 和国家自然科
学基金重大国际合作研究资助项目 (40120140817) .3 3 通讯联系人.
2002 - 06 - 12 收稿 ,2002 - 09 - 20 接受.
1 　引 　　言
公元 1750 年前 ,大气 CO2 浓度基本保持 280μmol ·
mol - 1左右. 工业革命后 ,其浓度逐渐上升 ,上升速度在 1960
年后加快 ,其中 80 年代以来上升最快. 从 80 年代到 90 年代
期间 ,CO2 浓度从 330μmol·mol - 1增加到 354μmol·mol - 1 ,平
均每年递增 1. 8μmol·mol - 1 [2 ] . 据 IPCC(1995)估计 ,到 21 世
纪末 ,CO2 浓度将由目前的 355μmol·mol - 1上升到 700μmol·
mol - 1 . 这势必对整个生物界和地球 生态环境产生深刻的影
响. 因此 ,国内外已开展了大量的研究工作 ,获得了许多研究
结果 ,甚至包括对气孔密度的遗传控制研究等 [4 ] . 从目前的
研究结果看 ,尽管 CO2 浓度升高对农作物地上部分的影响
研究较多 ,但对地下部分特别是对土壤微生物影响方面的研
究报导不多 ,而且结论各异. 1998 年首次在日本开展的农田
水稻 FACE试验至今 ,也未对微生物的变化进行研究. 而当
CO2 浓度升高时 ,陆地生态系统结构和功能的变化 ,在很大
程度上要受到土壤微生物的影响 [12 ] . 因此 ,要全面评价大气
CO2 浓度升高对植物个体和陆地生态系统的影响 ,必须阐明
土壤中微生物的变化以及这些变化对植物和整个生态系统
的反馈作用[11 ] . 本研究利用 2001 年在江苏省无锡市安镇建
立的 FACE 研究平台 ,研究了稻田土壤微生物对 CO2 浓度
增加的响应规律.
2 　材料与方法
211 　试验地概况
水稻 FACE系统平台位于江苏省无锡市安镇年余农场
(31°37’N ,120°28’E) . 土壤类型为黄泥土 ,年降水量 1100～
1200mm ,年平均温度约 16 ℃,年日照时间大于 2000h ,年无
霜期天数大于 230d. 平台共有 3 个 FACE实验圈和 5 个对照
圈. FACE圈与 FACE圈之间 ,FACE圈与对照圈之间的间隔
大于 90m ,以减少 CO2 释放对其他圈的影响 , FACE 圈设计
为正八角形 ,直径为 12. 5m ,通过 FACE 圈周围的管道向
FACE圈中心喷射纯 CO2 气体 ,电脑控制 FACE圈内 CO2 浓
度 ,使其全生育期 FACE 圈内的平均 CO2 浓度保持在
570μmol·mol - 1 ,控制误差为 10 %. 对照田块没有安装 FACE
管道 ,其余环境条件与自然状态完全一致.
本试验以稻田生态系统为研究对象 ,开展 CO2 浓度增
加对土壤微生物的影响研究. 供试品种为高产粳稻新品系
99215. 大田旱育秧 ,5 月 18 日播种 ,6 月 13 日人工移栽 ,行
距为 25cm ,株距为 16. 7cm ,24 穴·m - 2 ,3 株苗·穴 - 1 . 自移栽
之日起 ,大气 CO2 浓度设对照 (370μmol·mol - 1) 和比对照高
200μmol·mol - 1的 FACE 处理 (570μmol·mol - 1) 2 个水平. 施
肥时间和施肥量为 6 月 12 日施磷肥总量的 65 %、氮肥总量
的 40 % ,6 月 18 日施磷肥总量的 35 %、氮肥总量的 20 % ,8
月 5 日施氮肥总量的 40 %. 水分管理为 6 月 13 日～7 月 10
日保持浅水层 (约 5 cm) ,7 月 11 日～8 月 4 日进行多次轻搁
田 ,8 月 5 日至收割前 7 日进行间隙灌溉. 适时进行病虫草
害防治 ,水稻生长发育正常. 按作物生长阶段采集土壤样品
并进行相关分析 (8 月 3 日为拔节期 ,8 月 27 日为抽穗期 ,9
月 24 日为 灌浆期 ,10 月 27 日为成熟期) .
212 　分析方法
21211 土壤的采集 　在 FACE 和对照圈内分别采取水稻田
表层 0～10cm 的新鲜土 (采样点距水稻行 6cm 处) ,在塑料
袋中混匀后放置于冰桶中 ,带回实验室后放置于 4 ℃冰箱保
存 ,随后进行相关分析.
21212 土壤微生物区系测定 　土壤微生物区系分析按文
献[7 ]方法进行. 细菌和真菌的数量测定采用混菌法接种 ,稀
释平板法计数. 培养基分别为牛肉膏蛋白胨琼脂培养基和马
应 用 生 态 学 报 　2002 年 10 月 　第 13 卷 　第 10 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Oct . 2002 ,13 (10)∶1358～1359
铃薯2蔗糖琼脂培养基.
21213 土壤呼吸作用测定 　用碱吸收滴定法 [6 ] .
21214 数据统计分析 　采用 SPSS10. 0.
3 　结果与讨论
311 　CO2 浓度升高对土壤细菌和真菌的影响
　　土壤微生物区系在生态系统功能方面起到了极其重要
的作用 ,如有机物的分解、营养物质的转化 ,土壤结构的保
持、温室气体的产生等. 从图 1 可以看出 ,细菌和真菌的数量
随着水稻生长阶段的进程而逐渐增加. 这一变化可能是由于
进入到土壤中的有机残体和分解的中间产物的分解随着温
度的逐渐上升而增加 ,导致了土壤中微生物所利用基质的改
善 ,因而使其数量均增加. 从图 1 还可以看出 ,细菌在有机物
的分解过程中为主要的微生物类群 ,因为它们的数量远远大
于真菌的数量. 有研究表明 ,细菌参与有机物质的转化并起
很大的作用. 真菌也是土壤微生物的重要组成部分 ,但它属
于好气性异养微生物 ,所以其数量较少. 另外 ,从图 1 可看
出 ,CO2 升高对细菌数量有一定的影响 ,对真菌数量影响不大.
图 1 　CO2 升高对细菌数量 (a)和真菌数量 (b)的影响
Fig. 1 Effect of free2air CO2 enrichment on bacteria (a) and fungi ( b)
numbers.
Zak[10 ]指出 ,升高的 CO2 不改变细菌、真菌磷脂脂肪酸的比
例.但从理论上讲 ,水稻植株通过光合作用固定的同化物运
送到地下后 ,再以根系分泌或死亡的形式输入到土壤中 ,为
土壤微生物提供营养和能源 ,而这些物质的组成和总量因
CO2 浓度的升高而发生变化 ,并影响到土壤细菌、真菌的数
量而进一步影响到植物的养分状况.
312 　CO2 浓度升高对土壤呼吸作用的影响
　　土壤呼吸作用强度可以反映土壤有机质的分解及土壤
有效养分的状况. 因此 ,它可以作为土壤微生物总的活性指
标. 从图 2 可以看出 ,随着水稻生长阶段的进程 ,呼吸作用也
图 2 　CO2 升高对土壤呼吸的影响
Fig. 2 Effect of free2air CO2 enrichment on soil respiration.
在逐渐增加 ,但到后期 ,有所下降. 这与后期土壤有机物的逐
渐耗尽和温度的降低有关. 大气 CO2 增高对土壤呼吸有促
进作用 (图 2) . 这主要是由于 CO2 升高促进了土壤中有机
碳的输入 ,为土壤微生物提供了更多的可降解底物 ,促进了
微生物的活性 ,因而增强了呼吸作用. 这与 Sowerby[9 ]和 Ball
等[1 ]的结果相一致. 但也有相反的报道[3 ]和没有影响的报
道[8 ] .其实土壤呼吸作用强弱不仅取决于大气 CO2 增强向
地下的 C 输入 ,而且还受到土壤 N 的影响. 如果土壤 C 储量
增加 ,而 N 供应不足 ,势必抑制微生物呼吸 ,从而导致地表
下 C 的净积累[5 ] . 而土壤 C、N 供应充足 ,势必会提高土壤呼
吸作用强度、增加矿化速率.
参考文献
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11 　Rice CW ,Garcia FO ,Hampton CO ,et al . 1994. Soil microbial response in
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12 　Zhang L2B(张林波) ,Cao H2F (曹洪法) , Gao J2X(高吉喜) , et al .
1998. Effect of plant changed by elevated atmospheric CO2 on soil biota.
Chin J Ecol (生态学杂志) ,17 (4) :33～38(in Chinese)
作者简介 　徐国强 ,男 ,1977 年生 ,学士 ,实习研究员 ,主要
从事大气变化对农田土壤微生物等方面的研究 ,发表论文 2
篇. E2mail : torfun @sina. com
953110 期 　　　　　　　　　徐国强等 :开放式空气 CO2 浓度增高 ( FACE)对稻田土壤微生物的影响