Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Thay đổi về sẵn có của vi lượng và sự hấp thụ của cây trồng dưới tác động của biến đổi khí hậu mô phỏng trong đồng ruộng lúa mì mùa đông
Tóm tắt
Mặc dù các vi lượng cần thiết cho cây trồng bậc cao, nhưng vẫn chưa rõ liệu biến đổi khí hậu trong tương lai có ảnh hưởng đến tính sẵn có của chúng đối với cây trồng hay không. Mục tiêu của nghiên cứu này là điều tra ảnh hưởng của việc gia tăng carbon dioxide (CO2) và sự ấm lên đến tính sẵn có của vi lượng trong đất và sự hấp thụ của cây trồng. Nghiên cứu này được thực hiện trong một thí nghiệm trên cánh đồng mở với gia tăng CO2 và làm ấm tán cây. Bốn chế độ thí nghiệm được áp dụng: (1) Gia tăng CO2 trong không khí lên tới 500 ppm (CE); (2) Làm ấm tán cây thêm 2 °C (WA); (3) Gia tăng CO2 kết hợp với làm ấm tán cây (CW); và (4) Điều kiện môi trường xung quanh làm đối chứng. Mẫu cây và đất được thu thập tại các giai đoạn liên kết, ra bông và chín trong toàn bộ mùa vụ trồng lúa mì năm 2014. Nồng độ vi lượng trong đất và cây đều được phân tích và sự hấp thụ tích lũy đến vụ thu hoạch lúa mì được đánh giá. Cả gia tăng CO2 và sự ấm lên đều làm tăng tính sẵn có của hầu hết các vi lượng trong đất. Tính sẵn có của Fe, Mn, Cu và Zn dưới gia tăng CO2 lần lượt tăng 47,7%, 22,5%, 59,8%, và 114,1%. Sự ấm lên làm tăng tính sẵn có của Fe, Cu, và Zn lần lượt là 60,4%, 23,8%, và 15,3%. Sự phát triển của cây trồng gây ra sự thay đổi về pH của đất và trong carbon của sinh khối vi sinh vật trong đất (MBC) mà dẫn đến sự thay đổi trong tính sẵn có của vi lượng trong đất. Sự gia tăng CO2 và sự ấm lên có ảnh hưởng đáng kể đến sự hấp thụ vi lượng của lúa mì. Sự gia tăng CO2 làm giảm nồng độ Fe 9,3%, trong khi làm tăng nồng độ Mn và Zn lần lượt là 18,9% và 8,1% trong chồi cây. Sự ấm lên làm tăng nồng độ Fe và Cu lần lượt là 24,3% và 7,6% trong chồi cây. Sự gia tăng tính sẵn có của vi lượng trong đất không phải lúc nào cũng dẫn đến sự gia tăng trong việc hấp thụ vi lượng. Các loại nguyên tố và giai đoạn phát triển của cây trồng ảnh hưởng đến sự hấp thụ vi lượng của lúa mì dưới sự gia tăng CO2 và sự ấm lên. Ngoài ra, sự gia tăng CO2 đã làm giảm sự chuyển vị của Fe và Zn lần lượt 25,3% và 10,0%, trong khi sự ấm lên làm tăng sự chuyển vị của Fe, Mn, Cu, và Zn qua các giai đoạn. Kết quả của chúng tôi cho thấy rằng gia tăng CO2 và sự ấm lên sẽ cải thiện tính sẵn có của một số vi lượng và sự hấp thụ của chúng bởi lúa mì. Tuy nhiên, vẫn chưa rõ liệu có xảy ra sự loại bỏ ròng vi lượng thông qua việc thu hoạch rơm cây trồng dưới sự gia tăng CO2 và sự ấm lên hay không.
Từ khóa
#biến đổi khí hậu #vi lượng #lúa mì #hấp thụ #CO2 #sự ấm lênTài liệu tham khảo
Ainsworth EA, Long SP (2005) What have we learned from 15 years of free-air CO2 enrichment (FACE)? A meta-analytic review of the responses of photosynthesis, canopy properties and plant production to rising CO2. New Phytol 165:351–372
Allard V, Newton P, Lieffering M, Soussana J, Carran R, Matthew C (2005) Increased quantity and quality of coarse soil organic matter fraction at elevated CO2 in a grazed grassland are a consequence of enhanced root growth rate and turnover. Plant Soil 276:49–60
Andersson A, Siman G (1991) Levels of Cd and some other trace elements in soils and crops as influenced by lime and fertilizer level. Acta Agric Scand 41:3–11
Bhattacharyya P, Roy KS, Neogi S, Dash PK, Nayak AK, Mohanty S, Baig MJ, Sarkar RK, Rao KS (2013) Impact of elevated CO2 and temperature on soil C and N dynamics in relation to CH4 and N2O emissions from tropical flooded rice (Oryza sativa L.). Sci Total Environ 461:601–611
Cai C, Yin X, He S, Jiang W, Si C, Struik PC, Luo W, Li G, Xie Y, Xiong Y, Pan G (2016) Responses of wheat and rice to factorial combinations of ambient and elevated CO2 and temperature in FACE experiments. Glob Chang Biol 22:856–874
Doornbos RF, van Loon LC, Bakker PA (2012) Impact of root exudates and plant defense signaling on bacterial communities in the rhizosphere. A review. Agron Sustain Dev 32:227–243
Ehrenfeld JG, Ravit B, Elgersma K (2005) Feedback in the plant-soil system. Annu Rev Environ Resour 30:75–115
Eriksson JE (1990) A field study on factors influencing Cd levels in soils and in grain of oats and winter wheat. Water Air Soil Poll 53:69–81
Fransson P, Johansson EM (2010) Elevated CO2 and nitrogen influence exudation of soluble organic compounds by ectomycorrhizal root systems. FEMS Microbiol Ecol 71:186–196
Gong ZT (2003) Chinese soil taxonomy (revised scheme). Science Press, Beijing
Grayston S, Vaughan D, Jones D (1997) Rhizosphere carbon flow in trees, in comparison with annual plants: the importance of root exudation and its impact on microbial activity and nutrient availability. Appl Soil Ecol 5:29–56
Hinsinger P (2001) Bioavailability of trace elements as related to root-induced chemical changes in the rhizosphere. Trace Elements in the Rhizosphere, pp 25–41 CRC Press, Boca Raton, FL
Hodge A, Millard P (1998) Effect of elevated CO2 on carbon partitioning and exudate release from Plantago lanceolata seedlings. Physiol Plant 103:280–286
IPCC (2007) Climate change 2007—the physical science basis: working group I contribution to the fourth assessment report of the IPCC, 4. Cambridge University Press, Cambridge
Jin J, Tang C, Robertson A, Franks AE, Armstrong R, Sale P (2014) Increased microbial activity contributes to phosphorus immobilization in the rhizosphere of wheat under elevated CO2. Soil Biol Biochem 75:292–299
Johnson AA (2013) Enhancing the chelation capacity of rice to maximise iron and zinc concentrations under elevated atmospheric carbon dioxide. Funct Plant Biol 40:101–108
Khoshgoftarmanesh AH, Schulin R, Chaney RL, Daneshbakhsh B, Afyuni M (2010) Micronutrient-efficient genotypes for crop yield and nutritional quality in sustainable agriculture. A review. Agron Sustain Dev 30:83–107
Kimball B (2005) Theory and performance of an infrared heater for ecosystem warming. Glob Chang Biol 11:2041–2056
Kochian LV (1991) Mechanisms of micronutrient uptake and translocation in plants. Micronutrients in agriculture (micronutrientsi2). pp 229–296 Soil Science Society of America, Madison, WI
Lam SK, Chen D, Norton R, Armstrong R, Mosier AR (2012) Nitrogen dynamics in grain crop and legume pasture systems under elevated atmospheric carbon dioxide concentration: a meta-analysis. Glob Chang Biol 18:2853–2859
Li D-D, Li Y-J, Liang J, Zhao C-Z, Yin H-J, Yin C-Y, Cheng X-Y, Liu Q (2014) Responses of soil micronutrient availability to experimental warming in two contrasting forest ecosystems in the eastern Tibetan Plateau, China. J Soils Sediments 14:1050–1060
Lindsay WL, Norvell WA (1987) Development of a DTPA soil test for zinc, iron, manganese, and copper. Soil Sci Soc Am J 42(3):421–428
Liu Y, Li M, Zheng J, Li L, Zhang X, Zheng J, Pan G, Yu X, Wang J (2014) Short-term responses of microbial community and functioning to experimental CO2 enrichment and warming in a Chinese paddy field. Soil Biol Biochem 77:58–68
Loladze I (2002) Rising atmospheric CO2 and human nutrition: toward globally imbalanced plant stoichiometry? Trends Ecol Evol 17:457–461
Lu R (2000) Methods of soil and agro-chemistry analysis. China Agricultural Science and Technology Press, Beijing, pp. 62–141
Martens R, Heiduk K, Pacholski A, Weigel H-J (2009) Repeated 14CO2 pulse-labelling reveals an additional net gain of soil carbon during growth of spring wheat under free air carbon dioxide enrichment (FACE). Soil Biol Biochem 41:2422–2429
Myers SS, Zanobetti A, Kloog I, Huybers P, Leakey AD, Bloom AJ, Carlisle E, Dietterich LH, Fitzgerald G, Hasegawa T (2014) Increasing CO2 threatens human nutrition. Nature 510:139–142
Nannipieri P, Kandeler E, Ruggiero P (2002) Enzyme activities and microbiological and biochemical processes in soil. Enzymes in the environment. Marcel Dekker, New York, pp. 1–33
Natali SM, Sañudo-Wilhelmy SA, Lerdau MT (2009) Plant and soil mediation of elevated CO2 impacts on trace metals. Ecosystems 12:715–727
Niklaus PA, Spinnler D, Körner C (1998) Soil moisture dynamics of calcareous grassland under elevated CO2. Oecologia 117:201–208
Öborn I, Jansson G, Johnsson L (1995) A field study on the influence of soil pH on trace element levels in spring wheat (Triticum aestivum), potatoes (Solanum tuberosum) and carrots (Daucus carota). Water Air Soil Pollut 85:835–840
Paul EA (2007) Soil microbiology, ecology and biochemistry, 3rd edn. Academic Press, San Diego, p:389-430
Phillips RP, Bernhardt ES, Schlesinger WH (2009) Elevated CO2 increases root exudation from loblolly pine (Pinus taeda) seedlings as an N-mediated response. Tree Physiol 29:1513–1523
Qiao M, Xiao J, Yin H, Pu X, Yue B, Liu Q (2014) Analysis of the phenolic compounds in root exudates produced by a subalpine coniferous species as responses to experimental warming and nitrogen fertilisation. Chem Ecol 30:555–565
Ruiz-Vera UM, Siebers M, Gray SB, Drag DW, Rosenthal DM, Kimball BA, Ort DR, Bernacchi CJ (2013) Global warming can negate the expected CO2 stimulation in photosynthesis and productivity for soybean grown in the Midwestern United States. Plant Physiol 162:410–423
Seneweera S, Blakeney A, Milham P (1996) Influence of rising atmospheric CO2 and phosphorus nutrition on the grain yield and quality of rice (Oryza sativa cv. Jarrah). Cereal Chem 73:239–243
Wang X, Sun W, Feng K, Ren S, Xie Z, Zhu J (2008) Effect of CO2 enrichment and N supply on concentrations of DTPA-extractable microelements of soils in wheat season. J Agric Environ Sci 27:530–534
Wang JQ, Liu XY, Zhang XH, Smith P, Li LQ, Filley TR, Cheng K, Shen MX, He YB, Pan GX (2016) Size and variability of crop productivity both impacted by CO2 enrichment and warming—a case study of 4-year field experiment in a Chinese paddy. Agric Ecosyst Environ 221:40–49
White JG, Zasoski RJ (1999) Mapping soil micronutrients. Field Crop Res 60:11–26
Wu J, Joergensen R, Pommerening B, Chaussod R, Brookes P (1990) Measurement of soil microbial biomass C by fumigation-extraction—an automated procedure. Soil Biol Biochem 22:1167–1169
Yin H, Li Y, Xiao J, Xu Z, Cheng X, Liu Q (2013) Enhanced root exudation stimulates soil nitrogen transformations in a subalpine coniferous forest under experimental warming. Glob Chang Biol 19(7):2158–2167