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利用FACE(Free—Air CO2 Enrichment)系统平台研究了大气CO2浓度升高(对照+200μmol.mol-1)对不同N供应水平下水稻(C3作物)与稗草(C4杂草)竞争关系的影响。
常N水平时,大气CO2浓度升高显著增加无竞争条件下生长的水稻和稗草生物量、根生物量、根体积、根长和根直径,且水稻的增长率高于稗草;低N水平时,FACE条件并没有显著提高水稻的生物量,而对稗草有显著的正效应。
两种植物竞争生长时,常N供应水平下,FACE条件提高了生物量比值(稻/稗),其光合速率和光合叶面积的比值也相对升高,表明高CO2浓度提高水稻相对于稗草的竞争能力;在低N供应下,其生物量比值、光合速率和光合叶面积的比值相对降低,说明低N胁迫下高CO2浓度相对提高稗草对水稻的竞争力。
对根体积、光合速率、叶面积的比值(稻/稗)和生物量比值进行通径分析,比较其对生物量比值(稻/稗)的贡献率,评价地上竞争和地下竞争的地位,结果表明,FACE条件相对增加了地下竞争的地位,且低N水平下该趋势更为明显,但降低地上竞争地位。尤其是低N水平时,Ambient和FACE条件的光合速率因素对竞争结果的影响都是最小,这一现象值得关注。
养分吸收结果表明,稗草对N、P和K的吸取竞争能力始终比水稻强(CRrg<1),说明稗草处于优势地位,水稻处于不利地位,提高N供应水平改善水稻的养分竞争地位。高CO2浓度条件不利于水稻对N和P方面的竞争吸收,但在氮供应比较充分时,有利于水稻对K的竞争吸收。
本研究结果说明,供N水平影响高浓度CO2条件下水稻与稗草的竞争关系,较高N供应水平增加相对增加水稻对稗草的竞争力,在低N胁迫下,相对降低水稻的竞争力。因此,预测未来高浓度CO2条件下C3-C4植物间的竞争关系不能仅仅从光合途径角度分析。