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大气CO2浓度升高对陆地生态系统的影响是全球变化研究中的一个热点问题。利用在江苏无锡水稻/小麦轮作系统进行的开放式大气CO2浓度升高(FACE)试验的土壤、水稻和小麦秸秆材料，采用实验室CO2浓度(360-400μ11-1)和高CO2浓度(1000μ11-)条件下淹水25℃培养，研究FACE处理引起的土壤有机碳数量变化对土壤CO2和CH4排放产生的影响；FACE处理对水稻和小麦秸秆组成成分及其分解速率和产物的影响；加入铵态氮调节C/N比对秸秆分解速率的影响。
试验结果表明：连续FACE处理3年后，土壤有机碳含量增加了11％，土壤有机碳含量增加的同时，土壤有机碳在淹水条件下的矿化速率增大；在实验室和高CO2浓度下淹水培育60天，FACE处理土壤CO2累积排放量较Ambient处理土壤分别增加35％和22％，CH4累积排放量分别是Ambient处理土壤的2.6倍和2.3倍。
FACE处理后，水稻秸秆的C/N比和秸秆中可溶性成分含量分别增加了9.7％和73.1％，而纤维素和木质素含量分别降低了16.0％和9.9％；小麦秸秆除N含量降低8.0％，C/N增加9.7％外，其他组成成分没有受到FACE处理的显著影响。淹水条件下培养25天，FACE水稻秸秆分解产生CH4和CO2量分别较Ambient水稻秸秆增加了10.4％和18.6％，而且产物中CH4/CO2的比值增加。FACE处理后小麦秸秆的分解及其产物没有受到显著影响。秸秆分解产生的CH4和CO2的净排放量以及CH4/CO2的比值均与秸秆中可溶性成分含量呈显著的指数正相关关系(p<0.05)，表明秸秆中可溶性成分含量是控制秸秆淹水条件下分解速率及其产物中CH4/CO2比值的关键因素。FACE处理土壤与秸秆对水稻秸秆分解产生的CH4、CO2存在显著的交互作用。
在纯土壤培养时，添加铵态氮对土壤有机碳矿化及其产物的影响因氮的施用量、培养时间而不同。培养初期0-25天添加N刺激微生物的活动，CO2累积排放量随N加入量的增加而增加；随着土壤有机质矿化量增加，外源N对土壤有机碳矿化的影响有所改变，加入氮对60天的CO2累积排放量无显著影响。无论在哪一培养阶段，CH4排放量均不受加氮的影响。加入N显著影响了N2O的排放，不加N的处理土壤N2O的排放量介于添加N量较高(N10和N25)和添加N量较低(N75)的处理之间。
在土壤与秸秆(1％加入量)混合培养时，通过加入氮调节秸秆C/N比对秸秆分解的影响因秸秆(FACE小麦秸秆：FW； Ambient小麦秸：AW)、培养时间不同。添加N调节Ambient麦秆(AW)C/N对秸秆分解产生CO2的累积排放量有显著影响(p<0.05)，不施N的处理CO2排放量介于N加入量最高(C/N=10)和最低( C/N=75)的处理之间；培养前期0-25天，添加N调节C/N对FACE麦秆(FW)的影响与AW一致，而0-60天添加N调节C/N>10时FW秸秆分解产生CO2和CH4的排放量都显著低于不加N，只有调节C/N<10时才不会降低FW秸秆的分解。
在高的CO2浓度条件下培养，显著促进了土壤CO2以及CH4的排放，降低了土壤有机碳以及秸秆分解排放的CH4/CO2的比值，且不同供N水平对CH4/CO2的比值的影响趋势与实验室C2O浓度条件下一致。
上述培养试验表明，除一般认为的FACE条件下，水稻光合作用增强，传输到地下的同化产物增加，从而增加产甲烷基质的供应，增加CH4排放量外，还存在如下机理：1)土壤有机碳增加，提供更多的产甲烷基质；2)水稻秸秆中可溶性物质含量的增加。淹水条件下，秸秆分解产物中CH4/CO2的比例随秸秆中可溶性成分含量的增加而呈指数增加；3)大气CO2浓度可能还直接影响CH4的生成。
通过FACE和Ambient处理土壤和秸秆的交叉添加试验结果显示，FACE秸秆在FACE土壤中，Ambient秸秆在Ambient土壤中分解较快，且分解产物中CH4/CO2的比例较大；将FACE秸秆加入到Ambient土壤中或将Ambient秸秆加入至FACE土壤中，分解速率和CH4/CO2比例均下降。由此说明，土壤微生物，特别是产甲烷菌，可能对作物秸秆的利用和分解具有适应性。
试验结果表明：连续FACE处理3年后，土壤有机碳含量增加了11％，土壤有机碳含量增加的同时，土壤有机碳在淹水条件下的矿化速率增大；在实验室和高CO2浓度下淹水培育60天，FACE处理土壤CO2累积排放量较Ambient处理土壤分别增加35％和22％，CH4累积排放量分别是Ambient处理土壤的2.6倍和2.3倍。
FACE处理后，水稻秸秆的C/N比和秸秆中可溶性成分含量分别增加了9.7％和73.1％，而纤维素和木质素含量分别降低了16.0％和9.9％；小麦秸秆除N含量降低8.0％，C/N增加9.7％外，其他组成成分没有受到FACE处理的显著影响。淹水条件下培养25天，FACE水稻秸秆分解产生CH4和CO2量分别较Ambient水稻秸秆增加了10.4％和18.6％，而且产物中CH4/CO2的比值增加。FACE处理后小麦秸秆的分解及其产物没有受到显著影响。秸秆分解产生的CH4和CO2的净排放量以及CH4/CO2的比值均与秸秆中可溶性成分含量呈显著的指数正相关关系(p<0.05)，表明秸秆中可溶性成分含量是控制秸秆淹水条件下分解速率及其产物中CH4/CO2比值的关键因素。FACE处理土壤与秸秆对水稻秸秆分解产生的CH4、CO2存在显著的交互作用。
在纯土壤培养时，添加铵态氮对土壤有机碳矿化及其产物的影响因氮的施用量、培养时间而不同。培养初期0-25天添加N刺激微生物的活动，CO2累积排放量随N加入量的增加而增加；随着土壤有机质矿化量增加，外源N对土壤有机碳矿化的影响有所改变，加入氮对60天的CO2累积排放量无显著影响。无论在哪一培养阶段，CH4排放量均不受加氮的影响。加入N显著影响了N2O的排放，不加N的处理土壤N2O的排放量介于添加N量较高(N10和N25)和添加N量较低(N75)的处理之间。
在土壤与秸秆(1％加入量)混合培养时，通过加入氮调节秸秆C/N比对秸秆分解的影响因秸秆(FACE小麦秸秆：FW； Ambient小麦秸：AW)、培养时间不同。添加N调节Ambient麦秆(AW)C/N对秸秆分解产生CO2的累积排放量有显著影响(p<0.05)，不施N的处理CO2排放量介于N加入量最高(C/N=10)和最低( C/N=75)的处理之间；培养前期0-25天，添加N调节C/N对FACE麦秆(FW)的影响与AW一致，而0-60天添加N调节C/N>10时FW秸秆分解产生CO2和CH4的排放量都显著低于不加N，只有调节C/N<10时才不会降低FW秸秆的分解。
在高的CO2浓度条件下培养，显著促进了土壤CO2以及CH4的排放，降低了土壤有机碳以及秸秆分解排放的CH4/CO2的比值，且不同供N水平对CH4/CO2的比值的影响趋势与实验室C2O浓度条件下一致。
上述培养试验表明，除一般认为的FACE条件下，水稻光合作用增强，传输到地下的同化产物增加，从而增加产甲烷基质的供应，增加CH4排放量外，还存在如下机理：1)土壤有机碳增加，提供更多的产甲烷基质；2)水稻秸秆中可溶性物质含量的增加。淹水条件下，秸秆分解产物中CH4/CO2的比例随秸秆中可溶性成分含量的增加而呈指数增加；3)大气CO2浓度可能还直接影响CH4的生成。
通过FACE和Ambient处理土壤和秸秆的交叉添加试验结果显示，FACE秸秆在FACE土壤中，Ambient秸秆在Ambient土壤中分解较快，且分解产物中CH4/CO2的比例较大；将FACE秸秆加入到Ambient土壤中或将Ambient秸秆加入至FACE土壤中，分解速率和CH4/CO2比例均下降。由此说明，土壤微生物，特别是产甲烷菌，可能对作物秸秆的利用和分解具有适应性。