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试验于2008-2010年在中国江苏扬州江都小纪镇FACE试验基地(119°420"E,32°355"N)进行,采用二裂式裂区设计,主区为大气O3浓度处理,处理圈(E-O3)O3浓度为对照圈(A-O3)实时O3浓度的1.5倍,不同小麦品种为副区,供试品种为扬麦16、扬麦15、扬辐麦2号、烟农19和嘉兴002,研究FACE条件下大气O3浓度增高对小麦营养元素吸收和分配的影响。主要结果如下:
1.大气O3浓度增高显著降低小麦籽粒产量,降幅在10.1％～26.2％之间,平均降幅为17.41％,不同基因型小麦品种间差异达极显著水平;大气O3浓度增高对穗数影响显著(2009年)或不显著(2010年);大气O3浓度增高小麦每穗粒数平均下降2.58％,但差异不显著,年度间与品种间存在差异;大气O3浓度增高显著降低小麦籽粒千粒重,降幅在10.6％～28.93％之间,平均降幅为19.24％。
2.随大气O3浓度增高植株有一短期的应急反应过程,拔节期E-O3处理的小麦干物质积累量比A-O3处理平均增加6.18％,但之后则使植株受到伤害,物质生产量下降,其中孕穗期、开花期和成熟期比A-O3处理分别平均下降6.0％、8.06％和17.02％,且随生育进程推移,下降幅度增加,开花期显著(2009年)或极显著(2010年)水平下降,成熟期极显著下降。
3.随大气O3浓度增高,成熟期小麦植株N、K和Cu素含量略有上升,而P、Ca、Mg、 Fe、Zn、Mn素含量下降,但处理间差异均不显著;大气O3浓度增高小麦植株拔节期和成熟期N素含量增高,孕穗期和开花期下降;植株P素含量拔节期上升,孕穗期、开花期和成熟期下降;植株Cu素含量拔节期、孕穗期和开花期下降,成熟期略有增加;植株Zn、Mn素含量各生育期均下降,但大气O3浓度增高对不同生育期小麦植株各营养元素含量的影响均不显著;大气O3浓度增高使小麦籽粒N素和Cu素含量显著增加,平均增幅分别为9.03％和6.03％,而P、Zn、Mn素含量下降,平均降幅分别为5.98％、5.94％和4.66％,小麦籽粒各元素含量处理间的差异均未达显著水平。
4.大气O3浓度增高,小麦成熟期各营养元素(N、P、K、Ca、Mg、Fe、Cu、Zn、Mn)积累量均显著或极显著下降;孕穗期至开花期小麦植株以及各器官(茎鞘、叶片、穗部和籽粒)N、P、Cu、Zn和Mn素积累量E-O3处理均低于A-O3处理;大气O3浓度增高小麦籽粒N、P、Cu、Mn素积累量显著下降,平均降幅分别为10.8％、23.21％、13.78％和18.97％,小麦籽粒Zn素积累量下降,平均降幅为20.06％,但存在年度差异(2009年不显著,2010年显著)。
5.大气O3浓度增高,除成熟期叶片、茎鞘N素分配比例以及籽粒N素分配比例的影响达显著水平外,其余元素不同生育时期各器官中的分配比例多无显著影响。
6.大气O3浓度增高,小麦N素物质生产效率和N素产量生产效率以及P素物质生产效率、P素产量生产效率极显著下降,平均降幅分别为17.02％、17.4％、17.16％和16.98％;N素物质利用效率和N素产量利用效率平均下降2.68％和2.92％,P素物质利用效率和P素产量利用效率比对照分别平均增加5.28％和5.97％,但处理间差异均不显著;百公斤籽粒吸N量比对照平均增加3.4％,百公斤籽粒吸P量平均降低5.26％,处理间差异也不显著。由于大气O3浓度增高使植株吸收的氮磷滞留于营养器官,未能提高向籽粒的输出量,结果使N、P营养元素生产效率、产量生产效率下降,这是小麦产量下降、品质变劣的主要原因。