Elevated atmospheric CO2 and warming enhance the acquisition of soil-derived nitrogen rather than urea fertilizer by rice cultivars

农学 栽培 肥料 氮气 环境科学 尿素 产量(工程) 植物生理学 作物 土壤水分 水稻 作物产量 化学 生物 植物 材料科学 土壤科学 基因 有机化学 冶金 生物化学
作者
Jinyuan Zhang,Yansheng Li,Zhenhua Yu,Jonathan M. Adams,Caixian Tang,Guanghua Wang,Xiaobing Liu,Junjie Liu,Ashley E. Franks,Judong Liu,Shaoqing Zhang,Jian Jin
出处
期刊:Agricultural and Forest Meteorology [Elsevier]
卷期号:324: 109117-109117 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.agrformet.2022.109117
摘要

Plant nitrogen (N) acquisition is essential to both crop growth and yield. A rational N management strategy for agricultural systems under climate change is required but a knowledge gap still exists regarding plant N uptake and N origin (soil-derived N or fertilizer-derived N) in response to elevated atmospheric CO2 and warming. Our study investigated the responses of soil- or fertilizer-derived N uptake and yield of different cultivars of rice (Oryza sativa L.) to climate change. Five cultivars in the pedigree of a widely-grown rice cultivar Wuyoudao1 were supplied with and without urea, a commonly used N fertilizer in paddy soils and grown in open-top chambers under elevated CO2 (700 ppm) and warming (2°C higher than the air temperature). Plant N origins were traced using 15N-labeling technique (urea of 5% 15N atom). Compared to the control, elevated CO2 and warming increased N uptake by 17%, irrespective of N supply. Soil-N rather than fertilizer-N was the source of the increased N uptake. The increased soil-N uptake resulted in the enhancement of rice yield under climate change. Urea application did not alter the yield response to elevated CO2 and warming compared to the non-N supply, but did stimulate plant uptake of the soil-derived N. Although genetic improvement of rice germplasm resulted in an increase in plant N acquisition and yield, the history of crop breeding since 1935 did not alter the climate-change-induced response in terms of plant N acquisition. Our results suggest that climate change may lead to the depletion of the recalcitrant soil N pool in paddy soils, and that fertilizer-N-use efficiency may need to be factored into future breeding for rice genotypes adapting well to climate change.
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