CO2濃度與溫度升高對谷子各生育期土壤微生物生物量的影響

焦健宇，鄭粉莉,2，王 婧，王雪松，魏晗梅

(1.西北農(nóng)林科技大學水土保持研究所，黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點實驗室，陜西 楊凌 712100；2.中國科學院水利部水土保持研究所，陜西 楊凌 712100)

自工業(yè)革命以來，由于化石燃料的大量使用以及土地的不合理利用，全球氣候發(fā)生顯著變化，并對全球生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生廣泛影響，其中農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)最易受到影響[1-2]。Mooney等[3]認為氣候變化對全球農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響總體呈消極的趨勢，而土壤為農(nóng)作物的生長提供養(yǎng)分和水分，具有重要的研究價值。土壤微生物生物量(Microbial biomass,MB)雖然只占土壤相應元素的1%～6%，但在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，參與土壤養(yǎng)分(碳、氮、磷等)和土壤有機質(zhì)的形成、轉(zhuǎn)化、分解，且土壤微生物生物量對外界環(huán)境變化響應十分靈敏，故可作為生態(tài)功能變化的重要指標[4]。

目前，氣候變化對土壤微生物生物量影響方面的研究成果較多，且涵蓋各種環(huán)境條件和生態(tài)系統(tǒng)[5-6]。多數(shù)研究表明，CO2濃度升高增加了土壤微生物生物量[6-8]，但部分研究發(fā)現(xiàn)在養(yǎng)分貧瘠的生態(tài)系統(tǒng)中，CO2濃度升高對土壤微生物生物量并無顯著影響[9-10]。同時，Sun等[11]研究發(fā)現(xiàn)由于土壤微生物具有自我適應性能力，長期高CO2濃度可能使土壤微生物生物量無顯著變化。有研究表明不同生態(tài)系統(tǒng)類型差異(林地、草地、農(nóng)田)也會導致土壤微生物生物量對CO2濃度升高的響應不一致[12]。此外，Bhattacharyya等[8]和Fang等[13]研究發(fā)現(xiàn)，在水稻和小麥的不同生育期，CO2濃度升高對土壤微生物生物量的影響不盡相同。由于受環(huán)境條件(海拔高度、溫度、土壤水分有效性)[14]、增溫幅度(<2℃、>2℃)[5]、增溫時長(<3 a、>3 a)[15]、增溫時段(夜間增溫、晝間增溫、全天增溫)[16]等因素的影響，土壤微生物生物量變化對增溫的響應也存在較大爭議。與單因素氣候因子相比，多種氣候因子交互作用對土壤微生物生物量的相關(guān)研究較少，且研究結(jié)果也不盡相同，如國內(nèi)在青藏高原和沿海平原的研究結(jié)果截然相反[17-19]。目前，相關(guān)研究鮮有涉及旱地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)以及作物不同生育期土壤微生物生物量對多種氣候因子交互作用的響應。因此，本研究以干旱半干旱地區(qū)典型作物谷子(Setariaitalica)為研究對象，基于人工氣候室情景模擬和盆栽試驗，分析土壤微生物生物量對CO2濃度升高、增溫和谷子生育期及其交互作用的響應特征，以期為緩解氣候變化對旱地農(nóng)作物的不利影響提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019年4—9月在陜西楊陵西北農(nóng)林科技大學人工氣候室進行，選用C4作物谷子，品種為晉谷21。供試土壤為陜西關(guān)中地區(qū)農(nóng)田表層(0～20 cm)土，其基本性質(zhì)見表1。將供試土壤風干后過5 mm篩裝入盆缽，盆缽的內(nèi)徑和深度分別為21 cm和27 cm，每盆裝土均為7 kg，裝填土壤深度為20 cm。

表1 供試土壤基本性質(zhì)Table 1 Basic properties of the tested soil

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置CO2濃度(400 μmol·mol-1和700 μmol·mol-1)、溫度(當前環(huán)境溫度和增溫4℃)、土壤水分(充分供水和輕度干旱)3種環(huán)境，其中CO2濃度和溫度的設(shè)置分別代表當前環(huán)境條件和本世紀末的環(huán)境條件。當前環(huán)境CO2濃度(400 μmol·mol-1)的設(shè)計是根據(jù)Mauna Loa氣象臺(https://www.CO2.earth)對于1981—2010年全球年均CO2濃度的監(jiān)測數(shù)據(jù)，本世紀末的CO2濃度(700 μmol·mol-1)設(shè)計來自于政府間氣候變化專門委員會(Intergovernmental panel on climate change,IPCC)第五次報告的預測[1]。當前環(huán)境溫度的設(shè)計依據(jù)為國家氣象科學數(shù)據(jù)中心(武功站)1981—2010年6—9月的多年日平均氣溫(日均溫22℃)，增溫4℃的依據(jù)為IPPC對于本世紀末增溫幅度的預測(日均溫26℃)[1]。依據(jù)前人研究設(shè)計充分供水和輕度干旱兩種水分梯度，分別為70.0%田間持水量(18.0%質(zhì)量含水量)和50.0%田間持水量(13.0%質(zhì)量含水量)[20]。

根據(jù)CO2濃度和溫度設(shè)置，試驗共設(shè)計3種氣候條件(表2)，包括對照(400 μmol·mol-1CO2濃度，22℃的環(huán)境溫度，CK)、CO2濃度升高而溫度保持不變(700 μmol·mol-1CO2濃度，22℃環(huán)境溫度，EC)、CO2濃度升高和增溫4℃(700 μmol·mol-1CO2濃度，26 ℃環(huán)境溫度，EC+T)，且在每個氣候條件下均設(shè)計充分供水和輕度干旱兩種水分處理。此外，在谷子開花期、開花后10 d、灌漿期、成熟期4個生育期采集各試驗處理的根系和土壤樣品，分析土壤微生物生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)、微生物生物量氮(Microbial biomass nitrogen,MBN)和微生物生物量磷(Microbial biomass phosphorus,MBP)，定量研究CO2濃度和溫度升高對谷子各生育期土壤微生物生物量的影響。據(jù)此，本試驗共有6種試驗處理，每個處理設(shè)置4個重復，共計盆栽數(shù)為96盆。

1.3 試驗步驟

谷子從播種(2019年4月19日)至拔節(jié)期(2019年6月5日)均在室外生長，并在三葉期后每盆定苗3株，且此期間通過稱重法維持各盆栽土壤含水量為60% 田間持水量(15.6%質(zhì)量含水量)。拔節(jié)期后將所有盆栽隨機放入3個氣候室，并依據(jù)試驗處理(表2)分別將3個氣候室的氣候條件設(shè)置為對照(400 μmol·mol-1CO2濃度，22℃環(huán)境溫度，CK)、CO2濃度升高(700 μmol·mol-1CO2濃度，22℃環(huán)境溫度，EC)、CO2濃度升高和溫度上升4℃(700 μmol·mol-1CO2濃度，26 ℃環(huán)境溫度，EC+T)，并將每個氣候室的盆栽谷子隨機分成兩組，分別控制土壤含水量為50.0% FC(13.0%質(zhì)量含水量)和70.0% FC(18.0%質(zhì)量含水量)。根據(jù)谷子農(nóng)田環(huán)境條件，設(shè)置光周期為12 h/12 h，光照時間為8∶00—20∶00，最大光強為600 μmol·m-2·s-1，空氣相對濕度設(shè)置為60%。此外，在整個谷子生長過程中，基于大氣溫度日變化對3個氣候室的溫度進行動態(tài)設(shè)置(表3)，每日最高溫在12∶00—14∶00，最低溫在0∶00和24∶00。在整個谷子生長過程中，所有盆栽隨機排列，每7 d調(diào)換一次位置，減少由于氣候室內(nèi)各部位光照、溫度和空氣濕度的差異造成的影響，直至2019年9月19日后所有谷子全部收獲。

表2 試驗設(shè)計Table 2 Experimental design

表3 人工氣候室溫度設(shè)置Table 3 Temperature setting of artificial climate chambers

1.4 樣品采集和測定方法

分別在谷子開花期、開花后10 d、灌漿期和成熟期采集各試驗處理的根系和土壤樣品，但由于不同氣候情景和不同供水條件的差異，導致谷子生長發(fā)育之間存在差異，所以對谷子同一生育期不同處理間根系和土壤樣品的采集時間不相同。具體為：(1)分別在播種后92、81、79 d采集開花期CK、EC、EC+T 3種氣候情景中的根系和土壤樣品；(2)分別在播種后102、92、91 d采集開花后10 d 3個氣候情景中的根系和土壤樣品；(3)分別在播種后112、103 d和101 d采集灌漿期3個氣候情景中的根系和土壤樣品；(4)分別在播種后153、145、144 d采集成熟期3個氣候情景中的根系和土壤樣品。每次采樣時對于各試驗處理隨機選擇4盆進行破壞性采樣。采樣結(jié)束后，將根系樣品在105℃進行殺青，然后在60℃烘至恒重，并稱其質(zhì)量。所有土樣過2 mm篩后保存于4℃冰箱，土壤MBC和MBN含量的測量采用氯仿熏蒸法-K2SO4溶液浸提-multi N/C3100分析儀測定，MBP的測定采用氯仿熏蒸法-NaHCO3溶液浸提-UV-2600型紫外分光光度計比色測定[21]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010 進行分析及相關(guān)圖表制作，采用SPSS 20.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。采用重復測量(Repeated analysis)和最小顯著性差異法(LSD)分別進行方差分析和顯著性檢驗(α=0.05)。利用CANOCO5.0軟件對土壤MBC、MBN、MBP與各影響因子的關(guān)系進行主成分(PCA)分析。圖中數(shù)據(jù)為平均值±標準誤，表中數(shù)據(jù)為平均值±標準差。

2 結(jié)果與分析

2.1 CO2濃度升高和增溫對不同水分條件下谷子各生育期土壤微生物生物量的影響

2.1.1 土壤微生物生物量碳(MBC) 圖1表明，與CK處理(400 μmol·mol-1CO2濃度，22℃的環(huán)境溫度)相比，在充分供水(土壤含水量為70% FC)條件下，CO2濃度升高(700 μmol·mol-1CO2濃度，22℃環(huán)境溫度，EC)對成熟期土壤MBC含量的影響不顯著(P>0.05)，但其使開花期、開花后10 d、灌漿期谷子土壤MBC含量分別增加了28.94%、102.52%、27.01%(P<0.05)。與僅CO2濃度升高(EC)的處理相比，充分供水條件下，CO2濃度升高和增溫4℃交互作用(700 μmol·mol-1CO2濃度，26℃環(huán)境溫度，EC+T)對開花期土壤MBC含量無顯著影響(P>0.05)，但其使開花后10 d、灌漿期、成熟期土壤MBC含量分別降低了28.22%、22.32%、19.77%(P<0.05)。與CK相比，在充分供水條件下，CO2濃度升高和增溫4℃的交互作用(EC+T)使開花期和開花后10 d的土壤MBC含量分別增加了44.37%和45.38%(P<0.05)。輕度干旱條件下(土壤含水量為50% FC)，3種氣候情景(CK、EC、EC+T)之間的土壤MBC含量在谷子各生育期總體上無顯著差異(P>0.05)。此外，與充分供水條件相比，在3個氣候情景下，輕度干旱使開花期、開花后10 d、灌漿期谷子土壤MBC含量降低了14.70%～38.53%(P<0.05)，但其對成熟期土壤MBC的影響不顯著(P>0.05)。

2.1.2 土壤微生物生物量氮(MBN) 由圖2可以看出，與CK相比，在充分供水條件下，CO2濃度升高(EC)處理使谷子開花期和開花后10 d的土壤MBN含量分別增加了27.02%和54.60%(P<0.05)，但其對灌漿期和成熟期土壤MBN含量的影響不顯著(P>0.05)。與CO2濃度升高(EC)處理相比，在充分供水條件下，CO2濃度升高和增溫4 ℃的交互作用(EC+T)使開花期、開花后10 d、灌漿期、成熟期的土壤MBN含量分別降低了8.56%、17.73%、13.36%、20.24%(P<0.05)。與CK相比，在充分供水條件下，CO2濃度升高和增溫4℃的交互作用使開花期和開花后10 d的土壤MBN含量分別增加了16.15%和27.18%(P<0.05)。輕度干旱的條件下，3種氣候情景(CK、EC、EC+T)之間的土壤MBN含量在谷子各生育期總體上無顯著差異(P>0.05)。此外，與充分供水相比，在3種氣候情景下，輕度干旱使開花期、開花后10 d、灌漿期土壤MBN含量降低了37.06%～78.10%(P<0.05)。

注：CK—400 μmol·mol-1 CO2和環(huán)境溫度，EC—700 μmol·mol-1 CO2和環(huán)境溫度，EC+T—700 μmol·mol-1CO2和增溫4℃；不同小寫字母代表在同一生育期內(nèi)不同處理間存在顯著差異(P<0.05)。下同。Note:CK—400 μmol·mol-1 CO2 and ambient temperature，EC—700 μmol·mol-1 CO2 and ambient temperature，EC+T—700 μmol·mol-1CO2 and temperature rising 4℃;Different lowercase letters indicate significant differences among treatments in the same growth stage at P<0.05 level.The same below.圖1 CO2濃度升高和增溫對谷子各生育期土壤微生物生物量碳(MBC)的影響Fig.1 Effects of elevated CO2 concentration and temperature rising on soil microbial biomass carbon (MBC)at different millet growth stages

圖2 CO2濃度升高和增溫對谷子各生育期土壤微生物生物量氮(MBN)的影響Fig.2 Effects of elevated CO2 concentration and temperature rising on soil microbial biomass nitrogen (MBN)at different millet growth stages

2.1.3 土壤微生物生物量磷(MBP) 由圖3可知，與對照(CK)處理相比，在充分供水條件下，CO2濃度升高(EC)處理使谷子開花期和開花后10 d的土壤MBP含量分別增加了74.05%和161.42%(P<0.05)，但其對灌漿期和成熟期土壤MBP含量的影響不顯著(P>0.05)。與僅CO2濃度升高(EC)處理相比，在充分供水條件下，CO2濃度升高和增溫4℃的交互作用(EC+T)使開花期、開花后10 d、灌漿期、成熟期的土壤MBP含量分別降低了39.70%、29.54%、34.61%、30.35%(P<0.05)。與CK相比，在充分供水的條件下，CO2濃度升高和增溫4 ℃的交互作用(EC+T)對開花期的土壤MBP無顯著影響(P>0.05)，但其使開花后10 d的土壤MBP含量增加了84.20%(P<0.05)。在輕度干旱條件下，3種氣候情景(CK、EC、EC+T)間土壤MBP含量在谷子各生育期無顯著變化規(guī)律。與充分供水條件相比，在3種氣候情景下，輕度干旱對各生育期土壤MBP含量總體上無顯著影響(P>0.05)。

圖3 CO2濃度升高和增溫對谷子各生育期土壤微生物生物量磷(MBP)的影響Fig.3 Effects of elevated CO2 concentration and temperature rising on soil microbial biomass phosphorus (MBP)at different millet growth stages

2.2 CO2濃度升高、增溫、生育期及其交互作用對土壤微生物生物量的影響

由表4可知，在充分供水條件下，CO2濃度由400 μmol·mol-1升高到700 μmol·mol-1對土壤MBC、MBN、MBP含量有顯著影響(P<0.05)；同時在700 μmol·mol-1CO2濃度下，增溫4 ℃對土壤MBC、MBN、MBP含量也有顯著影響(P<0.05)；CO2濃度升高和增溫的交互作用對土壤MBC含量亦有顯著影響，但對土壤MBN和MBP含量無顯著影響(P>0.05)，CO2濃度升高與生育期交互作用對土壤MBC、MBN、MBP有顯著影響(P<0.05)；增溫與生育期交互作用對土壤MBC、MBN、MBP均未造成顯著影響(P>0.05)，而CO2濃度升高、增溫、生育期的交互作用對土壤MBC、MBN、MBP有顯著影響(P<0.05)。在輕度干旱條件下，CO2濃度升高和增溫二者均未對土壤MBC、MBN、MBP含量產(chǎn)生顯著影響(P>0.05)；CO2濃度升高和增溫的交互作用對土壤MBC含量有顯著影響(P<0.05)，但其對土壤MBN和MBP含量無顯著影響(P>0.05)；CO2濃度升高與生育期交互作用對土壤MBP含量造成顯著影響(P<0.05)，但對土壤MBC和MBN含量無顯著影響(P>0.05)；增溫和生育期交互作用對土壤MBC、MBN、MBP含量均有顯著影響(P<0.05)；CO2濃度升高、增溫、生育期的交互作用對土壤MBC、MBN、MBP含量均有顯著影響(P<0.05)。

表4 CO2濃度升高、增溫、生育期及其交互作用對土壤微生物生物量的影響Table 4 Effects of elevated CO2 concentration,temperature rising,growth stage and their interaction on soil microbial biomass

2.3 CO2濃度升高和增溫對不同水分條件下谷子各生育期地下生物量的影響

由表5可知，與對照(CK)相比，在充分供水條件下，CO2濃度升高(EC)處理使谷子開花期和開花后10 d的地下生物量增加了85.71%和27.38%(P<0.05)，但其對灌漿期和成熟期的地下生物量的影響不顯著(P>0.05)。與CO2濃度升高(EC)處理相比，在充分供水條件下，CO2濃度升高和增溫4℃的交互作用(EC+T)使開花期和開花后10 d的地下生物量降低了15.12%和12.44%(P<0.05)，但其對灌漿期和成熟期的地下生物量影響不顯著(P>0.05)。與CK相比，在充分供水的條件下，CO2濃度升高和增溫4 ℃的交互作用(EC+T)對各生育期地下生物量影響不顯著(P>0.05)。在充分供水條件下，3種氣候情景(CK、EC、EC+T)下的地下生物量均隨谷子生長發(fā)育逐漸累積。在輕度干旱條件下，3種氣候情景間的地下生物量總體上無顯著差異(P>0.05)，且其隨谷子生長發(fā)育無顯著變化(P>0.05)。

表5 CO2濃度升高和增溫對谷子各生育期地下生物量的影響Table 5 Effects of elevated CO2 concentration and temperature rising on belowground biomass at different millet growth stages

3 討 論

3.1 充分供水條件下土壤微生物生物量對CO2濃度升高和增溫的響應

在充分供水條件下，CO2濃度升高顯著增加谷子生育期前期土壤MBC、MBN、MBP含量，這與李奕霏等[22]和Bhattacharyya等[8]對稻田土壤以及Jin等[23]對小麥土壤的研究結(jié)果相似。本研究中CO2濃度升高導致谷子開花期和開花后10 d的地下生物量增加，且有研究表明地下生物量增加使作物向地下分配更多光合產(chǎn)物，增強土壤有機質(zhì)，為土壤微生物的分解提供了更多底物[6,23]，進而增加土壤微生物生物量。此外，CO2濃度升高會抑制植物的蒸騰，改善土壤水分狀況，提高土壤微生物對有機質(zhì)的利用[24]；且良好的土壤水分狀況會提高磷在土壤中的擴散率，增加土壤微生物對磷的吸收利用[25]。

相關(guān)研究表明，增溫顯著降低土壤MBC、MBN、MBP含量[26-28]。而本研究中，在土壤充分供水條件下，增溫也顯著降低谷子各生育期土壤微生物生物量，有研究認為這主要是因為增溫加快土壤水分蒸發(fā)從而抑制土壤微生物[5]，但本研究的土壤含水量因受人為控制始終處于較為恒定狀態(tài)，故上述解釋并不適用。對本研究而言，高CO2濃度下作物和土壤間的養(yǎng)分周轉(zhuǎn)速率加快，作物和土壤微生物對養(yǎng)分的競爭加劇[6]；而已有研究表明增溫會直接對土壤微生物產(chǎn)生生理脅迫，導致土壤微生物對活性養(yǎng)分的利用效率降低[18]，故在高CO2濃度下，增溫導致土壤微生物生物量降低。

3.2 輕度干旱條件下土壤微生物生物量對CO2濃度升高和增溫的響應

與CO2濃度升高和增溫相比，本研究中輕度干旱在軸1(橫坐標軸)和軸2(縱坐標軸)的貢獻率更高(圖4)，這表明輕度干旱對土壤微生物生物量的影響顯著高于CO2濃度升高和增溫，這是由于土壤水分和土壤微生物的聯(lián)系十分緊密，如部分獲取C源的微生物需依靠水分進行活動和底物擴散[29]。此外，干旱導致部分土壤微生物改變自身資源分配，并產(chǎn)生“休眠現(xiàn)象”來降低自身的代謝和繁殖活動[30]。因此，相較于氣候因子(CO2和溫度)通過作物途徑間接影響土壤微生物生物量，干旱對微生物的直接脅迫更易對土壤微生物生物量產(chǎn)生影響。

與充分供水相比，輕度干旱顯著降低了谷子地下生物量(表5)，導致作物向下輸送的養(yǎng)分減少，造成土壤微生物可利用基質(zhì)減少[31-32]，故本研究中輕度干旱下土壤微生物生物量對CO2濃度升高和增溫的響應總體上無顯著變化，這與Thakur等[18]和Li等[33]的研究結(jié)果相似。此外，Andresen等[34]認為干旱脅迫環(huán)境能激發(fā)生態(tài)系統(tǒng)的緩沖機制，從而減弱了土壤微生物對氣候變化的響應。但目前也存在與本研究相反的結(jié)論[17]，這可能與植物的物種有關(guān)，Xue等[10]發(fā)現(xiàn)CO2濃度升高可以緩解干旱對白羊草土壤MBC和MBN的抑制作用，但對紫花苜蓿無顯著影響。

注：W—土壤含水量，T—溫度，GS—生育期。Note:W—soil water content,T—temperature,GS—growth stage.圖4 土壤微生物生物量與環(huán)境因子間的主成分分析Fig.4 Principal component analysis between soil microbial biomass and environmental factors

3.3 CO2濃度升高、增溫、生育期交互作用對土壤微生物生物量的影響

在土壤充分供水條件下，CO2濃度升高和生育期的交互作用對土壤MBC、MBN、MBP含量有顯著影響，具體表現(xiàn)為CO2濃度升高對土壤MBC、MBN、MBP的促進作用隨谷子生育期呈逐漸降低的趨勢，這可能是因為CO2濃度升高對作物的促進作用會隨作物生育期逐漸減弱[35]。Seneweera等[36]和沙霖楠等[37]研究表明，CO2濃度升高能夠抑制作物葉片光呼吸從而提高凈光合速率，導致根系活力的提升，但此現(xiàn)象會隨著生育期推移而逐漸減弱，這與本試驗的研究結(jié)果一致。在土壤充分供水條件下，增溫和生育期的交互作用對土壤MBC、MBN、MBP含量無顯著影響，這表明本實驗中增溫對土壤MBC、MBN、MBP含量的影響未隨谷子生長發(fā)育而改變。

在充分供水條件下，增溫和CO2濃度升高的交互作用顯著增加了谷子開花期和開花后10 d土壤微生物生物量，這表明CO2濃度升高可以顯著緩解生育早期增溫對土壤微生物生物量的抑制作用。這與Liu等[17]和Bhattacharyya等[8]對小麥和水稻的研究成果相似，且他們認為產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是增溫和CO2濃度升高的結(jié)合作用導致根系沉積物、根系分泌物、土壤活性養(yǎng)分的增加。

4 結(jié) 論

本研究采用盆栽試驗，利用人工氣候室控制CO2濃度和環(huán)境溫度，設(shè)置了對照(400 μmol·mol-1CO2濃度、22℃環(huán)境溫度)、CO2濃度升高(700 μmol·mol-1CO2濃度、22℃環(huán)境溫度)、CO2濃度升高和增溫(700 μmol·mol-1CO2濃度、26℃環(huán)境溫度)3種氣候條件，且每種氣候條件均有2種土壤水分處理(充分供水和輕度干旱)，分析了CO2濃度升高、增溫及其交互作用對谷子不同生育期土壤微生物生物量的影響。主要結(jié)論如下：

1)在充分供水條件下，CO2濃度升高使土壤MBC、MBN和MBP含量分別增加了27.01%～102.52%、27.02%～54.60%、74.05%～161.42%(P<0.05)，但其影響程度隨著谷子生長而逐漸減弱；高CO2濃度下，增溫使各生育期土壤MBC、MBN、MBP含量分別降低了19.77%～28.22%、8.56%～20.24%、29.54%～39.70%(P<0.05)。

2)在充分供水的條件下，CO2濃度升高和生育期的交互作用對土壤MBC、MBN、MBP含量有顯著影響；但增溫和生育期的交互作用對土壤MBC、MBN、MBP含量無顯著影響；CO2濃度升高、增溫、生育期的交互作用對土壤MBC、MBN、MBP含量有顯著影響，其表現(xiàn)為CO2濃度升高和增溫的交互作用顯著增加了谷子開花期和開花后10 d的土壤MBC和MBN含量，二者在開花期的增幅分別為44.37%和16.15%(P<0.05)，在開花后10 d的增幅分別為45.38%和27.18%(P<0.05)。

3)在輕度干旱條件下，谷子各生育期的土壤MBC和MBN含量在3種氣候情景之間無顯著差異，而各生育期土壤MBP含量無明顯變化規(guī)律。

4)在3種氣候條件下，與充分供水相比，輕度干旱使開花期、開花后10 d、灌漿期土壤MBC和MBN含量分別降低了14.70%～38.53%和37.06%～78.10%(P<0.05)，但對土壤MBP含量影響不顯著。

5)在充分供水條件下，CO2濃度升高使開花期和開花后10 d谷子地下生物量增加了85.71%和27.38%(P<0.05)，但對灌漿期和成熟期的地下生物量影響不顯著；與EC相比，EC+T處理使開花期和開花后10 d的地下生物量降低了15.12%和12.44%(P<0.05)，但對灌漿期和成熟期的地下生物量影響不顯著。在輕度干旱條件下，3種氣候情景間的地下生物量總體上無顯著差異。