2.3 不同泄漏情景玉米地上部和地下部生物量分析

生长初期CO2 泄漏试验中，玉米地上部和地下部生物量对CO2 泄漏也有明显的阈值响应（图3）：玉米地上部和地下部的鲜质量、干质量均以情景G8000 最低（地上部鲜质量65 g，地下部鲜质量24 g，地上部干质量14 g，地下部干质量4 g），极显著低于最高的对照情景（地上部鲜质量691 g，地下部鲜质量200 g，地上部干质量98 g，地下部干质量37 g）。CO2 泄漏通量达到500 g/(m2·d)之后，玉米地上部和地下部的鲜质量极显著降低，但是干质量并无显著性差异；当CO2泄漏通量达到1 000 g/(m2·d)的泄漏情景时，地下部干质量与CK 对照产生显著差异(P〈0.05)，情景G1000、G2000、G4000、G8000 的地下部干质量分别是CK 对照的50.8%、23.7%、19.4%、10.9%，而地上部干质量与对照情景无显著差异，情景G1000 的地上部干质量是CK 对照的96.1%；直到CO2 泄漏通量达到2 000 g/(m2·d)时，地上部和地下部干质量才与CK 对照产生极显著差异，此时情景G2000、G4000、G8000 的地上部干质量分别是CK 对照的54.3%、31.7%、13.8%。这表明，在CO2 泄漏通量达到一定程度之前，地上部和地下部干质量并不会受到明显抑制，地下部相比较于地上部来说对CO2 泄漏更敏感。

图2 不同泄漏情景下玉米叶片数的变化 Fig.2 Dynamics of leaf number of maize under different leakage scenarios 注：垂直误差线表示标准误差(n=3)。虚线表示CO2 泄漏起始时间，CK、G500、G1000、G2000、G4000、G8000 见表1，下同。

图3 生长季末期不同泄漏情景对玉米地上部和地下部生物量的影响 Fig.3 Impact of different leakage scenarios on above-ground and below-ground biomass of maize during the late growing season注：具有不同字母的柱体表示情景间差异极显著(P〈0.01)。

2.4 不同泄漏情景玉米光合特性变化

光合作用的气体交换参数主要涉及净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr）这3 个指标[38]。生长初期CO2 泄漏试验中，CO2 泄漏对以上指标的动态变化也有明显影响，且不同泄漏情景间存在差异（图4）。与泄漏前1 d 相比，CK 对照、情景G500、G1000、G2000、G4000 和G8000 在生长季末期的净光合速率分别减少了7.5%、37.3%、57.2%、98.0%、97.1%和99.2%。对照情景的净光合速率基本保持稳定，情景G500 和G1000 的净光合速率在CO2 开始泄漏后的前4 d 内减少近50%之后也趋于稳定，情景G2000、G4000 和G8000 的净光合速率在CO2 泄漏后逐渐趋近于0。气孔导度、蒸腾速率的变化趋势与净光合速率类似。对这3 个指标进行方差分析，可以看出，对照情景的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均为最大，与情景G500、G1000 和G2000 差异极显著(P〈0.01)。情景G2000、G4000 和G8000 的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率基本趋近于0，这3 个情景之间均无显著差异。这表明玉米光合作用对CO2 泄漏同样非常敏感，CO2 泄漏通量越大，玉米光合作用受抑制程度越大，当达到2 000 g/(m2·d)的泄漏通量时光合作用几乎停止。

图4 不同泄漏情景玉米净光合速率、气孔导度和蒸腾速率的变化 Fig.4 Dynamics of net photosynthetic rate, stomatal conductance, transpiration rate and water use efficiency of maize under different leakage scenarios

2.5 不同泄漏情景土壤pH 值变化

土壤pH 值是一个很重要的土壤指标，大部分土壤中进行的化学反应和化学过程都要受到土壤pH 值的影响，它制约着植株和各种土壤微生物所需养分的效力，控制着土壤里各种化学物质的行为[39]。从图5 可以看到，受生长初期CO2 泄漏的影响，泄漏情景下的土壤pH 值普遍降低，而对照情景的土壤pH 值基本保持稳定趋势。与没有发生泄漏时（9月11日）的数值相比，情景G500、G1000、G2000、G4000 和G8000 在泄漏情景下的生长季末期（10月15 日）的土壤pH 值分别减少了1.9%、5.4%、7.8%、11.5%、11.8%和9.5%，可见CO2 泄漏通量越大，土壤酸化程度越大。但是，试验结果同时显示，所有情景间pH值的差异还未达到显著性水平(P〈0.05)。

图5 受不同泄漏情景影响的土壤pH 值 Fig.5 Soil pH value as influenced by different leakage scenarios

2.6 玉米在不同泄漏情景下的受影响程度和耐受阈值

在生长季末期，对呈现在上述图表里的6 种可能泄漏情景下不同植物生理指标的变化进行一个比较，可以看到：对同一指标，CO2 泄漏通量越大，该指标受影响程度越大；对不同指标，令植株发生显著性变化的CO2 泄漏通量阈值范围也有不同（图6）。本研究应用方差分析，对同一指标在各泄漏情景下的差异性进行统计检验，把与CK 情景发生显著性差异的最小CO2 泄漏通量作为本试验所设置的5 种存在泄漏情景中的阈值下限，把令植株停止正常生长发育的最小CO2泄漏通量作为阈值上限，并综合各指标的阈值范围以确定玉米对地质封存CO2 泄漏的耐受阈值。

文章来源：《地质论评》 网址: http://www.dzlpzz.cn/qikandaodu/2021/0708/440.html