本论文将全球大气CO2/O3浓度升高的重大环境问题与土壤重金属污染问题协同考虑，以典型重金属Cu、Cd为对象，借助中国FACE平台，研究了稻麦轮作条件下土壤重金属环境行为及生态效应对大气CO2/O3浓度升高的响应，预测未来大气条件下土壤重金属污染对食品安全和生态安全影响，主要研究结果如下：　　 1、研究了开放式大气CO2浓度升高条件下重金属Cu、Cd在水稻和小麦地上部及籽粒中的富集、在土壤中Cu、Cd的形态变化。大气CO2浓度升高会影响水稻小麦对土壤中Cu、Cd的吸收。具体来说，与正常大气条件相比，大气CO2浓度升高降低了水稻小麦地上部和籽粒对Cu的吸收，而增加了水稻小麦地上部和籽粒对Cd的吸收。在本实验中，CO2升高对土壤重金属元素Cu、Cd形态分布的改变并不明显，其中与重金属生物有效性相关的交换态和碳酸盐结合态的变化也不明显，这可能与土壤pH值未产生明显变化有关。FACE条件下06、07年稻季土壤pH值与相同处理的正常大气土壤pH相比无明显变化，且pH值水平维持在6-7之间，基本处于中性。两年的FACE暴露，大米和麦粒铜含量减少，可能会导致元素隐性饥饿；大米和麦粒镉含量增加，增加了食品安全的风险；总体来说，FACE(CO2)下铜、镉的环境行为变化对食品安全是不利的。　　 2、研究了开放式大气CO2浓度升高条件下重金属Cu、Cd对水稻和小麦叶片氧化应激的影响。在分蘖期，水稻叶片CAT酶的活性随着土壤中Cu处理组浓度的增加而受到诱导，大气CO2浓度升高条件下各铜处理组水稻叶片CAT酶的活性显著低于正常大气条件相同处理组的叶片的CAT酶活性，在高铜处理组水稻叶片的APX酶活性也在大气CO2浓度升高条件下受到抑制；大气CO2浓度升高低镉污染组水稻叶片APX活性也比正常大气高镉污染组水稻叶片APX活性显著下降。在分蘖期，FACE条件下各铜处理组小麦叶片的APX和SOD酶活性比正常大气相应组显著下降，而FACE条件下各镉处理组小麦叶片的CAT、APX、POD、SOD活性则相比于正常大气对应组受到显著诱导；抽穗期与分蘖期相类似，FACE条件下各铜处理组小麦叶片的酶活性相比正常大气处理组下降，而FACE条件下各镉处理组小麦叶片的酶活性相比正常大气处理组受到诱导。这可能与小麦在不同大气条件下的Cu、Cd吸收差异所导致的。大气CO2浓度升高下小麦对Cd吸收量的增加可能会导致体内氧化胁迫的增加，累积的ROS作为诱导因子诱导小麦抗氧化酶活性的上升。　　 3、研究了开放式大气CO2浓度升高条件下重金属Cu、Cd对土壤微生物群落结构变化的影响。采集了07年稻季水稻根际土壤，分别抽取其中的微生物总DNA后进行PCR扩增和变性梯度凝胶电泳，然后通过DGGE指纹图谱条带的数目和条带的染色度以及迁移的位置，进行微生物Shannon多样性指数的计算和DGGE条带相似性的比对。Shannon多样性指数显示，大气CO2升高对照组与正-常大气对照组相比多样性程度有所增加；铜污染组中，多样性指数随土壤中铜污染程度的增加而减少，大气CO2升高低铜污染组比正常大气低铜污染组的多样性程度高，大气CO2升高高铜污染组比正常大气高铜污染组的多样性程度高；在镉处理组中，多样性指数随土壤中镉污染程度的增加而减少，但是大气CO2升高低镉污染组比正常大气低镉污染组的多样性程度低，大气CO2升高高镉污染组比正常大气高镉污染组的多样性程度低。DGGE条带相似性的比对显示，大气CO2升高对照组与正常大气对照组相比相似性为57.3％，说明大气CO2升高对土壤微生物群落产了较大的影响。而正常大气高镉污染组和大气CO2升高高镉污染组与正常大气对照组相比相似性仅为20.8％和30.9％，相似性程度最低。　　 4、研究了开放式大气O3浓度升高后重金属Cu、Cd在小麦地上部及籽粒中的富集变化，以及对各生长阶段小麦叶片生理毒性的影响。结果表明，在FACE条件下，小麦地上部对Cu、Cd的吸收相比于正常大气对应组有增加的现象；与正常大气对应组相比，FACE条件下土壤中有效态Cu、Cd的含量有所增加，但并无显著差异；Cu、Cd污染诱导了小麦叶片MDA的产生，而在O3和重金属双重胁迫下的小麦叶片内MDA的含量最高；与正常大气对照组相比，O3升高铜污染组的小麦叶片SOD酶和POD酶比较敏感，在分蘖期其活性受到诱导；但随着暴露时间的增加，抗氧化系统的各个酶的活性逐渐受到抑制；大气O3升高各镉处理组小麦叶片CAT酶都保持在较高的活性水平上，SOD的变化趋势与CAT很相似，大气O3升高各处理组小麦叶片的APX和POD酶活性也都受到了诱导。在抽穗期，大气O3升高各处理组小麦叶片抗氧化酶活性与分蘖期相比呈现出不同的变化趋势，随着暴露时间的增加，抗氧化系统各个酶的活性逐渐受到抑制。