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大气CO2浓度的升高正改变着全球气候与生态环境，也影响着植物的生长发育过程。水稻（Oryza sativa L.）是世界上最重要的农作物之一，大气CO2浓度升高可影响其产量与加工、蒸煮和矿质等品质。目前，对粳稻的相关研究有较多的报道，而对具有不同遗传背景的籼稻与粳稻品种中矿质元素的响应及其差异的研究鲜有报道。本研究利用自由空气中CO2浓度升高(Free-air Carbon-dioxide Enrichment，FACE)试验平台，研究籼稻（IIY084和YD6）和粳稻(WYJ21和WYJ23)的稻米矿质品质、矿质元素吸收与利用，以及CNP计量学特征的响应和差异，并探讨影响矿质品质响应的主要原因，从而为将来选育优良水稻品种并保障人类健康提供科学依据。主要结果如下:
FACE条件下，水稻糙米和精米产量增加，其中，籼稻IIY084的糙米、精米增产幅度高达37.1％、39.6％，均高于粳稻WYJ21(23)(10.9％、9.2％)。FACE总体上降低了糙米率、精米率、N含量和微量元素Fe、Mn、Cu、Zn、Ni、Se的含量，对P、K、Ca和Mg含量没有显著影响。糙米主要矿质元素含量远高于精米，达到1.1(N)～9.89(Mg)倍。品种差异分析表明，无论CO2浓度升高与否，IIY084糙精米产量和N含量，均显著高于WYJ21(23)。FACE条件下IIY084糙精米的N含量、糙米微量矿质元素（除Fe外）含量的下降幅度大于WYJ21(23)。
FACE降低灌浆过程后期水稻各组织N含量，提高了其N利用率(NUE)，对N吸收量的影响较小。总体上，FACE促进N在穗和根的分配，降低其在叶的分配比。FACE条件下籼稻（IIY084和YD6）穗的N含量、吸收量和分配百分数均高于粳稻(WYJ23)，而叶的N含量和分配百分数则相反。籼稻(IIY084和YD6)的N吸收与利用效率均比粳稻(WYJ23)高。施N情况下，水稻各组织N含量和吸收量显著增加，NUE降低。施N降低了穗和根中N的分配百分数，增加了叶和茎中N的分配百分数。
FACE条件下，未能观测到根际土壤pH的显著下降。根际土壤矿质元素(P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn、Ni、Se、Mo)的有效态含量大体呈增加趋势。观测到植株对Ca、Ni和Se吸收量显著增加，其他矿质元素的整株吸收量变化并不显著。FACE条件下，大部分矿质元素在穗中的分配显著增加，其在茎中的分配比降低。FACE增加大部分矿质元素在穗内壳梗的分配比，减少其在糙米中的分配比。品种效应表明，IIY084的每穗粒数与每穗饱粒数分别高于WYJ2319.0％和23.6％。IIY084穗中大部分矿质元素的吸收量及其分配比均显著高于WYJ23。
FACE条件下，水稻各组织的C含量增加，N含量降低，P在茎和根中含量下降。FACE不同程度地提高了各组织中C/N，茎与根中C/P以及根N/P，降低了穗、叶与茎中N/P。品种效应显示，籼稻各组织的C/P和N/P大多高于粳稻WYJ23。此外，施N处理显著增加穗、叶、茎中C含量，以及叶、茎与根中P含量;显著降低根中C含量，以及各组织C/N。施N显著增加穗和茎N/P，降低了根中N/P。FACE条件下，水稻生长受到N的限制作用增强，而且该限制作用在粳稻(WYJ23)强于籼稻（IIY084和YD6）。
本研究结果揭示，FACE条件下，水稻糙精米产量增加，且籼稻糙米产量增幅是粳稻的三倍以上。稻米主要矿质营养品质下降，但籼稻的矿质营养品质仍高于粳稻。碳水化合物与矿质元素从营养器官到籽粒的不平衡转运以及矿质元素在壳梗中的滞留，可能是矿质营养品质下降的主要原因。FACE条件下，土壤养分有效性有所提高，籼稻对矿质养分吸收量增加的幅度大于粳稻。FACE条件下，籼稻的N吸收与利用效率高于粳稻。FACE条件下，水稻各组织CNP化学计量学特征发生变化，其生长受到N的限制作用增强，该限制作用在粳稻强于籼稻。FACE条件下，虽然籼稻生物量增幅远高于粳稻，但两品种植株的C/N，C/P和N/P计量比改变幅度比较接近，表明CNP计量学特征在籼稻中平衡能力与内稳性更好，揭示籼稻比粳稻具有更好的维持矿质营养品质的潜力。未来CO2浓度升高条件下，从增产和矿质营养品质方面考虑，籼稻比粳稻具有品种优势。
FACE条件下，水稻糙米和精米产量增加，其中，籼稻IIY084的糙米、精米增产幅度高达37.1％、39.6％，均高于粳稻WYJ21(23)(10.9％、9.2％)。FACE总体上降低了糙米率、精米率、N含量和微量元素Fe、Mn、Cu、Zn、Ni、Se的含量，对P、K、Ca和Mg含量没有显著影响。糙米主要矿质元素含量远高于精米，达到1.1(N)～9.89(Mg)倍。品种差异分析表明，无论CO2浓度升高与否，IIY084糙精米产量和N含量，均显著高于WYJ21(23)。FACE条件下IIY084糙精米的N含量、糙米微量矿质元素（除Fe外）含量的下降幅度大于WYJ21(23)。
FACE降低灌浆过程后期水稻各组织N含量，提高了其N利用率(NUE)，对N吸收量的影响较小。总体上，FACE促进N在穗和根的分配，降低其在叶的分配比。FACE条件下籼稻（IIY084和YD6）穗的N含量、吸收量和分配百分数均高于粳稻(WYJ23)，而叶的N含量和分配百分数则相反。籼稻(IIY084和YD6)的N吸收与利用效率均比粳稻(WYJ23)高。施N情况下，水稻各组织N含量和吸收量显著增加，NUE降低。施N降低了穗和根中N的分配百分数，增加了叶和茎中N的分配百分数。
FACE条件下，未能观测到根际土壤pH的显著下降。根际土壤矿质元素(P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn、Ni、Se、Mo)的有效态含量大体呈增加趋势。观测到植株对Ca、Ni和Se吸收量显著增加，其他矿质元素的整株吸收量变化并不显著。FACE条件下，大部分矿质元素在穗中的分配显著增加，其在茎中的分配比降低。FACE增加大部分矿质元素在穗内壳梗的分配比，减少其在糙米中的分配比。品种效应表明，IIY084的每穗粒数与每穗饱粒数分别高于WYJ2319.0％和23.6％。IIY084穗中大部分矿质元素的吸收量及其分配比均显著高于WYJ23。
FACE条件下，水稻各组织的C含量增加，N含量降低，P在茎和根中含量下降。FACE不同程度地提高了各组织中C/N，茎与根中C/P以及根N/P，降低了穗、叶与茎中N/P。品种效应显示，籼稻各组织的C/P和N/P大多高于粳稻WYJ23。此外，施N处理显著增加穗、叶、茎中C含量，以及叶、茎与根中P含量;显著降低根中C含量，以及各组织C/N。施N显著增加穗和茎N/P，降低了根中N/P。FACE条件下，水稻生长受到N的限制作用增强，而且该限制作用在粳稻(WYJ23)强于籼稻（IIY084和YD6）。
本研究结果揭示，FACE条件下，水稻糙精米产量增加，且籼稻糙米产量增幅是粳稻的三倍以上。稻米主要矿质营养品质下降，但籼稻的矿质营养品质仍高于粳稻。碳水化合物与矿质元素从营养器官到籽粒的不平衡转运以及矿质元素在壳梗中的滞留，可能是矿质营养品质下降的主要原因。FACE条件下，土壤养分有效性有所提高，籼稻对矿质养分吸收量增加的幅度大于粳稻。FACE条件下，籼稻的N吸收与利用效率高于粳稻。FACE条件下，水稻各组织CNP化学计量学特征发生变化，其生长受到N的限制作用增强，该限制作用在粳稻强于籼稻。FACE条件下，虽然籼稻生物量增幅远高于粳稻，但两品种植株的C/N，C/P和N/P计量比改变幅度比较接近，表明CNP计量学特征在籼稻中平衡能力与内稳性更好，揭示籼稻比粳稻具有更好的维持矿质营养品质的潜力。未来CO2浓度升高条件下，从增产和矿质营养品质方面考虑，籼稻比粳稻具有品种优势。