FACE条件下CO_2浓度和温度增高对北方水稻光合作用与产量的影响研究

大气中二氧化碳(CO2)浓度已由工业革命前的280μmol/mol增加到目前的400μmol/mol,并且仍将持续增加。作为光合作用的主要底物,CO2浓度增高对作物光合生理和产量形成将产生深刻的影响。利用开放式CO2浓度富集(FACE)系统,以北方水稻松粳9号和稻花香2号为供试材料,设置高CO2浓度(600μmol/mol)和正常大气CO2浓度(400μmol/mol),同时进行覆膜增温处理,研究CO2浓度与温度增高对水稻光合作用与产量的影响。结果表明,无论覆膜与否,大气CO2浓度增高均提高了水稻的叶片净光合速率、水分利用效率、地上部生物质量和产量,降低了气孔导度和蒸腾速率。覆膜处理增强了净光合速率、地上部生物质量和产量增高的趋势,同时减缓了气孔导度和蒸腾速率在高浓度CO2下降低的趋势。研究说明,覆膜处理下的增温会提高高CO2浓度下水稻的光合作用效率,促进增产潜力,增强水稻在高CO2浓度环境下的适应能力。     

气候变化及其对农作物的影响

从大气CO2浓度增加、气温升高、降雨不均衡等方面综述了气候的变化情况,指出气候变化特别是大气CO2浓度升高导致温度上升,使农作物光合效率提高、生长速度加快、根系发达、株高增加、生育期缩短、产量提高、品质下降。     

植物对CO2浓度升高的响应

大气中CO2浓度在工业革命前约为265μmol/mol,二十世纪60年代全球大气CO2浓度在314μmol/mol左右,目前则在350μmol/mol左右,且平均每年以1.5-2.0μmol/mol的速度递增.研究表明,大气CO2浓度升高的主要原因是煤炭、石油等化石燃料的燃烧造成的,若不加以制约,预计到本世纪中叶,大气CO2浓度将达到工业革命前的2倍[1,2].大气CO2浓度升高,除了通过温室效应引起全球气候变化对植物产生间接影响外,还直接影响到植物的生长发育.研究大气CO2浓度升高对植物的影响已成为国内外研究的重要课题之一.本文阐述了大气CO2浓度升高对植物光合作用、蒸腾作用、生物量和产量以及抗性和品质所带来的影响.     

全生育期二氧化碳与温度处理对水稻生理性状的影响初报

为揭示大气中二氧化碳浓度与温度增高对水稻生长发育与产量形成的影响机理,采用半开放式二氧化碳温度梯度系统对水稻全生育期进行梯度处理。研究表明,550μmol/mol CO2浓度及温度升高1.5℃、650μmol/mol CO2浓度及温度升高2.0℃处理提高了水稻叶片叶绿素含量,灌浆期比对照(400μmol/mol及自然温度下)分别增加13.41%~16.74%,但对叶绿素a/b的比值影响较小;可溶性糖含量从拔节期开始随CO2浓度及温度增加而升高,增幅为6.06%~14.82%;可溶性蛋白含量总体上各处理结果均低于对照;脯氨酸含量在生育前期高于对照,在抽穗期趋于相同,在灌浆前期明显低于对照。表明CO2浓度与温度增高改变了水稻生理性状,改变了水稻生长对物质和能量需求平衡,延长了生育期,此点为导致水稻产量形成的最终变化提供了理论证据和支持。     

大气CO2浓度升高对植物的影响

近年来大气中CO2浓度急剧增加,对植物的各种生理特性及种群、群落和生态系统都产生重大影响.本文综述了大气CO2浓度升高对植物的主要生理特性(光合作用、呼吸作用、蒸腾作用和化感作用)、作物产量及植物种群消长、群落组成和生态系统结构和功能的影响.     

大气CO2浓度升高对植物的影响

近年来大气中CO2浓度急剧增加，对植物的各种生理特性及种群、群落和生态系统都产生重大影响。本文综述了大气CO2浓度升高对植物的主要生理特性（光合作用、呼吸作用、蒸腾作用和化感作用）、作物产量及植物种群消长、群落组成和生态系统结构和功能的影响。     

马铃薯叶片光合特性研究

为提高马铃薯产量和品质,以大西洋马铃薯为材料,研究了光合强度和CO2浓度对马铃薯叶片光合作用的影响.试验结果表明:马铃薯叶片光合作用的光饱和点约为1 400μmol/(m2?s),光补偿点约为50μmol/(m2?s).在光饱和点和光补偿点之间,随着光合强度的增加,叶片的气孔导度和蒸腾速率升高,胞间CO2浓度降低;随着CO2浓度的增加,光合速率升高,其CO2的饱和点约为2 000μmol/mol.在CO2的饱和点以下,随着CO2浓度的增加,气孔导度和蒸腾速率呈下降趋势,而胞间CO2浓度持续增加.     

大气CO2浓度升高对大豆生长和产量的影响

通过开顶式气室控制大气CO2浓度,对大豆生长和产量指标进行实验测定,研究了大气CO2浓度升高对大豆株高、茎粗、叶片性状和产量构成因素的影响,分析了未来高CO2条件下大豆生长和产量的变化趋势。结果表明,与背景大气CO2浓度350μmol/mol相比,大气CO2浓度为550和750μmol/mol时,大豆株高分别提高15.74%和21.57%,茎粗则增加8.62%和13.79%。大豆比叶重在不同生育期平均提高3.50%和7.25%,大豆鼓粒期叶面积增加7.27%和14.08%,叶绿素含量提高7.10%和11.42%。高CO2浓度对大豆产量各构成因子的贡献存在差异,对单株荚数提高幅度较大,分别为6.87%和11.61%,促使产量增加15.19%和29.10%。     

大气二氧化碳含量升高对稻麦产量影响的整合分析

收集整理国内外130篇原始论文的试验数据资料,应用整合分析(meta-analysis)方法定量评估大气CO2含量升高对水稻和小麦产量形成及相关生理学指标的影响。结果表明:与本底大气CO2含量相比,大气CO2含量升高导致水稻和小麦产量平均分别增加了19.31%(95%置信区间CI:16.87%～21.76%)和17.27%(CI:14.94%～19.60%),主要通过增加穗数和每穗粒数实现,其中水稻单位面积穗数和每穗粒数分别增加11.9%和13.4%,小麦单位面积穗数和每穗粒数分别增加12.8%和10.5%,而对稻麦千粒质量的影响不显著。水稻和小麦总生物量分别增加22.11%和15.86%,其中地下部分生物量的增加高于地上部分。当大气CO2含量为600～680μmol.mol-1时,稻麦产量及生物量的增加量最大。作物叶片生理学指标对大气CO2含量升高的响应敏感,如水稻光饱和光合速率、叶面积指数分别增加8.15%和19.39%,小麦光饱和光合速率和叶面积指数分别增加10.49%和9.40%。大气CO2含量升高对稻麦的施肥效应在气室模拟研究中最为明显,高于开顶气室(OTC)和自由大气CO2富集(FACE)平台研究。大气O3升高、高温、干旱、低N等胁迫因子可削弱大气CO2含量升高对稻麦的施肥效应。     

开放式空气CO_2浓度增高对水稻体内不同形态N素含量的影响

利用FACE(Free Air Carbon-dioxide Enrichment)平台技术,研究了低氮(LN150kg·hm-2)和常氮(NN250kg·hm-2)水平下,大气CO2浓度升高对水稻(OryzasativaL.)体内不同形态N素含量的影响。结果表明,CO2浓度升高促进了水稻茎、穗和根的生长而使水稻的总生物量显著增加;同时显著降低分蘖期根、茎、叶,抽穗期茎和成熟期叶、根中的N含量,而其降低量的50%￣181.8%归因于蛋白态N含量的降低,因此蛋白态N含量的降低是N含量下降的直接原因。此外,CO2浓度升高使整个生育期内水稻不同部位氨基酸态N含量普遍降低,而无机态N含量随生育期和植株部位不同的表现为降低或者升高,这可能是根系的N同化能力改变的结果。还讨论了高浓度CO2条件下水稻组织中蛋白态N含量降低的原因。     

二氧化碳、施氮量和移栽密度对汕优63产量形成的影响——FACE研究

大气二氧化碳(CO2)浓度升高使水稻产量增加,但这种影响是否因不同栽培条件而异尚不清楚。2011年利用中国稻田FACE(Free Air CO2Enrichment)系统平台,以敏感水稻品种汕优63为供试材料,二氧化碳设环境CO2浓度(Ambient)和高CO2浓度(Ambient+200μmol·mol-1),施氮量设低氮(15 g·m-2)和高氮(25 g·m-2),移栽密度设低密度(16穴·m-2)和高密度(24穴·m-2),研究了不同栽培条件下大气CO2浓度升高对杂交水稻产量形成的影响。结果表明:高浓度CO2对水稻抽穗期和成熟期没有影响,但使结实期株高显著增高(+7%);使单位面积穗数(+8%)和每穗颖花数(+19%)明显增多,进而使单位面积颖花量大幅增加(+29%)。高浓度CO2条件下穗数增多主要与最高分蘖数明显增加有关,而分蘖成穗率显著下降;穗型增大主要由单茎干重而非单位干重形成的颖花数增加所致。高浓度CO2环境下水稻结实能力呈增加趋势,其中平均粒重的增幅达显著水平。大气CO2浓度升高使水稻籽粒产量平均增加36%,其中在低氮低密度、低氮高密度、高氮低密度和高氮高密度条件下分别增加43%、46%、34%、23%。增施氮肥或增加移栽密度使水稻产量略有下降,但均未达显著水平。以上结果表明,高浓度CO2环境下杂交水稻因库容量增大导致产量大幅增加,调整施氮水平和移栽密度可在一定程度上改变这种肥料效应。     

大气二氧化碳体积分数、氮肥、移栽密度对汕优63稻米矿质元素的影响——FACE研究

作为光合作用的底物,大气二氧化碳(CO2)体积分数升高可促进水稻生长发育,但对稻米矿质元素体积分数的影响及其与栽培条件的关系尚不明确。2011年,利用中国稻田开放式空气CO2浓度增高(free air CO2enrichment,FACE)系统平台,以敏感水稻品种汕优63为供试材料,二氧化碳设置环境CO2浓度、高CO2浓度(增加200μmol/mol),施氮量设置低氮(15 g/m2)、高氮(25 g/m2),移栽密度设置低密度(16穴/m2)、中密度(24穴/m2)、高密度(36穴/m2),研究不同栽培条件下大气CO2浓度升高对杂交稻成熟稻米矿质元素浓度的影响。结果表明,大气CO2浓度增高200μmol/mol使成熟稻米的钾、镁浓度平均值分别下降9.4%、7.0%,均达显著或极显著水平;对稻米中钙、钠、铜、铁、锰、锌浓度的影响均未达显著水平。稻米元素浓度对大气CO2浓度升高的响应,在不同施氮水平和移栽密度条件下的趋势基本一致,表现在二氧化碳处理、施氮量、移栽密度对稻米大量元素、微量元素浓度多不存在互作效应。     

大气CO2浓度升高对木本植物影响的研究进展

大气中CO2浓度升高正在引起全球变暖和气候变化,对植物特别是构成陆地生态系统主体的树木产生最直接的影响。就大气CO2浓度升高对木本植物光合作用、气孔参数、叶片形态结构、蒸腾作用、N养分含量和生物量影响的最新研究进展进行了分析综述。     

CO2浓度升高对籼、粳稻光合生理和根系生长的影响

[目的]本文旨在通过测定CO2浓度升高下粳稻和籼稻根系生长特性、光合特征、氮含量、生物量和产量等指标,阐明CO2浓度升高对2个品种水稻生理特征和生长的影响,以及水稻根系特性与光合适应的关系.[方法]利用开顶式气室(OTC)组成的CO2浓度自动调控平台,以水稻品种'武运粳30'和'扬稻6号'作为试验材料,以环境CO2浓度...     

面对未来CO2浓度升高环境下水稻生产的思考

通过分析探讨国内外关于高CO2浓度环境下水稻生长发育的研究现状，提出面对未来大气CO2浓度升高我们在水稻生产上应采取的措施。     

浅谈大气CO2浓度增高对植物代谢的影响

本文简要论述了大气中CO2浓度增高对植物光和作用的影响,以及其浓度增高导致净光合速率增高的次级效应,同时简要阐述了CO2浓度升高的非光合作用效应及其对植物代谢的影响。     

浅谈大气C02浓度增高对植物代谢的影响

本文简要论述了大气中CO2浓度增高对植物光和作用的影响,以及其浓度增高导致净光合速率增高的次级效应,同时简要阐述了CO2浓度升高的非光合作用效应及其对植物代谢的影响.     

气候变暖和CO2浓度升高对农作物的影响

气候变暖和CO2浓度升高不仅影响着农作物的生长、产量及品质等,同时也对农业生产结构和生产制度有着不同程度的影响.本文综述了近年来全球气候变暖、CO2浓度升高以及气候变暖和CO2浓度升高交互作用对农作物物候期、光合作用、产量及作物安全等方面的影响,从而为气候变化对作物影响的研究提供参考.     

CO2浓度升高和有机肥-化肥施用对水稻光合作用、抗氧化酶活性和重金属含量的影响

依托中国水稻FACE平台(Free air CO₂ enrichment),研究了化肥和50%有机肥等氮替代化肥2种施肥方式下,大气CO₂浓度升高(环境大气+200μmol/mol)对水稻光合作用、抗氧化酶活性以及铜和锌吸收的影响。结果表明,单独大气CO₂浓度升高显著增加了抽穗期水稻叶片的净光合速率、丙二醛含量和成熟期水稻子粒中锌含量,但显著降低了抽穗期水稻叶片气孔导度和抗氧化酶活性。50%有机肥等氮替代化肥处理下,对比正常大气CO₂浓度,大气CO₂浓度升高显著增加了过氧化物酶活性,但降低了水稻叶片气孔导度和蒸腾速率、丙二醛含量和水稻子粒中铜和锌含量。因此,50%有机肥等氮替代化肥有助于提高水稻对CO₂浓度升高的适应性。     

保护地CO2肥料施用技术

CO2是植物进行光合作用的主要原料之一。植物地上部分45％是碳，这些碳素都是植物通过光合作用从大气中取得的。一般植物进行光合作用最适合的CO2浓度为0．1％左右，而大气中CO2的浓度常保持在0．03‰。在相对封闭的保护地条件下，空气不易流通、蔬菜种植密度大，CO2浓度通常不能满足光合作用的需求，在一定程度上限制了蔬菜的优质、高产。