森林与大气中CO2关系的研究进展

森林与全球气候变化及大气中CO2含量密切相关,本文对国内外在森林对大气中CO2的影响和大气中CO2浓度的变化对森林的影响方面的研究进展进行了述评.     

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.     

大气CO2浓度升高对水稻生长发育影响的研究进展

随着工业化的进程,人类活动引起大气CO2浓度的迅速上升,水稻是世界最主要的粮食作物之一,其生长发育势必将受影响。结合当前大气CO2升高的模拟试验,归纳了国内外关于大气CO2浓度升高对水稻的生育期、光合作用、产量等方面的研究进展。结果表明随着CO2浓度升高,水稻生育期提前,光合作用短期呈现加强,产量有所提高,但相关机制尚不完全清楚,还需要完善试验方法,深入探索研究。     

全球环境变化对森林土壤呼吸的影响

森林土壤呼吸是陆地植物固定CO2后又释放CO2返回大气的主要途径,是与全球变化密切相关的一个重要过程.较全面地综述全球变化条件下,全球变暖、CO2浓度上升、N沉降和森林采伐对土壤呼吸的影响.全球增温可能导致土壤向大气中释放更多的CO2,大气CO2浓度的上升将增加土壤中CO2的释放量,同时也将通过提高植被生产力促进土壤的碳吸存.在CO2浓度上升和全球变暖相互作用下,土壤是碳的净"源"还是"汇"尚不完全清楚.N沉降和森林采伐对森林土壤呼吸既有增强作用,也有抑制作用.综合来看,全球变化对森林土壤呼吸的作用仍有很大的不确定性.     

大气CO_2浓度升高与氮肥管理对麦田土壤有效氮的影响

为了探讨全球气候变化对农田土壤氮素动态的影响,采用中国稻麦轮作系统FACE(Free-Air CO2 Enrichment)平台,开展了大气CO2浓度升高和氮肥管理对麦田土壤有效氮含量影响的研究.结果表明:在低N和常规N处理下,大气CO2浓度升高使拔节期土壤C/N分别增加了5.6%和10.2%,土壤pH分别降低了 2.4%和6.4%(p＜O.05).在小麦生育期内.低N和常规N条件下.大气CO2浓度升高降低了土壤总有效氮和NO3--N含量,相对于低N处理.常规N处理下降的趋势更为明显.在低N条件下,大气CO2浓度使拔节期和成熟期土壤中NH4+-N含量分别增加了7.4%和9.9%,而常规N处理中则表现出相反的趋势.本研究显示,大气CO2浓度升高降低了土壤有效氮含量,而施用氮肥增加了土壤有效氰含量.     

低碳农业经济略论

随着大气中CO2浓度升高带来的全球气候变化对人类生存和发展的严峻挑战,近年来国际社会提出了发展低碳经济的应对之策.低碳农业经济应是低碳经济的有机组成部分,在应对全球气候变化方面同样可以有所作为.     

小陇山林区森林固碳效益的研究

甘肃小陇山林区是甘肃省最大的天然次生林区,它对维持大气中的CO2和O2的动态平衡,减少温室效应以及提供人类的生存基础有着不可替代的作用和地位。据此,根据植物光合作用的原理,林木生长与林木吸收并固定大气中CO2二者之间的因果关系,利用蓄积量转化法、区域生物量估算等方法来计算该林区吸收固定和保存大气CO2的生态服务价值。得出小陇山林区生物量现存量4.26×107 t,固定CO2 6.95×107 t,折合纯C量1.90×107 t,固C的价值为4.15×109元人民币。由于计算中存在许多不确定性,对计算结果的含义、生物量扩展因子以及木材比重的取值进行了讨论和说明。     

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。     

CO_2浓度对水稻籽粒蛋白质及氨基酸含量的影响

本试验通过开顶式气室控制CO2含量,研究了大气CO2增长对水稻籽粒蛋白质及氨基酸组分含量的影响。结果表明,在大气CO2含量(摩尔分数)为550和750μmol.mol-1时,与正常大气CO2水平相比,水稻籽粒蛋白质含量和氨基酸总量有下降趋势,蛋白质含量呈下降趋势,分别下降3.10%和5.49%,氨基酸中的色氨酸和组氨酸下降幅度最大,分别为17.19%-35.16%和10.81%-28.38%。     

砂石地基质栽培番茄日光温室CO_2浓度的变化规律研究

以越冬茬番茄为试验作物,研究了番茄砂石地基质栽培日光温室内CO2浓度在不同生育进程中的变化规律.结果表明:生育前期,室内CO2浓度日变化呈不规则的"U"型,生育后期,为不规则的"W"型.不同季节通风对室内CO2浓度的影响不同.在温度较高的生育前期,通风前温室CO2浓度高于大气浓度,通风降低了温室CO2浓度;在温度较低的生育后期,通风前温室CO2浓度低于大气浓度,通风可提高室内CO2浓度.但为了保持温室温度,生育后期通风时间应较短,风口也应较小,室内CO2浓度一直处于较低水平,不能满足作物光合作用的需要.番茄苗期以外各生育阶段的CO2浓度均低于800μL/L,且每天低于外界大气CO2浓度的时间达6.0～8.3h.因此,砂石地日光温室番茄基质栽培需要进行CO2施肥.     

土壤CO2浓度变化及其影响因素的研究

以无锡地区典型水稻土稻麦轮作田为对象,研究和讨论了农田不同层次和时间土壤空气中CO2浓度变化规律,以及温度、降水、环境CO2浓度升高和作物生长对土壤CO2浓度变化的影响.结果表明:农田土壤空气CO2浓度变化与土壤温度变化密切相关,土壤温度升高会导致土壤CO2浓度上升;较大的降雨会闭塞土壤直接向大气排放CO2的通道,导致短期内在土壤浅层出现较高的CO2浓度分布;作物生长会导致CO2在土壤中累积,在小麦生长季内,0～30cm土壤CO2浓度廓线跟小麦根系生长密切相关;大气CO2浓度升高200±40μmol/mol使15 cm土层的土壤CO2浓度提高12%±3%.     

小麦光合特性、气孔导度和蒸腾速率对大气CO2浓度升高的响应

通过对不同大气CO2浓度处理小麦的观测,研究大气CO2浓度升高对小麦净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、水分利用效率以及叶绿素含量等光合生理特性的影响,讨论了未来高CO2条件下小麦水分利用效率的变化趋势.结果表明,与背景大气CO2浓度350 μmol·mol-1相比,当大气CO2浓度为550和750 μmol·mol-1时,小麦抽穗期日平均净光合速率分别提高20.8%和29.7%,并消除了光合午休现象.在不同生育期净光合速率提高幅度存在差异.气孔导度随CO2浓度增加而下降,不同生育期平均降低15.3%和21.7%,小麦蒸腾速度则平均下降4.5%和9.4%.在2种高CO2水平下,小麦水分利用效率显著提高,提高幅度分别为19.2%～25.7%和32.2%～45.6%.同时使抽穗期小麦叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量和类胡萝卜素含量分别提高11.0%～14.8%、13.0%～18.2%、11.5%～15.7%和15.3%～23.5%,但叶绿素a与叶绿素b的比值降低.     

土壤养分及棉花植株干物质量对大气CO2浓度升高的响应

通过田间小区试验研究不同大气CO2浓度对土壤养分及植株干物质量的影响.结果表明:正常大气CO2浓度(CK)下施氮降低了土壤pH值,C540、C720水平下,不施氮处理土壤pH值先降后升,施氮处理土壤pH值先升后降.随大气CO2浓度增加,土壤碱解氮增加;有机碳在不同土层表现出不同变化,0～20 cm土层呈现出下降趋势,20～40 cm土层先降后升.棉花地上部干物质量随大气CO2浓度升高而增加.CK水平下施用氮肥棉花根冠比减少,C540和C720并没有得出一致性结果.     

大气CO2浓度升高和施氮对麦季土壤有效态微量元素含量的影响

利用中国的稻/麦轮作FACE(Free Air Carbon-dioxide Enrichment)平台技术,研究大气CO2浓度升高(比周围大气高200μmol·mol-1)和不同施N水平(常氮,250kg N·hm-2;低氮,150kg N·hm-2)对麦田土壤微量元素有效性的影响.结果表明,CO2:浓度升高在一定程度上增加了土壤有效态微量元素含量,其中对DTPA-Cu和Zn的增加趋势尤为明显;常规施氮水平下土壤有效态微量元素含量高于低氮水平.对CO2浓度升高增加了土壤微量元素有效性的原因做了初步分析,并指出大气CO2浓度增加可能会影响到农业生态系统中土壤微量元素的地球化学循环.     

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浓度升高对红松和长白赤松幼苗非根际土壤微生物的影响

以连续5 a不同CO2浓度处理的长白赤松和红松幼苗为对象,采用CFU(活细胞计数)菌落计数法研究了大气CO2浓度对幼苗非根际土壤微生物数量的影响。结果表明:高浓度CO2(700μmol.mol-1和500μmol.mol-1)处理对长白赤松和红松幼苗非根际土壤细菌数量具有显著的(p<0.01)抑制作用,对真菌数量亦有抑制作用。大气CO2浓度升高对红松幼苗非根际土壤放线菌数量具有抑制作用(p<0.05),而对长白赤松幼苗土壤放线菌数量没有明显的影响。     

开放式空气中CO2浓度增高（FACE）对常规粳稻蛋白质和氨基酸含量的影响

为了明确未来大气CO2浓度升高对水稻蛋白质营养品质的影响,2009年利用稻田开放式空气CO2浓度增高(FACE,FreeAirCO2 Enrichment)系统,以武运粳21、扬辐粳8号和武粳15为供试品种,研究大田生长期CO2浓度升高200μmol.mol-1对常规粳稻蛋白质营养品质的影响。结果表明:大气CO2浓度增加使所有供试品种精米蛋白质含量平均下降5.6%,使氨基酸、必需和非必需氨基酸总量平均分别下降7.6%、6.7%和7.9%,均达极显著水平。大气CO2浓度增加使供试品种精米必需氨基酸占氨基酸总量百分比显著增加,使非必需氨基酸占氨基酸总量百分比显著下降,但对精米中必需和非必需氨基酸的相对含量无显著影响。从氨基酸组分看,大气CO2浓度增加使供试品种精米中7种必需氨基酸和8种非必需氨基酸的含量均显著或极显著下降。CO2处理与品种对精米蛋白质含量、氨基酸总量、必需和非必需氨基酸总量以及部分氨基酸组分有一定的互作效应,武运粳21上述参数对高浓度CO2的响应大于扬辐粳8号或武粳15对应参数的响应。以上结果说明本世纪中叶大气中的CO2浓度将使粳稻蛋白质营养品质下降,不同品种下降幅度存在一定差异。     

低碳农业:来源、原理和策略

导致全球变暖的温室效应气体尤其是CO2、CH4在大气中大量增加的最根本原因是化石能源的大量燃烧、森林极速破坏和农业生产活动.低碳农业是把大量的碳"扣押(sequestration)"在农业土壤和植物中,被认为是抵消人类碳释放的可能途径.改变原有的农业生态系统管理措施,大力建设和推广中国生态农业模式和技术,引导低碳化消费新潮流,是实现低碳农业的最根本途径.文章还提出"绿色"、"蓝色"、"白色"和"灰色"等低碳农业技术体系.     

台湾海峡西岸晴天近地面大气电场日变化及其影响因素

利用台湾海峡西岸晴天近地面大气电场、PM_(10)、SO_2、NO_2、CO、NO、NO_X、温度、相对湿度和气压的同步观测资料,对大气电场日变化及其与典型大陆复杂型大气电场的差异进行了研究,并分析了大气电场与各影响因子之间的关系.结果表明:台湾海峡西岸晴天大气电场日变化呈双峰双谷特征,峰值分别出现在4时和10时,谷值分别出现在14时和19时,相比其他区域大气电场的差异性特征,台湾海峡西岸大气电场的日变化与海陆风关系较为密切.PM10、SO_2、NO_2、CO、NO、NO_X、相对湿度和气压与大气电场呈现正相关性,O_3和温度与大气电场呈负相关.     

模拟大气中不同CO2含量对水稻生长发育的影响

将水稻种子培养在不同CO2含量的模拟大气玻璃罩内，研究水稻种子萌发期和水稻生长发育的生理变化。结果表明：模拟大气中CO2含量在350-450mg／L范围内，随着大气中CO2含量增加，水稻种子萌发时酸性磷酸酯酶、过氧化氢酶和三磷酸腺苷含量分别提高12．0％、20．5％和24．3％，即水稻种子活力增强，代谢旺盛；随着大气中2含量的增加，水稻幼苗对氮、磷养分的吸收利用能力增强，硝酸还原酶活性有所提高，有利于幼苗生长；水稻苗期以大气CO2含量为500mg／L时光合能力最强，拔节期和孕穗期以大气CO2含量为450mg／L时水稻光合能力最强；水稻经济产量以大气CO2含量为500mg／L时增产幅度最大，比对照(CO2含量为350mg／L)增产10．2％。