FACE条件下O3浓度增高对小麦产量和籽粒充实的影响

 【目的】探讨近地层大气O3浓度增高对小麦生产的影响。【方法】2007—2009年度应用FACE研究平台,以O3自然浓度(A-O3)为对照,设计O3浓度增高50% (E-O3)进行对比试验,采用烟农19、扬麦16、嘉兴002、扬麦15和扬辐麦2号等5个品种为对象,研究大气O3浓度增高50%对不同基因型小麦品种籽粒产量及其构成因素的影响。【结果】O3浓度增高显著降低小麦籽粒产量,降幅为10.10%—34.51%,平均为19.74%,品种、年度间存在显著或极显著差异。O3浓度增高条件下千粒重降低17.88%(10.16%—29.47%);每穗粒数下降3.47%(-1.53%—11.90%),但穗数平均较对照增加0.95%(-14.58%—23.74%),处理、品种和年度间存在显著或极显著差异。O3浓度增高50%使籽粒长、宽、厚和籽粒体积分别减小0—4.16%、7.95%—20.24%、2.66%—11.00%和8.5%—31.5%;皱缩指数增大0.23%—36.66%,籽粒灌浆速率降低,籽粒充实度变化为-21.40%—3.76%,最终导致粒重降低。【结论】FACE条件下O3浓度增高使籽粒灌浆物质来源不足,籽粒库容变小,充实度降低,粒重变小,最终导致小麦籽粒产量下降。     

淡水养殖塘甲烷通量观测时段的选取对年排放量的影响研究

淡水养殖塘是甲烷（CH₄）排放的热点区域。准确观测CH₄年排放量还存在较大挑战,尤其是采用低频的观测方法。因此,本研究以亚热带长江三角洲区域典型淡水养殖塘为研究对象,基于涡度相关方法（Eddy covariance,EC）测定的2016—2020年养殖塘水-气界面高频连续CH₄通量数据,探讨了对淡水养殖塘CH₄通量进行箱式法等低频观测时,在一日内的最佳观测时间以及一年内的最佳观测日数,从而实现对CH₄年排放量的准确估算。结果表明：一日当中最佳的观测时间春季为14：30—16：30、夏季和秋季为6：30—8：30、冬季为11：30—13：30,与EC连续观测获取的各季节日均值比较,以上选取方案估算的日均值不确定性最小,变化范围为0.1%~4%;在准确估算日均值的基础上,对于一年内的最佳观测天数,建议至少需要在全年均匀选取80 d,即观测频率为每月6~7 d,且均匀分布在每月的上中下三旬,才能够达到一年内连续观测获取的年均值±20%之内的高精度估算。当全年观测日数少于20 d时,CH₄通量年均值估算的不确定性可高达50%。该研究结果可在无高频连续CH₄通量观测前提下,为养殖水体CH₄通量观测时段方案设计以及降低内陆水体碳收支估算不确定性等提供科学依据和参考。     

外源抗坏血酸对臭氧胁迫下水稻光合及生长参数的影响

为研究臭氧浓度变化对水稻生长的影响及外源抗坏血酸的防护作用,在田间原位条件下,利用开顶式气室(OTCs)研究了外源抗坏血酸对O3胁迫下水稻光合及生长参数的影响.结果表明:在O3胁迫下,叶片的光合色素含量、气体交换参数、净同化率、相对生长速率及粒/叶面积(cm2)均显著下降;喷施外源抗坏血酸后,叶绿素a含量、叶绿素a/叶绿素b以及水稻叶片的光合速率、蒸腾速率显著升高,而叶绿素b含量和气孔导度变化不显著;外源抗坏血酸对O3胁迫下水稻的净同化率、相对生长速率及粒/叶面积(cm2)影响比较显著,特别是粒/叶面积(cm2)的提高有利于水稻源、库协调发展,为提高水稻产量和改进品质奠定了物质基础.     

臭氧对水稻生长的影响及外源抗坏血酸的防护作用

利用开顶式气室研究了臭氧浓度升高对水稻(Oraza sativa L.)生长的影响及外源抗坏血酸(Exogenous Ascorbic Acid)的防护作用.臭氧处理共设4个水平:空气NF(No-Filter,臭氧浓度约20～50 nL·L-1)、过滤CF(Charcoal-Filter,臭氧浓度约为5～15 nL·L-1)、臭氧Ⅰ(8 h平均100 nL·L-1)、臭氧Ⅱ(8 h平均200nL·L-1),外源抗坏血酸浓度设置为0.1%(m/V).结果表明,与NF处理相比,高浓度03(200 nL·L-1)处理会造成水稻叶片的叶绿素a、水稻的株高、叶面积、穗粒数及粒重,分别下降了47.9%、17.8%、31.6%、45.7%和42.9%;喷施外源抗坏血酸后,与各自的对照相比,以上各生长指标分别上升了11.6%、7.7%、17.4%、5.6%、11.1%.可见外源抗坏血酸能有效缓解03对水稻的胁迫作用,提高了水稻对03的抗性,促进水稻的生长.     

臭氧对水稻生长的影响及外源抗坏血酸的防护作用

利用开顶式气室研究了臭氧浓度升高对水稻（Oraza sativa L.）生长的影响及外源抗坏血酸（Exogenous Ascorbic Acid）的防护作用。臭氧处理共设4个水平：空气NF（No-Filter,臭氧浓度约20-50 nL·L^-1）、过滤CF（Charcoal-Filter,臭氧浓度约为5-15 nL·L^-1）、臭氧Ⅰ（8 h平均100 nL·L^-1）、臭氧Ⅱ（8 h平均200 nL·L^-1）,外源抗坏血酸浓度设置为0.1％（m/V）。结果表明,与NF处理相比,高浓度O3（200 nL·L^-1）处理会造成水稻叶片的叶绿素a、水稻的株高、叶面积、穗粒数及粒重,分别下降了47.9％、17. 8％、31.6％、45.7％和42.9％;喷施外源抗坏血酸后,与各自的对照相比,以上各生长指标分别上升了11.6％、7.7％、17.4％、5.6%、11.1%。可见外源抗坏血酸能有效缓解O3对水稻的胁迫作用,提高了水稻对O3的抗性,促进水稻的生长。     

不同生育期臭氧熏蒸对水稻光合作用及生长的影响差异

已有大量研究探究臭氧(O_3)对水稻生长的不利影响,但O_3对不同生育期水稻的影响是否相同尚不清楚。本研究利用开顶式气室,设置两个O_3处理(CF:过滤大气;NF40:环境大气+40 nmol·mol~(-1)O_3),在水稻生长的不同生育期(分蘖拔节期和抽穗灌浆期)对两种盆栽水稻(汕优63和武育粳3号)进行O_3熏蒸试验。共设置3种试验处理:水稻全生育期处于CF处理(CF);分蘖拔节期O_3熏蒸,其他生育期处于CF(O_3-1);抽穗灌浆期O_3熏蒸,其他生育期处于CF(O_3-2),其中O_3-1和O_3-2处理的O_3剂量AOT40值(试验期间小时O_3浓度超过40 nmol·mol~(-1)的累计值)相近,分别为(9.54±0.41)μmol·mol~(-1)·h和(9.61±0.23)μmol·mol~(-1)·h。通过测定水稻的生长及光合指标,探究O_3对水稻不同生育期的影响差异。结果表明,相对于CF处理,两个水稻品种在O_3-2处理下降幅更大,最大羧化速率(V_(cmax))和PSⅡ反应中心激发能捕获效率(F′v/F′m)的平均值显著下降43.2%和10.8%,汕优63在O_3-2处理下的饱和光合速率(A_(sat))、气孔导度(Gs)和最大电子传递速率(J_(max))分别显著下降44.3%、55.2%和51.8%,武育粳3号的PSⅡ实际光化学量子效率(PhiPS2)显著下降25.8%,但不同处理下两个品种水稻的比叶重、叶绿素含量和氮浓度差异未达到显著水平,所有指标均显示不同O_3处理与品种间未达到显著的交互作用。由此可见,O_3对水稻的抽穗灌浆期影响更大,且对两个水稻品种的影响相似。     

1990-2013年洋河流域土地利用景观格局的粒度效应

为测度景观格局指数在时空上随粒度变化的特征,总结相同景观在不同粒度下的景观特征差异,基于1990、2000、2013 年洋河流域的土地利用数据,在斑块类型与景观水平上选择景观格局指数,利用GIS 技术和Fragstats 软件,在20~400 m粒度范围内探讨流域不同时期景观格局指数的粒度效应,并对景观格局指数进行敏感度与函数拟合分析。结果表明：在斑块类型水平上,随粒度增大,1990—2013年洋河流域6 种土地利用类型的归一化形状指数(NLSI)、聚合指数(AI)、聚集度指数(CLUMPY)均呈二次多项式函数减小,耕地、林地、城乡建设用地的斑块密度(PD)呈二次多项式函数减小,未利用土地的PD呈线性函数减小;对粒度响应最敏感的景观格局指数是水域的有效粒度面积(MESH)与城乡建设用地的NLSI,受粒度影响最大的土地利用类型是水域;2013 年洋河流域未利用土地的AI、CLUMPY、MESH与平均形状指数(SHAPE_MN)皆小于1990、2000 年,但其NSLI 值却高于1990、2000 年,城乡建设用地的这些景观格局指数的年间差异与未利用土地相反;2013 年洋河流域未利用土地和城乡建设用地的PD 值均高于1990、2000 年。在景观水平上,洋河流域的PD 与LSI 对粒度响应最敏感,景观丰度(PR)不随粒度变化而变化,但是香农多样性(SHDI)、香农均匀度(SHEI)、形状变异系数(SHAPE_CV)随粒度变化而变化复杂。在景观水平上,1990—2013 年洋河流域的SHAPE_MN、平均分维数(FRAC_MN)、AI、蔓延度(CONTAG)、PD、景观形状指数(LSI)与凝聚度(COHESION)随粒度变化的曲线较接近。洋河流域的景观指数具有明显的粒度效应,不同时期的景观格局指数对粒度变化的响应不同,景观类型对空间粒度变化的响应也有所不同,本研究可为流域景观格局变化研究提供参考。     

不同水稻品种光合特性及叶绿素对臭氧浓度升高的响应差异

为研究不同水稻品种光合特性及其叶绿素含量对臭氧（O₃）污染响应的差异并选育O₃耐受性品种,本研究基于开放式O₃浓度增加系统（O₃-FACE）,以12个水稻（Oryza sativa L.）品种（4个杂交稻品种和8个常规稻品种）为供试材料,设置两个O₃处理（A-O₃：环境大气;E-O₃：1.5倍环境O₃浓度）,分别在灌浆前期和灌浆中期测定供试水稻的叶片光合特性及叶绿素含量。结果表明：在灌浆前期和灌浆中期,O₃浓度升高使杂交稻的饱和光合速率（A_sat）分别平均下降15.1%和26.8%,气孔导度（g_s）分别平均下降9.2%和27.4%,常规稻的A_sat分别平均下降8.7%和20.4%,g_s分别平均下降20.2%和13.1%。两个时期水稻的A_sat和g_s下降的同时,大部分品种的叶片胞间CO₂浓度（C_i）几乎维持不变,但电子传递效率（ETR）发生不同程度的变化,这说明O₃浓度升高对不同水稻品种影响的差异主要是由于ETR、叶肉细胞同化能力等非气孔因素的限制。由于O₃浓度升高的累积效应,大部分供试水稻品种的叶绿素总量在灌浆中期才出现明显下降,瞬时水分利用效率（WUE）由灌浆前期上升变为灌浆中期下降。研究表明,O₃浓度升高下不同水稻品种间的光合作用响应存在显著差异,且杂交稻比常规稻响应更敏感,其中扬两优6号对O₃最敏感,淮稻5号和南粳5055的O₃耐受性较强。     

地表臭氧对中国主要粮食作物产量与品质的影响：现状与展望

目前,中国地表臭氧污染水平已位列世界前列,对国内粮食安全造成了严重威胁。针对当前严重的大气污染,并且基于该领域的研究热点,本文综述了地表臭氧在农业生态风险方面的研究现状与展望。主要包括地表臭氧对作物产量和品质的影响与机制及其区域风险评估的方法与结果。提出了未来研究应着重关注臭氧区域风险评估的精准性和全面性,开发作物多品种的臭氧气孔通量模型以及建立科学的评估指标体系。此外,要探求高效减缓臭氧损伤的农艺管理措施,以及加强多因子复合实验的开展与无人机生态遥感监测技术的应用。     

城市化对城区和郊区森林土壤氮循环的影响

氮循环是陆地生态系统重要的物质循环过程之一。快速城市化改变了生态系统的氮输入和输出,从而影响了城市生态系统的氮循环规律,但目前有关研究还很少。选取北京城区和郊区的油松林、侧柏林和毛白杨林三种森林植被类型,比较研究了不同季节(春季、夏季、秋季)的土壤无机氮库和净潜在矿化和硝化速率的城郊差异。结果表明,(1)城区与郊区硝态氮、氨态氮含量均有明显的季节动态,夏季显著高于春季和秋季。(2)3个季节城区硝态氮含量均显著高于郊区(春季28.41 mg kg-1和19.66 mg kg-1;夏季99.35 mg kg-1和59.51 mg kg-1;秋季9.61 mg kg-1和5.63 mg kg-1)。(3)城区净潜在矿化速率也高于郊区。(4)夏、秋两季,城区和郊区的土壤硝态氮含量不同树种间存在差异,夏季城区的净潜在矿化和硝化也呈现出树种间的差异(P<0.05)。(5)影响城区与郊区无机氮库的环境因子也存在差异,城区土壤无机氮库的变化主要与土壤有机碳和容重相关,而郊区主要与土壤水分相关。因此,城市化能够对森林土壤的氮循环产生一定影响,但其影响程度因研究指标、季节和树种而有所差异。