温度和CO2浓度升高对稻田CH4排放的影响：T-FACE平台观测研究

以同步模拟自由大气二氧化碳浓度和温度升高的太湖地区稻田T-FACE平台为依托,采用静态暗箱-气相色谱法原位观测研究了温度（T）和CO2浓度（C）升高以及温度和CO2浓度同步升高（CT）对稻田CH4排放的影响。结果表明：温度和CO2浓度升高并未改变稻田CH4排放的季节动态模式,但显著增加水稻生长季CH4的排放量,且促进效应依次为C>CT>T。在本底自由大气处理（CK）条件下,有、无水稻植株参与的稻田生态系统和土壤CH4季节平均排放通量分别为1.88、1.08 mg·m-2·h-1。有、无水稻植株参与下C、C     

CO2和O3浓度升高对春小麦活性氧代谢及抗氧化酶活性的影响

 【目的】揭示CO2和O3浓度升高及其复合作用对植物活性氧（ROS）代谢及抗氧化酶活性的影响机理。【方法】以春小麦（Triticum aestivum L.）为试材,利用开顶式气室（OTCs）研究CO2和O3浓度升高及其复合作用下,春小麦叶片膜脂过氧化程度,活性氧产生速率、含量及抗氧化酶活性的变化。【结果】在整个生育期内,与对照相比,高浓度CO2[（550±20）μmol?mol-1]处理下,春小麦叶片相对电导率、MDA含量减小, 产生速率、H2O2含量下降,SOD、CAT、POD和APX活性增强;而在O3浓度为（80±10）nmol?mol-1的条件下,春小麦叶片相对电导率、MDA含量增大, 产生速率、H2O2含量升高,SOD、CAT、POD和APX活性总体上有所减弱;CO2和O3浓度升高复合[（550±20）μmol?mol-1+（80±10）nmol?mol-1]处理下,春小麦叶片MDA含量、 产生速率和SOD活性总体上低于对照,而相对电导率、H2O2含量以及CAT、POD和APX活性总体上增加。【结论】CO2浓度升高抑制了春小麦叶片活性氧的代谢速率,提高了抗氧化酶的活性,对春小麦表现为保护效应,而O3浓度升高促进了春小麦叶片活性氧的代谢速率,降低了抗氧化酶的活性,对春小麦表现为伤害效应。在CO2和O3浓度升高复合处理下,CO2浓度升高在一定程度上缓解了O3浓度升高对春小麦的伤害效应,而O3浓度升高亦在一定程度上削弱了CO2浓度升高对春小麦的保护效应。     

FACE环境下不同秸秆与氮肥管理对稻田土壤产甲烷菌的影响

产甲烷菌是土壤中与甲烷产生和碳素循环有关的微生物菌群,大气CO2浓度升高可能对它们的数量产生影响。利用江都市小记镇的稻-麦轮作FACE平台,采用最大可能(MPN)法,在2004年水稻生长季研究了不同施肥情况(施常规氮量和低氮量)、不同秸秆还田情况(秸秆全还田、秸秆半还田、秸秆不还田)下,土壤中的产甲烷菌数量在大气CO2浓度升高条件下随时间的变化情况。结果表明,大气CO2浓度升高在秸秆全还田情况下对产甲烷菌数有明显的促进作用,在其他2种秸秆还田情况下,FACE与对照差异不显著。常氮处理仅在水稻生长初期促进产甲烷菌数,而在其他生长季不同氮肥处理之间无明显差异。总之,常氮处理产甲烷菌数量FACE比对照平均高104%～116%,低氮处理平均高101%～126%,进一步证实大气CO2浓度升高会促进稻田CH4的排放。     

大气CO2浓度升高对植物细根影响的研究进展

细根是调节生态系统C平衡的主要组分之一,大气CO2浓度升高对细根影响研究已成为当前全球变化背景下关注的热门课题之一,为此从以下几个方面就大气CO2浓度升高对细根的影响研究进展进行了综述:(1)CO2浓度升高对细根生长动态的影响;(2)CO2浓度升高对细根生理特性的影响;(3)CO2浓度升高对细根组分、分泌物、菌根的影响。由于细根生长受较多因素影响,使得研究结果也表现多样性,此外目前的研究技术和方法也存在一些缺陷,因此如何在非干扰环境条件下开展CO2浓度升高对细根影响的研究,是当前研究地下生态学过程面临的难题之一。     

大气CO_2浓度升高对植物细根影响的研究进展

细根是调节生态系统C平衡的主要组分之一,大气CO2浓度升高对细根影响研究已成为当前全球变化背景下关注的热门课题之一,为此从以下几个方面就大气CO2浓度升高对细根的影响研究进展进行了综述:(1)CO2浓度升高对细根生长动态的影响;(2)CO2浓度升高对细根生理特性的影响;(3)CO2浓度升高对细根组分、分泌物、菌根的影响。由于细根生长受较多因素影响,使得研究结果也表现多样性,此外目前的研究技术和方法也存在一些缺陷,因此如何在非干扰环境条件下开展CO2浓度升高对细根影响的研究,是当前研究地下生态学过程面临的难题之一。     

大气CO2浓度升高对亚高山红桦碳水化合物含量与分配的影响

应用封闭式生长室系统,研究了川西亚高山红桦(Betula albo-sinensis)幼苗根、茎、叶和枝中碳水化合物含量及其分配和主要生长指标对大气CO2浓度升高(EC,Elevated CO2,环境CO2浓度+350(±25)μmol·mol-1)的响应.结果表明,红桦幼苗的树高、基径、树干基部横截面积和生物量等均受到CO2浓度升高的促进作用.与对照(CK)相比,CO2浓度升高显著增加了红桦幼苗根、茎、叶中的还原糖、蔗糖、总可溶性糖及淀粉含量.除蔗糖含量外,枝中还原糖、总可溶性糖和淀粉的含量也有显著增加.EC对红桦幼苗各器官中的纤维素含量没有显著影响.升高CO2浓度改变了碳水化合物在红桦幼苗根、茎、叶和枝中的分配格局;与CK相比,分配到根的还原性糖、蔗糖、淀粉、纤维素和总的可溶性糖分别增加了55.96﹪、35.76﹪、39.52﹪、29.36﹪和55.56﹪.综上所述,CO2浓度升高促进了红桦幼苗的生长,增加了红桦幼苗体内的碳水化合物含量及其在根部的积累,这将增强红桦幼苗对寒冷环境的抵抗力,提高其在环境中的竞争力.     

大气CO_2浓度和气温升高对野生大豆光合作用的影响

用开顶式气室(Open top chamber,OTC)进行气温升高1℃和气温升高1℃+大气CO2浓度升高200μmol/mol条件下野生大豆叶片光合生理和叶绿素荧光参数的变化研究。结果表明,气温升高使大豆净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均下降,水分利用效率提高,PS II的最大量子产量(Fv/Fm)下降,PS II的实际量子产量(ΦPSⅡ)和PS II的电子传递速率(ETR)升高,光化学猝灭系数(q P)升高,非光化学猝灭系数(NPQ)下降;CO2浓度升高能逆转由于升温造成的净光合速率下降,增加叶片水分利用效率,但光合速率仍较对照下降,还会使野生大豆叶片光化学猝灭系数(q P)和非光化学猝灭系数(NPQ)下降。未来气温和大气CO2浓度升高条件下,野生大豆更容易受到高温或干旱胁迫,造成气孔导度下降,净光合速率下降。表明未来的气候变化将不利于野生大豆的生长发育。     

铜污染胁迫条件下农田土壤酶活性及微生物多样性对大气CO2浓度升高的响应

在开放式大气CO2浓度升高平台上(Free-AirCO2Enrichment,简称FACE).采用盆栽实验,研究了不同浓度Cu污染胁迫条件下,稻麦轮作土壤中土壤酶活性及土壤微生物多样性对大气CO2浓度升高的响应.结果表明,大气CO2浓度升高显著诱导了清洁土壤中蛋白酶、脲酶、尿酸酶活性以及微生物多样性;正常大气和大气CO2浓度升高条件下,3种酶活性都随着土壤Cu污染胁迫的增加而逐渐降低;低浓度Cu污染胁迫条件下(50 mg·kg-1),FACE圈中的土壤脲酶和蛋白酶活性显著高于正常大气(Ambience)圈,尿酸酶活性无显著变化;高浓度Cu污染胁迫条件下(400mg·kg-1),土壤脲酶与蛋白酶活性无显著变化,尿酸酶活性则显著降低,其原因可能与不同酶系对铜污染胁迫的敏感差异性以及大气CO2浓度升高对土壤中铜的活化作用有关.与清洁土壤相比,低浓度Cu污染(50mg·kg-1)对微生物生长具有一定的刺激作用,Ambience圈和FACE圈土壤微生物多样性都有所增加,FACE圈中这种现象更为明显;高浓度Cu污染胁迫(400 mg·kg-1)对土壤微生物表现出了明显的毒害作用,微生物多样性有所降低,但在FACE圈中土壤微生物多样性的降低程度要低于Ambience圈,其影响机制有待进一步研究.     

冬小麦旺盛生长期CO2浓度升高对土壤呼吸的影响

土壤呼吸是全球碳循环的一个重要组成部分、土壤碳库的主要输出途径和大气CO2重要的源。利用FACE（free-air CO2 enrichment）技术平台,采用LI6400红外气体分析仪（IRGA）-田间原位测定的方法,研究了大气CO2浓度升高和不同氮肥水平对水稻/小麦轮作制中冬小麦生长期间土壤呼吸的影响。结果表明,在整个测定期间,CO2浓度升高均增强了土壤呼吸的排放速率和释放量,增幅随着氮肥施用量的增加而增大,土壤呼吸在孕穗-抽穗期达到最大值。土壤呼吸同土壤温度呈极显著的指数相关;随施氮量从112.5kg·hm^-2增加到2255kg·hm^-2,FACE处理的Q10值从2.98增大为3.26,但比相应的Ambient（对照浓度）处理的Q10值下降了6.3%和18.3%,显然CO2浓度升高降低了土壤呼吸对温度增加的敏感性。总之,大气CO2浓度升高将加快土壤向大气的CO2排放,将有助于评价未来高CO2浓度环境对农田生态系统土壤碳循环的影响。     

CO2浓度和温度升高对木本植物养分含量、分配的影响

CO2浓度和温度是影响植物生长的关键因子。目前,以CO2浓度和温度升高为特征的气候变化对植物生长的影响已受到了科学家们的普遍关注。近年来,国内外有关CO2浓度和温度升高对植物影响的报道较多,因而要想对升高CO2浓度和温度对植物的影响进行全面的综述是相当困难的。因此,本文只对国内外近年来有关CO2浓度和温度升高对植物养分含量、分配影响的研究结果作一简要的综述和评析.大多数研究表明:CO2浓度升高,植物养分浓度降低。温度升高及温度和CO2浓度同时升高对养分浓度的影响尚无统一认识。不同的元素、不同的树种,不同的组织在气候变化条件下其养分变化也各异。     

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浓度升高对稻田根际土壤甲烷氧化细菌丰度的影响

甲烷氧化细菌是目前已知的稻田甲烷氧化唯一生物,在减少稻田甲烷排放、降低大气甲烷浓度方面发挥着重要作用.利用中国稻/麦轮作FACE(Free Air Carbon-dioxide Enrichment)试验平台,采用实时荧光定量PCR技术,研究了大气CO2浓度升高下,典型水稻生长期根际土壤甲烷氧化细菌数量的变化规律,及其对不同施肥处理(高氮HN和常氮LN)的响应.2009和2010连续2a的观测结果表明,大气CO2浓度升高促进了2009年秧苗期和分蘖期,2010年秧苗期、拔节期和灌浆期甲烷氧化细菌的生长;并可能对2010年常氮条件下成熟期甲烷氧化细菌产生了较显著(P＜0.1)抑制;进一步针对甲烷氧化细菌主要类群的分析表明,高氮条件下大气CO2浓度升高提高了稻田根际土壤中Ⅰ型甲烷氧化细菌的丰度.     

大气CO2浓度升高对植物细根影响的研究进展

细根是调节生态系统C平衡的主要组分之一，大气CO2浓度升高对细根影响研究已成为当前全球变化背景下关注的热门课题之一，为此从以下几个方面就大气CO2浓度升高对细根的影响研究进展进行了综述：（1）CO2浓度升高对细根生长动态的影响；（2）CO2浓度升高对细根生理特性的影响；（3）CO2浓度升高对细根组分、分泌物、菌根的影响。由于细根生长受较多因素影响，使得研究结果也表现多样性，此外目前的研究技术和方法也存在一些缺陷，因此如何在非干扰环境条件下开展CO2浓度升高对细根影响的研究，是当前研究地下生态学过程面临的难题之一。     

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%.     

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15cm土层的土壤CO2浓度提高12%±3%。     

铜污染胁迫条件下农田土壤酶活性及微生物多样性对大气ＣＯ２ 浓度升高的响应

在开放式大气CO2浓度升高平台上（Free-Air CO2 Enrichment,简称FACE）,采用盆栽实验,研究了不同浓度Cu污染胁迫条件下,稻麦轮作土壤中土壤酶活性及土壤微生物多样性对大气CO2 浓度升高的响应。结果表明,大气CO2浓度升高显著诱导了清洁土壤中蛋白酶、脲酶、尿酸酶活性以及微生物多样性;正常大气和大气CO2浓度升高条件下,3种酶活性都随着土壤Cu污染胁迫的增加而逐渐降低;低浓度Cu污染胁迫条件下（50 mg·kg-1）,FACE圈中的土壤脲酶和蛋白酶活性显著高于正常大气（Ambience）圈,尿酸酶活性无显著变化;高浓度Cu污染胁迫条件下（400 mg·kg-1）,土壤脲酶与蛋白酶活性无显著变化,尿酸酶活性则显著降低,其原因可能与不同酶系对铜污染胁迫的敏感差异性以及大气CO2浓度升高对土壤中铜的活化作用有关。与清洁土壤相比,低浓度Cu污染（50 mg·kg-1）对微生物生长具有一定的刺激作用,Ambience圈和FACE圈土壤微生物多样性都有所增加,FACE圈中这种现象更为明显;高浓度Cu污染胁迫（400 mg·kg-1）对土壤微生物表现出了明显的毒害作用,微生物多样性有所降低,但在FACE圈中土壤微生物多样性的降低程度要低于Ambience圈,其影响机制有待进一步研究     

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CO_2浓度升高对稻季耕层土壤溶液中Ca、Mg浓度的影响

【目的】研究稻田生态系统中土壤钙、镁元素生物地球化学循环对长期大气CO2浓度升高的响应。【方法】利用中国稻田FACE(free air carbon-dioxide enrichment)试验平台,包括Ambient(对照,自由大气CO2浓度约为370μmol·mol-1)和FACE(比对照大气CO2浓度高200μmol·mol-1)2个试验处理,在2004、2005和2007年稻季不同生育期原位采集5cm和15cm处土壤溶液并测定其中Ca、Mg浓度。【结果】在2004、2005和2007年,FACE处理5cm处土壤溶液Ca浓度分别是对照处理的125%、106%和72%,Mg浓度分别是对照处理的115%、104%和75%;FACE处理15cm处与5cm处土壤溶液Ca浓度的比值在2004、2005和2007年分别是对照处理的71%、114%和180%,Mg的比值分别是对照的74%、104%和159%;2007年FACE处理0-15cm耕层土壤溶液Ca、Mg浓度分别比对照处理低6.8%和4.6%。【结论】连续大气CO2浓度升高可改变土壤溶液中Ca、Mg元素在不同深度耕层的分布,提高15cm处与5cm处土壤溶液Ca、Mg浓度的比值,且这种影响存在一定的累积效应。稻田生态系统Ca、Mg循环对长期大气CO2浓度升高的响应值得深入研究。     

环境CO2浓度升高对植物的影响研究

本文阐述了环境CO2浓度升高对植物的影响。环境CO2浓度升高对植物光合生产有促进作用,其中对C3植物光合生产的促进作用最大。环境中短期CO2浓度升高时,植物光合生产率增加;长期CO2浓度升高条件下,植物光合速率下降并发生光合适应现象。这可能是植物在长期高浓度CO2环境中,光合生产的库源关系不平衡引起的反馈抑制作用和营养吸收不能满足光合速率增加的需求所引起Rubisco活性和含量下降的原故。另外,在环境CO2浓度升高的条件下,植物的呼吸强度也会发生变化;根的分枝数增多,根系的分泌量和吸收能力增加;植物的总生物量增加,对臭氧伤害的抗性增强。同时,温度、土壤N素和P素含量对植物在CO2浓度升高的反应产生影响,适量的N和P素供应能协同CO2升高时植物生长的促进作用．     

CO2浓度和温度升高对早稻生长及产量的影响

研究温度升高和CO2浓度增加的气候变化条件对我国主要粮食作物早稻生长及产量的影响对评估国家粮食安全有重要参考意义。采用改进后的开顶式气室原位模拟大气CO2浓度450μL·L-1及温度升高2°C的环境条件对早稻生长及产量的影响,试验设置三个处理(对照、增温、增温+CO2),结果表明:1温度及CO2同增对早稻最终株高有显著增加作用,而仅增温只能加快前期株高增长速度而对最终株高没有影响;2增温处理使最终分蘖数增加2~3茎·穴-1,但在增温条件下增加CO2浓度,分蘖数不再增加;3增加CO2浓度使早稻叶片叶绿素含量略增,但增温处理没有效应;4增温处理对不同时期地上部生物量无显著影响,但增温+CO2处理使各期生物量较对照显著增加;5增温2℃使早稻增产13.3%,而增温基础上再增CO2,产量不再进一步增加。从产量构成因子看,增温或增温+CO2处理条件下早稻增产主要与穗数和每穗粒数增加有关。