CO2浓度升高和氮输入影响下湿地生态系统CO2排放研究

为了研究CO2浓度升高和氮输入影响下湿地生态系统CO2排放通量变化,选择三江平原典型草甸化小叶章（Calamagrostis angustifolia）湿地系统为对象,利用开顶箱进行CO2浓度升高模拟试验。试验结果表明,CO2浓度升高促进了湿地生态系统CO2排放量,不施氮、常氮和高氮处理分别增加23．78％、23．14％和34．18％．CO2浓度升高增加了小叶章地上、地下生物量的积累,且当氮素供应充足时增加显著。土壤微生物量碳和水溶性有机碳在CO2浓度升高条件下有增加的趋势。回归分析表明小叶章生物量、土壤活性有机碳与湿地生态系统CO2排放量显著相关。CO2浓度升高和施氮通过影响植物生物量和土壤微生物活性进而影响湿地生态系统CO2排放量,这对于重新估算未来环境变化条件下湿地生态系统碳平衡具有重要意义。     

不同CO2浓度变化下干旱对冬小麦叶面积指数的影响差异

叶面积指数是作物生长状况的一个重要表征参数,也是研究陆地生态系统的一个重要的参数.当今世界温室气体排放逐年上升,气候变暖趋势明显,对气候变化敏感的农业将受到影响.在全球变化的背景下,采用农业技术转移决策支持系统(DSSAT)系统,通过在黄淮海平原典型站点模拟3种CO2浓度条件下冬小麦在水分充足和水分亏缺2种情境下的生长过程,分析不同CO2浓度下水分亏缺对冬小麦叶面积指数的影响差异.研究发现,CO2浓度升高对叶面积指数增长有促进作用,且在干旱情况下对叶面积指数的正效应比湿润情况下更为明显,在CO2浓度倍增条件下,发生水分亏缺的作物叶面积指数数倍增长.研究结论有助于分析CO2浓度变化对农作物生长过程的影响,为农田水分管理提供依据,又为估算叶面积指数提出了一种模型的方法.     

大气CO2浓度和温度升高对水稻体内微量元素累积的影响

为明确水稻体内微量元素对未来气候变化的响应,应用T-FACE(Temperature and CO_2Free Air Controlled Enrichment)试验平台,以常规粳稻武运粳23为试材,研究大气CO_2浓度升高(对照+200μL·L~(-1))和增温(对照+1℃)对收获期水稻体内微量元素累积的影响。结果显示,高浓度CO_2促进了稻穗中微量元素的累积,2013年穗中Fe和2014年穗中Zn的累积量分别显著增加16.7%和30.8%;增温降低了水稻器官中元素的累积量,2013年穗中Fe以及叶中Mn和Zn的累积量显著下降,降幅分别为30.2%、40.2%和57.3%;CO_2+温度整体降低了营养器官中Fe、Mn和Zn的累积量,2013年叶中Zn累积量显著减少40.0%。另外,高浓度CO_2降低了籽粒中Fe的累积量,2013年Fe累积量显著下降47.5%,同时提高了Mn与Zn的累积量,2014年Zn累积量显著增加43.4%;增温明显降低了籽粒中Fe、Mn和Zn的累积量;CO_2+温度有降低籽粒中元素累积量的趋势,其中2013年降幅大于2014年。以上结果表明未来CO_2浓度升高可在一定程度上缓解增温导致的水稻体内微量元素累积下降的状况。     

空间电场条件下不同CO2浓度对番茄光合特性的影响

[目的]本研究旨在探索空间电场和CO₂互作对番茄光合特性的影响。[方法]以番茄品种‘普罗旺斯’(以P表示)与‘精典1号’(以J表示)为试验材料,研究在有空间电场(以D表示)和无空间电场(无表示字母)条件下,400μmol·mol^-1(以T₁表示)、600μmol·mol^-1(以T₂表示)、800μmol·mol^-1(以T₃表示)、1000μmol·mol^-1(以T₄表示)4个CO₂浓度对番茄叶绿素含量、SPAD、光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)以及光适应、暗适应下的荧光参数等指标的影响,并利用隶属函数分析法进行综合评价。[结果]在有空间电场和高CO₂浓度的条件下,‘普罗旺斯’番茄品种的PDT₃处理显著大于PT₁处理,叶绿素含量、SPAD、Pn、ETR、qP、qN、F₀     

淹水胁迫下枫香光合生理特性对CO2浓度倍增的响应

设置了4个CO2浓度(当前大气CO2浓度(392μmol/mol)、1.25倍当前大气CO2浓度(490μmol/mol)、2倍当前大气CO2浓度(784μmol/mol)和3倍当前大气CO2浓度(1 176μmol/mol)),研究了淹水胁迫中C3植物种子繁殖1年生枫香净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和水分利用效率(WUE)光合生理生态参数对CO2浓度倍增的响应。结果表明:在根部渍水和冠层半淹下,CO2浓度升高至当前大气CO2浓度的1.25倍,2倍,3倍,Pn分别较当前大气CO2浓度下的增大1.1%,1.7%,5.0%;1.1%,3.4%,4.8%;Tr分别降低10.5%,13.9%,42.9%;11.5%,13.2%,20.9%;Gs分别减少58.6%,85.6%,90.7%;33.8%,38.4%,46.8%;WUE分别提高22.2%,46.4%,86.7%;3.7%,15.1%,30.9%。在相同淹水条件下,CO2浓度越高,植物Pn和WUE越大,Tr和Gs越小;同时,Pn在根部渍水条件下对CO2浓度升高的响应较冠层半淹的明显,Tr、Gs与之相反,种子繁殖1年生枫香在冠层半淹下3倍CO2浓度时用水最经济,WUE高达21.29μmolCO2/mmolH2O,说明能够适应富二氧化碳背景下滩地等湿地环境。     

丹参羧化效率在其CO2补偿点附近的变化

【目的】植物光合作用对CO2的响应是光合作用研究的重要内容,当前应用广泛的Michaelis-Menten模型拟合所给出的植物光合能力远大于实测值,而所给出的饱和CO2浓度远小于实测值,欲引入新模型解决上述问题。【方法】用构建的光合作用对CO2浓度响应的新模型,拟合了丹参的CO2浓度响应测量数据,并研究了低CO2浓度条件下,丹参净光合速率对CO2浓度的响应及羧化效率在CO2补偿点附近的改变情况。【结果】用CO2响应新模型拟合丹参的实测数据,在不需作其他附加假设条件下就可以给出丹参的饱和CO2浓度、光合能力、光呼吸速率、CO2补偿点及在CO2补偿点的羧化效率,且拟合结果与实测结果符合很好(R2=0.999 6)。【结论】在低CO2浓度条件下,丹参植物叶片的净光合速率对CO2浓度的响应为非线性的;在CO2补偿点附近,羧化效率并非常数,而是随CO2浓度的增加而减小。     

大气CO2浓度增加和升温对不同品种水稻根系形态的影响

[目的]本文旨在研究大气CO₂浓度增加和升温对不同品种水稻根系形态的影响。[方法]在田间开放条件下模拟大气CO₂浓度增加和升温,设置CT(对照,CO₂浓度和温度与正常大气环境保持一致)、C+T(大气CO₂浓度增加200μmol·mol^-1)、CT+(冠层温度升高2℃)和C+T+(大气CO₂浓度和温度同时升高)4个处理。每个处理种植‘扬稻6号’和‘常优5号’2个品种,连续开展2年(2020、2021年)田间试验。在水稻分蘖期、灌浆期和成熟期采集地上部和根系样品,分析大气CO₂浓度增加、升温及其交互作用对地上部干重、根干重、根冠比和根系形态(根长、根直径、根表面积、根体积和根尖数)的影响。[结果]大气CO₂浓度增加显著提高不同生育期‘扬稻6号’和‘常优5号’地上部干重、根干重和根冠比,其中‘常优5号’的增加幅度大于‘扬稻6号’。大气CO₂浓度增加显著提高不同生育期‘扬稻6号’根长、根直径、根体积...     

高CO2浓度下西花蓟马在烟草上的生长发育和繁殖特征

【目的】明确高CO₂浓度下西花蓟马在烟草上的发育和繁殖特征,为在大气CO₂浓度不断升高背景下有效控制烟田西花蓟马种群数量,降低烟草番茄斑萎病的发生危害提供科学依据。【方法】分别在400和800μL/L CO₂浓度人工气候箱中用离体四季豆豆荚和烟叶饲养西花蓟马,研究2种CO₂浓度下取食四季豆和烟草的西花蓟马各龄期发育历期、存活率、繁殖力（性比、雌成虫寿命、平均产卵期、单雌平均产卵量、单雌日均产卵量）和种群参数［净生殖率（R₀）、平均世代周期（T）、内禀增长率（r_m）、周限增长率（λ）、种群加倍时间（DT）］,诠释高CO₂浓度下西花蓟马在烟草上的生长发育与繁殖特征。【结果】在400和800μL/L CO₂浓度下西花蓟马均能在烟草上正常生长发育和繁殖,但其1龄若虫至成虫的累计存活率仅为46.67%和55.00%,为相同CO₂浓度下取食四季豆的西花蓟马的52.84%和60.00%,且成虫寿命显著缩短（P< 0.05,下同）,卵期、1～2龄若虫及未成熟期发育历期显著延长。相同CO₂浓度下,取食烟草的西花蓟马R₀、T、r_m和λ均显著低于取食四季豆的西花蓟马,且DT显著长于取食四季豆的西花蓟马;取食烟草的西花蓟马雌成虫寿命、平均产卵期、单雌平均产卵量和单雌日均产卵量在400μL/L CO₂浓度下为取食四季豆的53.03%、45.40%、26.32%和55.73%,而800μL/L CO₂浓度下仅为取食四季豆的49.60%、44.03%、23.55%和54.75%。高CO₂浓度下取食烟草的西花蓟马1～2龄若虫及未成熟期的发育历期显著长于正常CO₂浓度下西花蓟马的发育历期,而取食四季豆的则相反;高CO₂浓度下取食四季豆和烟草的西花蓟马未成熟期的存活率均高于或等于正常CO₂浓度下西花蓟马的存活率,且性比增加,平均产卵期延长,单雌平均产卵量和单雌日均产卵量亦有所提高;种群参数R₀、r_m和λ均显著升高,DT显著缩短。【结论】西花蓟马可在烟草上正常生长发育、存活和繁殖,且CO₂浓度倍增有利于其种群增长,从而加重烟草番茄斑萎病的发生危害。     

大气CO2浓度升高对黑土有机碳稳定性的影响

【目的】阐明大气CO₂浓度升高对黑土有机碳稳定性的影响,为黑土碳中和应对气候变化提供理论依据。【方法】以黑土为研究对象,依托中国科学院海伦农业生态试验站长期定位模拟气候变化开顶箱(OTC)试验平台,设2个处理,分别为对照处理(CK,CO₂浓度400μmol/mol)和CO₂浓度升高处理(eCO₂,CO₂浓度700μmol/mol),采用¹³C同位素示踪法,研究大气CO₂浓度升高对黑土及不同粒级团聚体有机碳稳定性的影响,并对土壤有机碳含量与更新率和半衰期进行相关分析。【结果】与CK相比,eCO₂处理使>0.25 mm粒级团聚体含量显著增加11.09%(P<0.05,下同),0.25～0.053 mm粒级团聚体含量显著减少23.85%,提升团聚体的平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD);大气CO₂浓度升高使>0.25 mm粒级团聚体有机碳显著增加11.61%,0.25～...     

CO2浓度升高对森林碳平衡及碳氮耦合的影响

森林碳平衡及碳氮耦合对大气CO2浓度升高的响应存在着诸多不确定性,现有研究主要集中在温带地区,并体现在光合作用、生产力及分配、枯落物分解以及土壤碳库等各个方面,研究结果表明:CO2浓度升高(1)短期内增强了森林的光合能力,长期条件下由于氮供应与叶氮含量的下降,就会产生光合下调与适应现象;(2)提高了森林净初级生产力(NPP)并影响其在各组分之间的分配,但却没有促进土壤氮矿化作用,土壤氮有效性降低,限制了森林NPP的持续上升;(3)增加了森林枯落物的数量,刺激了微生物的氮吸收与同化以及植物对有效氮的利用,从而影响分解过程;(4)增强了森林土壤的碳汇功能,但同样会受到氮有效性的直接限制与支持氮固定的其它养分的间接限制。由于热带、亚热带地区的环境因素与温带地区存在较大差异,未来应加强这些区域的相关研究,进一步揭示森林生态系统对CO2浓度升高的响应机制。     

净化后废气作为CO2气肥的施用效果研究

【目的】研究净化后废气作为CO₂气肥对温室黄瓜植株、果实的生长性状及产量、果实品质的影响,旨在为工业废气的农业资源化利用提供实验依据。【方法】自2011-03-28开始,用自制气肥发生器净化小型民用锅炉产生废气,将废气转化为不同浓度（400（CK）,900,1 200,1 500 μmol/mol）CO₂气肥并通施于温室黄瓜,气肥通施持续2个月,测定不同浓度CO₂气肥处理黄瓜的株高、茎粗、瓜条长度、瓜粗、产量及果实品质。【结果】 随着通气时间的延长,各CO₂气肥处理和CK黄瓜的株高、茎粗、瓜条长度、瓜粗均呈显著增大趋势,其中1 500 μmol/mol CO₂气肥处理的各项生长指标均明显高于其他处理。与CK相比,900,1 200,1 500 μmol/mol CO₂气肥处理黄瓜的总产量分别提高了12.1%,15.0%,19.7%。随着CO₂气肥浓度的增加,黄瓜果实中的Vc和可溶性糖含量逐渐增大,硝酸盐含量明显降低,其中1 500 μmol/mol CO₂气肥处理的Vc和可溶性糖含量最高,硝酸盐含量最低。【结论】 通施CO₂气肥可促进温室黄瓜植株和果实的生长,提高黄瓜果实的产量和品质。CO₂气肥的最佳施用浓度为1 500 μmol/mol。     

CO2施肥对设施油桃生物学特性的影响

以2年生盆栽"曙光"油桃为试材,采用人工加富的方法,研究了CO2施肥对设施油桃生物学特性的影响。结果表明,设施内的CO2浓度远低于露地,CO2施肥后树体的光合速率日变化曲线由3峰变为2峰,第1次高峰比对照推迟约2h,出现在10:00左右,第2次高峰出现在约15:00。经CO2加富处理后,设施内CO2浓度显著提高,新梢速长期处理 , , 的日平均CO2浓度分别比对照高出44.37%,84.31%,119.62%,CO2浓度的提高使得树体的光合速率明显上升。CO2施肥对油桃的新梢、叶片生长发育以及果实的品质有重要影响,3个处理中油桃的平均单果重比对照增加了5.02%,可溶性固形物比对照增加了17.18%,维生素C含量增加了10.48%。同时,新梢长度、叶片面积、叶绿素含量、气孔导度等生理指标也有不同程度的提高。CO2施肥还能降低叶片的光呼吸速率。     

升温和大气CO2浓度升高对不同品种小麦养分吸收的影响

研究升温和大气CO_2浓度升高对不同品种小麦养分吸收的影响,为未来气候变化下农田土壤养分管理与作物施肥提供科学参考。在田间开放条件下模拟升温和大气CO_2浓度升高,设置对照(CT)、大气CO_2浓度升高(C+T)、升温(CT+)以及两者同时升高(C+T+)4个处理。每个处理种植扬麦16、苏麦188、鑫农518和镇麦9号4个品种。收获时测定小麦籽粒和秸秆中N、P、K、Ca和Mg的浓度,并计算各养分在籽粒和秸秆间的分配比例。结果表明:大气CO_2浓度升高增加了N、K、Ca和Mg在小麦地上部分的总吸收量,其中N、K和Mg的总吸收量受到大气CO_2浓度升高和小麦品种的共同影响,但是大气CO_2浓度升高没有改变养分在小麦籽粒和秸秆间的分配。升温显著降低了各养分在地上部分的总吸收量,此外升温还提高了K、降低了Ca在籽粒中的分配比例。升温和大气CO_2浓度升高下,小麦养分吸收总量变化一方面与生物量有关,另一方面与各养分含量(浓度)相关。大气CO_2浓度升高显著降低了小麦籽粒和秸秆中P的含量,但是对籽粒N、Mg和秸秆N、P、K含量的影响都与品种有关。升温降低了小麦秸秆K和籽粒P、K、Ca、Mg的含量,其中只有P的吸收对升温的响应受品种的影响。升温和大气CO_2浓度升高改变了小麦养分吸收过程,而且大气CO_2浓度升高对小麦养分吸收过程的改变与养分类型和作物品种密切相关。因此,未来气候变化下有必要根据小麦品种选择合理的培肥和管理方式。     

CO2浓度增加和秸秆还田对黑土团聚体有机碳的影响

为研究土壤团聚体有机碳分布对CO₂浓度增加和秸秆还田的响应,本研究以东北黑土区长期CO₂增加定位试验平台为依托,设置4个处理,分别为对照(CK)、增加CO₂浓度达1 259.72 mg·m^-3(EC)、秸秆还田(ST)和增加CO₂浓度结合秸秆还田(EC+ST)。结果表明：EC与ST处理对土壤总有机碳含量无显著影响,但EC+ST处理使土壤总有机碳含量提升3.09 g·kg^-1(P<0.05)。EC处理下土壤团聚体占比变化无显著影响,但分形维数(D)增加0.06,土壤团聚体稳定性降低。ST与EC+ST处理使>0.5～1 mm大团聚体占比分别提高14.98个百分点与8.20个百分点,此外,ST处理使≤0.053 mm微团聚体占比减少12.88个百分点,水稳性团聚体数量(R0.25)增加0.14,平均质量直径(d MW)增加0.08 mm,D减少0.11(P<0.05),土壤团聚体稳定性增强;EC+ST处理使>1 mm大团聚体占比增加4.0...     

栓皮栎对CO2增长的生理生态响应

通过对50年生栓皮栎天然次生林叶片的活体测定,研究了CO₂浓度增长对栓皮栎林光合生理生态特性的影响.结果如下:CO₂浓度为800μmolCO₂·mol^-1时栓皮栎叶片的净光合速率比在正常大气CO₂条件下提高42.53%,同时光补偿点降低,光饱和点提高,光量子效率提高;CO₂浓度为800μmolCO₂·mol^-1时,栓皮栎净光合速率的日变化为单峰曲线,而CO₂浓度为400μmolCO₂ mol^-1时,净光合作用的日变化为双峰曲线;CO₂浓度倍增,栓皮栎叶片的气孔导度,蒸腾速率和暗呼吸速率降低,水分利用效率显著提高.栓皮栎叶片对CO₂增长的反应,对其生长是有利的,对全球CO₂浓度增长起到反馈调节作用。     

高CO2浓度和叶面施锌对稻米锌营养的影响

水稻是全球半数以上人口的主食,增加稻米中的锌营养水平对解决人类锌缺乏至关重要。依托稻田FACE（Free Air CO₂ Enrichment）平台,采用9个现代品种为供试材料,CO₂处理设置环境CO₂浓度（Ambient）和高CO₂浓度（增200 μmol·mol^-1）两个水平,锌处理设置对照（不施锌）和叶面施锌（灌浆前期喷施0.2% ZnSO₄）处理,研究水稻糙米产量、锌浓度、锌有效性以及锌肥利用率对CO₂和锌处理的响应及其品种间差异。结果表明,与Ambient相比,高CO₂浓度使所有品种糙米产量平均增加15.7%,但对糙米锌浓度、植酸浓度及植酸与锌摩尔比均无显著影响,不同品种和不同锌处理条件下趋势均一致;高CO₂浓度下扬稻6号和隆两优1988糙米籽粒锌肥利用率显著降低,而其他品种无显著变化。花后叶面施锌对糙米产量及植酸浓度无显著影响,但使糙米锌浓度平均增加37.3%,植酸与锌摩尔比平均降低29.1%,不同品种间响应幅度存在显著差异。以上数据说明,在环境CO₂浓度和CO₂浓度升高两种情形下,水稻花后叶面喷施锌肥均可显著改善稻米的锌营养水平,幅度因品种而异,而高CO₂浓度使部分籼稻品种的锌肥利用率显著下降。     

东北季节性冻融农田土壤CO2、CH4、N2O通量特征研究

为了评估季节性冻融交替对土壤温室气体排放的影响,采用静态暗箱-气相色谱法,监测了东北松嫩平原两种典型农田生态系统(稻田和玉米田)非生长季土壤CO_2、CH_4和N_2O通量变化。研究表明:三种温室气体排放在土壤冻结期、覆雪期、融雪期和解冻期具有明显的季节动态特征。冻结期和融雪期对温室气体排放贡献最大,这两个时期内稻田和玉米田CO_2排放量分别占非生长季总累积排放量的74.9%和68.6%,稻田CH_4排放占非生长季总排放的95.7%,尽管玉米田土壤CH_4以吸收为主,但在融雪过程中存在明显释放峰,短暂的融雪期内N_2O呈集中爆发性释放,稻田和玉米田N_2O通量峰值分别是冻结前的40倍和99倍,排放量占到总累积排放量的73.9%和80.7%,覆雪期土壤CH_4和N_2O存在弱的吸收。另外,土壤温室气体排放存在土地利用方式间的差异,表现在稻田土壤比玉米田(非生长季)具有更高的温室气体排放潜力。稻田土壤CO_2、CH_4和N_2O累积排放量均高于玉米田,表现为净排放(源),而玉米田土壤CH_4通量表现为净吸收(汇);稻田土壤CO_2和CH_4平均排放速率显著高于玉米田;除覆雪期外,其他时期内三种温室气体平均通量在两类农田之间也存在显著差异。总之,在评价季节性冻土区温室气体排放时需要重视土壤冻结和融化过程,同时需要考虑不同土地利用方式间的差异。     

柿种质资源果实CO2脱涩特性评价

研究常温条件下CO₂处理对120份柿果实单宁含量、硬度、可溶性固形物的影响,探究CO₂脱涩后柿果实品质的变化。结果表明,CO₂处理可显著降低柿果实中的单宁含量,根据脱涩与否可将120份种质资源分为2大类(未脱涩种质和脱涩种质)。未脱涩种质47份(39.16%),脱涩种质73份(60.84%)。未脱涩种质可分为2类：返涩种质(‘朱罐罐’‘都江堰干柿’等)占总资源的3.33%和无法脱涩种质(‘临潼挂干柿’‘从化柿’等)占总资源的35.83%,其中返涩现象是CO₂脱涩处理中首次被发现。脱涩种质可分为2类：易脱涩种质(‘荥阳水柿’‘蜜蜜罐’等)和难脱涩种质(‘小广扁柿’‘什样柿’等),其中易脱涩种质35份,难脱涩种质38份,分别占总脱涩种质的47.93%和52.07%。以上结果表明大部分柿种可以通过CO₂处理完成脱涩。通过单宁含量、硬度变化以及可溶固形物含量变化分析,发现18个种质包括‘上虞方柿’‘兰田南王水花柿’‘么心柿’‘西畴水柿’‘柏东-01’‘松阳扁柿’‘垣曲八月红’‘杭州牛心...     

增施CO2对葡萄组培苗生长发育和光合自养能力的影响

运用自行设计制作的组培环境CO     

沼泽湿地生态系统CO2、CH4和N2O排放通量的相互关系研究

利用静态暗箱/气相色谱法连续两个生长季(2003 -2004年)对三江平原小叶章草甸和毛果苔草沼泽CO2、CH4和N2O的排放通量进行野外原位观测.结果表明:两种类型湿地的生长季均为温室气体的排放源,三种温室气体排放通量之间的关系是,CO2和CH4、CO2和N2O、CH4和N2O排放通量之间均为正相关,但显著性水平视不同湿地类型以及不同年份而异.表明它们之间的相互关系受湿地类型以及环境因素的影响,本研究结果迸一步证明了植物在沼泽湿地温室气体排放中的关键性作用.