大豆光合特性对大气CO2浓度升高的响应

通过不同CO2浓度处理的大豆实验观测,分析了大豆叶片净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率、叶绿素含量等光合特性对大气CO2增加的响应,探讨了未来高CO2水平下水分利用效率的变化趋势。结果表明,高CO2浓度下,大豆开花期叶片光合午休现象得到缓解和消除,净光合速率提高19.4%~33.0%。大豆蒸腾速率随大气CO2浓度升高而下降。大气CO2增加促使大豆水分利用效率提高,在不同生育期提高幅度不同,表明为分枝期、开花期较大,结荚期、鼓粒期较小。在大气CO2增加情景下,叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量均有增加的趋势,分别提高8.6%~11.6%,13.8%~20.0%和9.9%~13.8%。但叶绿素a与叶绿素b的比值则下降。     

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.     

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.     

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。     

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%。     

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。     

CO2浓度倍增下毛竹光合作用对光照强度的季节响应

采用Li-6400测定了在短期CO2浓度倍增下毛竹光合作用对光照强度的季节响应,并对比同一测定毛竹在相同时期大气CO2浓度下的光响应曲线特征,结果表明:CO2浓度的增加促使毛竹最大净光合速率和光饱和点升高,光补偿点下降,而对光合量子效率的影响因季节而异,在夏、秋两季光合量子效率升高,冬季持平,春季降低,但全年来看还是具有促进作用;在相同的光照强度下,CO2浓度的倍增会使毛竹的净光合速率和水分利用率升高,而蒸腾速率和暗呼吸速率下降。CO2浓度倍增后,各光合生理特征参数的季节变化基本和大气CO2浓度下的季节变化相同,均与毛竹叶片的生理活性密切相关;而在不同季节,毛竹对CO2浓度升高的响应差异性是造成季节变化规律稍有不同的主要原因之一,证实了植物对短期CO2浓度升高的光合生理响应行为。     

大气CO_2浓度和温度升高对草本植物生长的影响

应用自控、封闭、独立的生长室系统,研究了大气CO2浓度升高(现行环境CO2浓度+330(±20)μmoL/moL,EC)、温度升高(现行环境温度+2.5(±0.5)℃,ET)及两者同时升高(ECT)条件下,青藏高原东缘高山林线交错区复合群落优势草本植物生长指标的变化趋势。结果表明,大气CO2浓度和温度升高均能促进草本植物株高、基茎、叶片数目和生物量的增加,并可以减少草本植物的黄叶数目。     

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.     

温室效应与植物光合作用：—大气CO2浓度升高对植物光合机理影响的分析

比较分析了植物光合同化CO2速率、Rubisco活性等性状长期和短期高浓度CO2的反应，结果表明，所研究的植物在高浓度CO2下生长，可以长期 保持的CO2同化速率；长期在高浓度CO2下生长植物的光合速率增加有两个来源，其一，是CO2是浓度增加而增加的底物浓度效应（△Pc），它的大小随外界短期CO2浓度改变而改变，其二，是植物光合系统结构改变而提高光合能量转换或是电子传递效率所产生的光合率增加（△Ps)，它的大小不随外界短期CO2浓度变化而改变。植物光合速度对大气CO2浓度升高的增加量是上述两者之和。     

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,20~40cm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。     

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.     

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.     

不同栽培密度对猫爪草果期光合蒸腾特性的影响

在不同栽培密度条件下,利用CI-340便携式光合系统,对猫爪草果期的净光合速率、蒸腾速率及相关的生理因子(叶温、气孔导度、胞间CO2浓度)和生态因子(光合有效辐射、大气CO2浓度、气温、大气相对湿度)进行了测定分析,结果表明,随着密度的增加,净光合速率和气孔导度先缓慢增加后显著降低,蒸腾速率呈现高-低-高趋势,胞间CO2浓度随密度增加显著升高。经过相关性分析,影响猫爪草光合蒸腾特性的主要因子为大气相对湿度(RH)、大气CO2浓度(Ca)、气孔导度(Gs)和叶温(Tl)。在高密度条件下非气孔因素影响净光合速率(Pn)的变化,在中低栽培密度条件下,气孔因素影响净光合速率(Pn)的变化。