气候变化对农业生产的影响

近百年来,大气中CO_2含量正以令人不安的速度不断增加,由工业革命前的260—280ppm增至80年代初的340ppm,估计到21世纪中叶CO_2浓度可能较工业化前增加1倍。由于CO_2气体具有“温室”效应,其含量增加很有可能造成全球性的变暖,随之又引起气象水文条件的异常变化。植物需要直接从大气中吸收辐射和CO_2以进行光合作用,其生长发育及产量形成又无时不受气候条件的影响,因此大气中CO_2浓度增加及其引起的气候变化会直接影响到植物生长和农业生产。     

富碳对草莓果实品质及生长特性的影响

CO_2是影响植物生长最重要的环境因子之一,试验设置了自然条件CO_2(350~500μmol/mol)和高CO_2(750~850μmol/mol)2个处理,研究了4个草莓品种在富碳和自然条件下果实的生长和品质指标的变化。结果表明,高CO_2浓度下果实的生长速率、总产量增加,但果实平均单果质量降低,体积减小;品质方面,高CO_2浓度有助于果实可溶性糖、可溶性固形物及蛋白质的累积,降低了有机酸的含量;在总酚、类黄酮及花青素含量方面,不同品种对CO_2的反应不同。总体来看,高CO_2浓度加快了果实的生长,提高了产量,改善了果实的品质,为富碳条件下草莓的生产提供了一定的参考依据。     

大气CO_2浓度升高对大豆光合生理的影响

绿色植物进行光合作用离不开CO_2,其浓度的高低对植物的生长发育会产生一定的影响。大豆是我国及世界主要的粮食作物之一,开展大气CO_2浓度升高对大豆影响的研究,将为CO_2浓度升高条件下,大豆生产如何响应高浓度CO_2提供理论依据。利用开顶式气室(OTC)进行了CO_2浓度升高对大豆主要发育期叶片光合及叶绿素荧光影响的研究。结果表明,大气CO_2浓度升高使大豆净光合速率增加,气孔导度和蒸腾速率均下降,水分利用效率增加。大气CO_2浓度升高对大豆的叶绿素荧光参数的影响因生育期不同而有所差异,开花期,大豆叶片光系统Ⅱ最大光化学量子产量(Fv/Fm)、光系统Ⅱ实际光化学量子产量(ΦPSⅡ)、非光化学淬灭系数(NPQ)和光化学淬灭系统(q P)均无显著变化;在鼓粒期,大豆叶片光系统Ⅱ最大光化学量子产量(Fv/Fm)和非光化学淬灭系数(NPQ)均比对照明显降低,光系统Ⅱ实际光化学量子产量(ΦPSⅡ)和光化学淬灭系数(q P)均比对照显著增加。     

6种草本植物对“过去-现在-未来”CO2浓度的生长响应

以6种草本植物泥胡菜Hemistepta lyrata,网果酸模Rumex chalepensis,野豌豆Vicia Sepium,藜Chenopodium album,风轮菜Clinopodium chinense和玉米石Sedum album为研究对象,利用步入式CO_2浓度控制生长室模拟研究了"过去(150μmol/mol)-现在(400μmol/mol)-将来(700μmol/mol)"CO_2浓度对植物生长特性的影响.结果表明:CO_2浓度升高刺激了6种植物的总生物量和相对生长速率,但CO_2浓度从过去的低浓度升高到目前浓度水平时,其升高幅度大于CO_2浓度从目前浓度升高到将来浓度水平.在过去水平下CO_2浓度升高刺激了6种植物的根质量分数,但将来水平下CO_2浓度升高对6种植物的根质量分数没有产生显著性影响.研究结果表明植物对过去CO_2浓度的适应性响应会抑制植物对将来CO_2浓度的生长响应,但不同物种之间存在差异.该研究结果有助于理解草本植物在未来气候变化下的响应,为评估和预测全球气候变化对植物的生理生态影响提供理论依据.     

水葱构件生长对大气CO_2浓度升高的响应

利用人工环境控制系统封顶式生长室(STC),研究CO_2浓度升高(850μmol/mol)对高原湿地优势挺水植物水葱光合特性、形态特征及生物量的影响。结果表明:高CO_2浓度使水葱净光合速率、胞间CO_2浓度、水分利用效率显著提高,气孔导度及蒸腾速率降低;水葱株高和基径在高CO_2浓度下表现出株高降低而基径增加的趋势;CO_2浓度升高使水葱地下生物量和总生物量显著增加,根冠比明显提高,生物量增加有助于提高湿地生态系统初级生产力,增加湿地碳输入。     

不同浓度CO_2施肥对温室黄瓜生长与产量的影响

[目的]研究增施不同浓度CO_2对温室黄瓜生长发育与产量的影响。[方法]以"兴海7号"黄瓜为材料,通过对温室隔间进行4个不同浓度CO_2施肥处理,观测其对黄瓜植株生长与产量的影响。[结果]冬春季设施黄瓜的栽培,随着增施CO_2浓度的升高,黄瓜的株高、茎粗、叶面积、地上部干重、鲜重、果实发育及产量有明显的增长,且增施CO_2能够显著提升黄瓜净光合速率;整体来看,CO_2施肥浓度为800μmol·mol-1最为合适,株高较CK(400μmol·mol-1)的增长36.8%;茎粗增长26.7%;叶面积增长16.2%,地上部鲜重增加57.47%,干重增加40.08%;Amax增长70.05%;产量增长43.3%;差异较CK显著(P0.05),与增施高浓度1 200μmol·mol-1和1 600μmol·mol-1差异并不明显(P0.05)。[结论]CO_2施肥能有效提高黄瓜叶片的净光合速率,促进黄瓜的生长及产量形成,但过多的增施CO_2并不能有效提高产量,反而会增加施用CO_2的成本。     

高通量测序助力地质封存CO2泄漏情景下土壤细菌群落信息的挖掘

CO_2地质封存过程复杂,存在CO_2泄漏风险,进而会影响土壤生态系统,为研究地质封存CO_2泄漏应对措施,以玉米为研究对象,采用人工控制释放CO_2系统研究了玉米对地质封存CO_2泄漏的响应特征,并应用高通量测序技术分析了玉米土壤细菌群落结构及遗传多样性。结果表明:土壤CO_2浓度为30×104μL·L~(-1)(30 cm埋深处CO_2浓度)时,玉米表现出较好的适应能力,当CO_2泄漏量增加到40×104μL·L~(-1)以上时,玉米叶片等各项生长指标均表现为受胁迫特征;高通量测序结果显示试验共获得4个土壤样本的70 948个OTUs,但仅3.32%为4种泄漏条件下土壤所共有;遗传信息表明土壤细菌多样性和丰富度变化与CO_2泄漏浓度密切相关;变形菌门、拟杆菌门和酸杆菌门等为土壤优势菌群,而酸杆菌门在土壤CO_2浓度达40×104μL·L~(-1)下相对丰度大幅增加,暗示其可用作地质封存CO_2泄漏对土壤生态系统影响的指示菌。可见泄漏的CO_2会影响农作物生长及土壤细菌群落特征,而变化的土壤细菌多样性会影响农田生态系统功能等。     

高浓度CO2与农作物生产

1985年在奥地利的维赫拉召开的国际科协、联合国环境署、世界气象组织会议上,专家们估计,到2030—2050年,大气中的CO_2浓度将达到600ppm,近于现在的2倍。CO_2浓度成倍增加,将如何影响农作物生产,已成为世界上普遍关注的问题。近10年来,关于高浓度CO_2对农作物生产的影响的研究迅速增加,到目前为止,已发表的研究论文达1000余篇,所涉及的作物近40种。基本弄清了高浓度CO_2对农作物的生长、发育、代谢、水分利用及产量的影响。为CO_2的直接利用,为适应今后环境变化的作物育种和栽培技术研究,提供了较为实际可靠的依据。     

CO_2浓度对桑叶光合速率、蒸腾强度及气孔传导率的影响

桑叶的CO_2补偿点因叶龄不同而异,嫩叶约85ppm,成熟叶约58ppm,偏老叶约50ppm。在相同的CO_2浓度下,桑叶的光合速率、蒸腾强度、蒸腾效率及气孔传导率都是成熟叶>偏老叶>嫩叶。CO_2浓度在0～500ppm间,随着CC_2浓度的增高,桑叶的光合速率、蒸腾效率及细胞间CO_2浓度呈直线上升。CO_2浓度在200ppm以下时对桑叶的蒸腾强度和气孔传导率几乎无影响,但高于200ppm则略有抑制趋势。     

家庭植物工厂环境因子调控系统设计

针对家庭植物工厂生产对环境条件的要求,开发了以空调与风机为执行设备的环境因子调控系统,设计了多因素模糊控制策略,实现了环境温度、CO_2浓度的综合调控。试验结果表明:系统运行状态下,环境温度控制偏差小于0.3℃,温度上升响应速度大于1.24℃/h;CO_2浓度调控偏差小于24 ppm,湿度上升响应速度大于52.4 ppm/h。所设计环境因子调控系统整体性能稳定可靠,能够满足家庭植物工厂生长所需环境要求。     

秸秆生物反应堆在设施蔬菜中的应用

<正>一、秸秆生物反应堆技术的特点及作用1、二氧化碳浓度可明显提高应用秸秆生物反应堆的大棚,在相同的光照强度下,一般可使CO_2的浓度低的在900ppm,高的可达到1900ppm,CO_2浓度比普通大棚提高4～6倍,光合效率就会随着CO_2的提高而相应提高到50%以上,生长加快使大棚瓜果蔬菜的开花坐果率提高,农产品品质显著提高。2、棚内温度可明显增加秸秆在分解过程中除了释放出CO_2外,在严寒冬季的大棚里使0～20厘米地温能提高4～6℃,     

大气CO_2浓度升高对小白菜生长发育及品质的影响

随着经济发展,人类活动导致大量温室气体排放,使大气CO_2浓度持续升高。小白菜因其富含多种营养元素已逐渐成为人们所青睐的绿色蔬菜之一。研究高CO_2浓度环境中小白菜的生长状况,将有助于了解未来气候变化后小白菜生长发育的变化,为未来气候变化背景下蔬菜生产提供理论依据。利用OTC(Open top chamber)系统对小白菜生长发育及光合受高CO_2浓度的影响进行了研究。结果表明,大气CO_2浓度升高后,小白菜的净光合速率在幼苗期和营养生长期均极显著增加,增幅分别为277.48%和58.76%;气孔导度和蒸腾速率在幼苗期显著增加,而在营养生长期无显著变化;水分利用率在幼苗期和营养生长期均显著增加;单株鲜质量、干质量、叶绿素和类胡萝卜素含量均显著增加,但叶片中的Vc含量显著下降。高CO_2浓度可以提高小白菜的产量,但同时会对其营养品质造成负面影响。     

全球性CO_2浓度增加对农作物的影响

植物生理学家和生态学家们认为,大气中CO_2浓度升高可能引致自然和农业生态系统的巨大变化。科学家们现已证实,两倍于现阶段大气中CO_2含量的CO_2浓度将对很多种植物有惊人的影响,可大幅度提高其光合效率和农作物的产量。美国农业部水土保持实验室的布鲁斯·金布尔博士(Bruce Kimball)对700项农学研究作了调查,得出的结论是:当空气中的CO_2浓度提高1倍时,作物的产量提高34％;树木等则表现为个体更高、分枝多而粗、花多果多、叶多且厚、根系变得密集,以吸收养分。实验还表明,高浓度的CO_2可使植物叶子表面的气孔稍为关闭,减少通过叶子蒸腾作用散发到大气中的水分损失,从而使得植物更为耐旱。     

CO_2增施技术在温室增产中的应用

正作物光合能力的提高是增加产量,提高品质的重要途径。二氧化碳(CO_2)气体是作物光合作用的重要元素,对作物生长发育起着与水肥同等的作用,CO_2供给不足会直接影响作物正常的光合作用。自然界大气中的CO_2浓度一般在330~340μmol/mol,这是维持植物生长的一个基本量,目前冬季设施栽培环境中,设施处于相对封闭的环境,根据测试,在温室     

大气CO_2浓度和温度升高对稻麦轮作生态系统N_2O排放的影响

【目的】研究大气CO_2浓度和温度升高条件下稻麦轮作生态系统N_2O排放的响应规律,以期科学评估未来气候变化情境下,CO_2浓度和温度升高对稻麦轮作生态系统N_2O排放的影响,为中国应对未来气候变化提供数据支持。【方法】依托同步模拟自由大气CO_2浓度升高和温度升高的T-FACE试验平台,设置本底大气CO_2浓度和温度(Ambient)、500μmol·mol~(-1) CO_2+本底大气温度(C)、本底大气CO_2浓度+温度增加2℃(T)和500μmol·mol-1 CO_2+温度增加2℃(C+T)等4个处理。采用静态暗箱-气相色谱法原位观测稻麦轮作生态系统N_2O排放通量,研究稻麦轮作生态系统N_2O排放对大气CO_2浓度和温度升高的响应规律。【结果】(1)CO_2浓度升高使水稻和小麦生物量和产量分别显著增加9.7%、11.3%和5.6%、5.7%(P0.05);温度升高使水稻和小麦生物量和产量分别显著减少21.1%、18.0%和31.6%、17.7%(P0.05);CO_2浓度和温度的同步升高使水稻和小麦生物量和产量分别显著降低13.5%、8.7%和26.0%、10.3%(P0.05)。(2)CO_2浓度和温度升高,均未改变稻麦轮作系统N_2O的季节排放模式。CO_2浓度升高条件下,水稻季和小麦季N_2O排放分别增加15.2%和39.9%,其中后者达显著水平(P0.05);温度升高未显著影响水稻季N_2O排放,但显著增加小麦季N_2O排放20.5%(P0.05);CO_2浓度和温度同步升高对水稻季N_2O排放的影响存在较大的年际差异,但总体上有促进N_2O排放的趋势;CO_2浓度和温度同步升高极显著增加小麦季N_2O排放(46.0%,P0.01)。(3)小麦季N_2O排放与小麦生物量密切相关,在CO_2浓度和温度升高条件下,小麦季N_2O排放与小麦地下部生物量和ΔSOC之间具有显著的正相关关系。(4)与对照组相比,CO_2浓度升高、温度升高以及两者的共同作用,分别导致稻麦轮作系统单位产量的N_2O排放强度(GHGI)分别增加29.1%、66.3%和81.8%,其中温度升高和CO_2浓度和温度同步升高处理达显著水平(P0.05)。【结论】CO_2浓度升高和温度升高均未改变稻麦轮作生态系统N_2O的季节排放模式。CO_2浓度升高导致稻麦轮作系统N_2O排放显著增加;温度升高显著增加小麦季N_2O排放,但未显著影响水稻季N_2O排放。CO_2浓度和温度升高导致稻麦轮作系统温室气体排放强度增加,各处理条件下温室气体排放强度的响应从大小依次为:C+TTC。可见,在未来CO_2浓度和温度升高情境下,为保证现有粮食供应水平不变,由稻麦生产所导致的N_2O排放强度变化可能会进一步加剧气候变化进程。     

大气CO_2浓度升高和干旱的交互作用对大豆光合作用的影响

研究大气CO_2浓度升高和水分胁迫对大豆的影响,有助于了解在未来气候条件下,大豆生产的变化,提前采取必要的应对措施。试验利用开顶式气室开展高CO_2浓度(大气CO_2浓度增加200μmol/mol)和干旱条件下大豆光合生理指标变化的研究。结果表明,开花期,大气CO_2浓度升高后,大豆的净光合速率、水分利用率显著增加,干旱条件下增幅明显小于湿润条件下增幅;干旱使大豆叶片PSⅡ有效光量子效率(Fv'/Fm')、电子传递速率(ETR)、光化学淬灭系数(qP)和PSⅡ光化学有效量子产率(ΦPSⅡ)显著降低,非光化学淬灭系数(NPQ)显著增加;CO_2浓度升高对大豆叶绿素荧光参数影响不显著。未来大气CO_2浓度升高会提高开花期大豆净光合速率和叶片水分利用效率,但对大豆抗旱能力提升效果有限。     

毛白杨杂种无性系BL107光合和蒸腾特性研究

本文研究了光强和CO_2浓度对毛白杨杂种无性系BL107光合速率和蒸腾速率的影响,比较了毛白杨BL107与易县雌株及大官杨不同叶子光合特性和光合耗水量.结果表明BL107光合光补偿点为18μmol·m~(-2)·s~(-1),光饱和点为950μmol·m~(-2)·s~(-1).光饱和时光合速率为16.15μmol·m~(-2)·s~(-1),表观量子效率为0.033.蒸腾速率随光强增加而增大.增加CO_2浓度在一定范围内光合速率增加,在光强为1000μmol·m~(-2)·s~(-1),温度为25℃时,CO_2饱和点为650ppm,大于1000ppm产生抑制作用.CO_2饱和时光合速率为22.26μmol·m~(-2)·s~(-1).增加CO_2浓度会降低气孔导度和蒸腾速率,在100ppm气孔导度和蒸腾速率最大.BL107最大光合速率在第20片叶,易县雌株和大官杨在第10片叶,BL107光合速率随叶衰老在第20片叶前不降低,由于叶面积较大表现较高的总光合速率.光合耗水量与光合速率有关,BL107最低光合耗水量84、易县雌株113、大官杨139.大官杨、易县雌株表现随叶衰老光合耗水量增加,BL107则略有下降,老叶增加也不明显.     

CO_2施肥对设施黄瓜生长和土壤氮素转化的影响

在开顶式生长箱(OTCs)内,以津美3号和津绿婉美2个黄瓜品种为材料,研究添加不同氮条件下CO_2施肥对黄瓜干物质积累、土壤微生物生物量的影响。结果发现:(1)与对照大气CO_2浓度相比,CO_2施肥显著提高了黄瓜产量,其中施氮时的津美3号产量提高27.0%,不施氮时津绿婉美产量提高123.2%;CO_2施肥更能促进根系生长量小的津绿婉美根系的生长;CO_2施肥与不施氮更能促进津绿婉美黄瓜茎叶中干物质向果实的分配。(2)CO_2施肥显著提高土壤微生物生物量氮含量,但对土壤微生物生物量碳及土壤有机碳的影响并不显著;CO_2施肥同时提高施氮时土壤铵态氮含量,降低硝态氮含量;CO_2施肥下较高的土壤铵态氮含量与黄瓜产量有显著正相关,正常CO_2供应时土壤铵态氮含量与黄瓜产量无显著相关性。以上结果表明,CO_2施肥对不同设施黄瓜品种生长发育的影响差异很大,同时土壤中氮含量对CO_2施肥效果有较大的影响。     

播期和密度对红粱丰1号光合特性及产量的影响

为酒用糯高粱新品种红粱丰1号大面积推广种植提供参考,采用裂区试验设计,研究播期和种植密度对红粱丰1号光合特性及产量的影响。结果表明:随播期推迟和种植密度增加,产量、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均是先增加后降低,胞间CO_2浓度是先降低后增加。播期对产量、净光合速率、气孔导度和胞间CO_2浓度有极显著(P0.01)影响,对蒸腾速率有显著(P0.05)影响;种植密度对产量、净光合速率、气孔导度、胞间CO_2浓度和蒸腾速率有极显著(P0.01)影响。产量与净光合速率、气孔导度和蒸腾速率呈极显著(P0.01)正相关,与胞间CO_2浓度呈极显著(P0.01)负相关。种植红粱丰1号,以4月5日播种、种植密度11万株/hm~2的光合性能好,产量最高,为6 102.82kg/hm~2。     

北方冬麦区CO_2浓度增高与氮肥互作对冬小麦生理特性和产量的影响

【目的】阐明CO_2浓度增高与氮肥互作对冬小麦生理和产量的影响,为客观评估气候变化背景下冬小麦生产潜力提供理论依据。【方法】2011—2014年利用开放式CO_2富集系统(FACE)平台,采用盆栽方法,研究冬小麦"中麦175"在不同CO_2浓度及高低氮肥水平下(高浓度CO_2 550 mg·L~(-1)和大气浓度390 mg·L~(-1);高氮N1,0.16 g·kg~(-1)和低氮N0,0 g·kg~(-1))的生育进程、光合特征及产量变化。CO_2富集处理于每年返青-成熟期间进行,通气时间为每日6:30-18:30,夜间不通气。CO_2浓度通过计算机程序控制,并根据具体风向和风速控制释放管电磁阀的开合度,实现预定设置浓度。【结果】盆栽试验表明与大气CO_2浓度相比,高浓度CO_2加快了冬小麦生育进程,拔节期提前1d,开花期可提前1-2 d,全生育期可缩短3-5 d,高氮肥处理对生育进程具有延迟作用,开花期延长1-2 d,灌浆期可延长4-5 d,同步缓解高浓度CO_2对生育进程的加快作用;高浓度CO_2使叶片光合速率提高13.7%,产量平均提高16.0%,且在高氮肥下光合速率的增幅比低氮肥相对提高2.5%,蒸腾速率提高13.5%;试验中单独高氮较低氮的增产效果达到50%,高于单独高浓度CO_2较大气浓度的增产效果;高浓度CO_2对产量构成中穗粒数和千粒重提高明显,高浓度CO_2较大气浓度穗粒数增加3.69%,单独高氮处理较低氮处理平均穗粒数增加3.43%,即CO_2肥效起到了增加穗粒数的作用并略高于单独氮肥处理,高氮和高CO_2双重促进下的穗粒数最多,达到38.37粒/穗,低氮和低CO_2处理的穗粒数水平最低,可见CO_2和氮肥互作对穗粒数的促进相对更明显,各自单独施用的促进作用彼此差异不大,但低氮、大气CO_2浓度处理的穗粒数则相对较低;与大气CO_2浓度相比,高浓度CO_2的千粒重增加5.3%,高氮高浓度CO_2处理的千粒重大约提高7.3%,说明氮肥的施用促进了高浓度CO_2对千粒重的提升效果。【结论】高浓度CO_2可提高冬小麦产量,且与氮肥有明显的正向互作关系,高氮肥处理可降低CO_2浓度升高对生育期的加快作用,提高光合能力,促进CO_2肥效的发挥;CO_2对冬小麦产量的提高主要是缘于CO_2浓度升高有利于穗粒数和千粒重的增加,育种中可以做综合性考虑和应用。