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。     

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。     

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。     

田间条件下模拟CO2浓度升高开顶式气室的改进及其效果

为提高传统开顶式气室(Open-top chamber,OTC)在田间条件下原位模拟大气CO_2浓度升高对作物生长影响的适用性和精度,通过尺寸放大(长×宽×高=4.0 m×4.0 m×3.0 m)、形状调整(正四边形棱柱状)、新材料应用(塑钢PC结构)及内部CO_2浓度优化控制等措施对其进行了改进,并利用改进的OTC分别于2015—2016年在旱作春玉米农田原位模拟大气CO_2浓度升高的情形,通过对比玉米生育期内OTC内外CO_2浓度、温度和空气相对湿度,探讨了其模拟效果。结果表明:可控CO_2OTC内部CO_2浓度能够控制在预期值范围内,2015年控制误差范围为-17.2~0.2μmol·mol-1,2016年为-5.4~0.1μmol·mol-1,控制效果良好;可控CO_2OTC对室内气温产生了一定的影响,与气室外相比,在白天2015年平均增温0.8℃,差异显著(P0.05),2016年平均增温0.4℃,差异不显著(P0.05);可控CO_2OTC内部空气相对湿度与大田相比有所降低,2015年约降低2.4%,2016年降低了3.1%,差异均不显著(P0.05)。研究表明,改进后的开顶式气室性能稳定,模拟精度高,能够较为准确地反映CO_2浓度升高后的旱作春玉米生长,可用于今后的大田模拟试验研究。     

CO_2浓度及环境温度增加对寒地粳稻不同品种倒伏风险的影响

为了探究气候变化可能对水稻倒伏风险造成的影响,利用构建的人工气候室,调控CO_2浓度并实时监控环境温度,选择不同抗倒能力品种龙庆稻1号、龙稻5号,设置不同的CO_2浓度(对照:384μmol·mol~(-1),升高处理584μmol·mol~(-1)),并检测两年的环境温度,来评估和量化水稻不同品种响应气候变化的倒伏风险。结果表明:CO_2浓度对不同品种抗倒伏性影响极显著,CO_2浓度增加与环境温度升高共同作用增加了龙稻5号的倒伏风险,主要是因为环境因素的改变增加了株高。环境温度的升高可使水稻基部节间伸长从而增加了倒伏风险。从试验数据发现,CO_2浓度增加与环境温度升高对不同水稻品种倒伏风险影响的结果呈现不同趋势,因此,日后可通过培育适应气候变化的新品种抵御倒伏风险。     

大气CO 2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...     

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.     

覆膜玉米不同生育期土壤酶活性对大气CO2浓度升高的响应

为探讨旱区覆膜玉米农田土壤酶活性对未来气候变化的响应,在田间条件下通过改进的开顶式气室(OTC)系统自动控制大气CO_2浓度,设置自然大气CO_2浓度(CK)、OTC对照(OTC)、OTC系统自动控制CO_2浓度(700μmol·mol~(-1),OTC+CO_2)3个处理,研究了旱区覆膜高产栽培春玉米播前、六叶期(V6)、十二叶期(V12)、吐丝期(R1)、乳熟期(R3)及完熟期(R6)土壤脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶及过氧化氢酶活性对大气CO_2浓度升高的响应特征。研究发现:OTC处理条件下,土壤碱性磷酸酶活性相比CK在V12期降低8.80%(P0.05),而在R6期提高8.95%(P0.05);蔗糖酶活性在播前、V6、R1期降低12.65%～21.43%(P0.05),R3期升高17.50%(P0.05);过氧化氢酶活性在V12、R1、R6期均显著降低。大气CO_2浓度升高对玉米各生育期土壤脲酶活性均无显著影响;使R1、R6期碱性磷酸酶活性降低8.74%和6.39%(P0.05);使V6、R3期蔗糖酶活性升高30.18%和18.37%(P0.05);此外,增加了V12期过氧化氢酶活性,而降低了R3期过氧化氢酶活性。结果表明:当前旱作覆膜高产栽培模式下,大气CO_2浓度升高对春玉米农田土壤酶活性的影响因作物生育期和酶种类不同而异;土壤酶活性对OTC及大气CO_2浓度升高的响应程度不一,在当前试验条件下,OTC对土壤酶活性的影响较大气CO_2浓度升高更为显著。     

CO2浓度升高对水稻影响研究存在的问题及建议

随着人类活动的不断加剧,大气中CO 2浓度呈现逐年上升趋势.水稻作为重要的粮食作物,CO 2浓度升高势必会对水稻生育进程产生影响.介绍了大气CO 2浓度升高对水稻影响的研究方法,并根据目前研究现状存在的一些问题进行了讨论,对研究方向提出了具体建议,以期对本领域的深入研究起到参考作用.     

大气CO2浓度和温度升高对水稻籽粒充实度的影响

为了明确水稻籽粒充实度对未来大气CO_2浓度([CO_2])和温度相伴升高的响应,应用T-FACE(Temperature and Free Air CO_2 Enrichment)试验平台,以优质粳稻南粳9108为试材,研究[CO_2]升高(对照+200μmol·mol-1)和增温(对照+1℃)对水稻灌浆期和收获期不同粒位籽粒充实度和产量的影响。结果表明,与对照(Ambient)相比,高[CO_2]增加了水稻产量和有效穗数,高温的结果与之相反。[CO_2]和温度升高下,2015年和2016年水稻分别减产4.0%和14.0%,有效穗数相应减少3.5%和5.4%。强势粒千粒质量最大,比饱粒、中势粒和弱势粒千粒质量分别提高了8.0%～11.7%、10.5%～15.0%和38.8%～63.9%。与Ambient相比,[CO_2]和温度升高对饱粒、强势粒、弱势粒千粒质量无显著影响,但[CO_2]升高显著提高中势粒千粒质量(P0.05),增温极显著降低了中势粒千粒质量(P0.01)。收获期,[CO_2]升高增加了强、弱势粒穗粒质量,减少了单穗粒质量和中势粒穗粒质量;增温降低了强、中势粒穗粒质量;[CO_2]和温度升高降低了水稻单穗粒质量和中势粒穗粒质量。进一步分析,[CO_2]或温度升高水稻强、弱势粒占穗质量比例增加,中势粒占穗质量比例减少。[CO_2]和温度升高两年弱势粒占穗质量比例平均增加了33.1%,远高于强势粒占穗质量比例的增幅(12.4%),中势粒占穗质量比例平均减少了4.5%。收获期,强、中、弱势粒占穗质量比例分别为9.9%～15.9%、73.2%～84.8%、5.2%～10.6%。因此,中势粒穗粒质量及其比例的减少对产量的影响大于强势粒、弱势粒。2016年单穗粒质量和中势粒穗质量比2015年明显减少,导致2016年产量下降了17.3%～28.6%,增温加剧了产量的降幅,应与2016年水稻开花期高温、灌浆期多雨有关。综上所述,[CO_2]和温度升高下弱势粒占穗质量比例的增加及中势粒千粒质量、穗粒质量及其占穗质量比例的减少,导致[CO_2]升高不能弥补增温对产量的负效应。     

不同施氮量与种植密度对水稻穗上不同部位结实特性的影响

以优质食味水稻品种南粳9108为材料,研究不同施氮量与种植密度下水稻穗上不同部位结实特性的差异。结果表明,施氮量与种植密度对水稻的结实特性有一定的互作效应,低种植密度下,适当增加氮肥可降低水稻籽粒的空粒率和秕粒率。从水稻穗位上看,稻穗一次枝梗的结实特性优于二次枝梗,稻穗不同部位和一、二次枝梗不同部位的结实特性均表现为上部>中部>下部。在相同的一次或二次枝梗上不同粒位的空秕粒率一般以第2粒最高,二次枝梗不同粒位的空秕粒率以第1粒为最低,第2,3粒最高。     

CO_2浓度与温度增高对水稻品质的影响

作物品质的形成是品种遗传特性和环境条件综合作用的结果。大气中CO2浓度增高必然影响作物的生理代谢,并因此可能影响作物品质;CO2浓度增高也会引起大气温度同步增高。本试验旨在明确不同CO2浓度和温度水平对水稻品质的影响程度。结果显示,随CO2浓度和温度增高,稻米的加工品质和外观品质各指标均有下降趋势;蒸煮品质指标先上升,在CO2浓度为500mg·kg-1时达到最大值,然后下降;营养品质指标变化比较复杂,糖含量上升,脂肪含量下降,蛋白质含量先上升后下降,在CO2浓度为500mg·kg-1时达到最大值。总体上,CO2浓度和温度增高对稻米品质的负面影响更大,特别表现在加工品质和外观品质方面。但在450～650mg·kg-1的处理区间,影响结果并没有达到显著水平。表明CO2浓度和温度增高改变了水稻C、N代谢过程和籽粒的物理成分与化学组分;依据CO2与温度对稻米品质影响机理,采取相应的适应措施,可以提高和改进稻米品质。     

不同大气CO2浓度升高与施氮互作对冬小麦光合与生长的影响

利用开顶式气室（OTC）组成的CO2浓度自动调控平台,以冬小麦为试验材料,设置CK（对照,环境大气CO2浓度）、T1（CO2浓度比CK增加40 μmol/mol）和T2（CO2浓度比CK增加200 μmol/mol）3个CO2浓度水平;在每个OTC内设置不施氮（N0,0 kgN/hm2）、中氮（N1,220 kgN/hm2）和高氮（N2,400 kgN/hm2）3个氮肥处理水平,分析冬小麦光合作用、生物量和产量结构变化,探讨CO2浓度升高和施氮水平对冬小麦光合与生长的影响。结果表明,在较低光强（PAR≤ 200 μmol/(m2·s)）和CO2浓度（Ci ≤ 300 μmol/mol）水平下,各处理的净光合速率（Pn）值均呈直线上升,随后趋于平缓。与CK相比,T2处理下Pn增加了19.93%（P=0.013）,但对最大净光合速率（Pnmax）、暗呼吸速率（Rday）、光呼吸速率（Rp）等无显著影响。在拔节—开花期,不同CO2浓度处理下N1、N2与N0相比显著增加了株高、叶片和茎鞘干重;在抽穗—开花期,T2N1与CKN1相比显著增加了茎鞘干重,增幅为37.4%（P=0.035）。与T1N0相比,T1N1、T1N2显著增加了籽粒数,增幅分别为29.69%（P=0.006）和42.27%（P=0.001）;与T2N0相比,T2N1、T2N2显著增加了籽粒数,增幅分别为16.66%（P=0.011）和19.19%（P=0.005）。与T2N0相比,T2N1、T2N2显著增加了千粒重,增幅分别为7.79%（P=0.004）和6.23%（P=0.015）。T1N2与CKN2相比显著增加了小麦经济系数,增幅为3.70%（P=0.025）。研究表明,CO2浓度升高显著增加了冬小麦光响应曲线的Pn;CO2浓度升高与施氮处理促进了冬小麦干物质的积累,其中施氮对生长前期物质积累的促进作用相对更大;CO2浓度升高与施氮处理主要通过增加籽粒数和千粒重共同影响小麦产量结构,其中T1N2处理对籽粒数的促进作用最大。     

ALA处理对水稻籽粒灌浆的影响

为阐明ALA对水稻产量因素和籽粒灌浆的影响,以水稻品种通239为材料,于不同生育时期,喷施不同浓度的ALA溶液,观察籽粒灌浆过程并调查各处理的农艺性状。结果表明,1)ALA处理能显著提高水稻的千粒重;2)ALA对水稻籽粒灌浆的影响较大,始穗期喷施低浓度的ALA,可明显提高水稻籽粒的灌浆速率;3)ALA处理能提高水稻籽粒的起始生长势,提早灌浆高峰。     

养分管理对寒地水稻籽粒灌浆特性的影响

为研究养分管理对寒地水稻籽粒灌浆的影响,采用田间小区试验方法,25穴·m-2条件下,设置习惯施肥(T1)和优化施肥(T2),在28穴·m-2条件下,设置常规高产施肥(T3)和优化高产施肥(T4)。结果表明,T2和T4的强势粒起始灌浆势大,灌浆持续时间短,灌浆速率快,生长终值量高,其中T4生长终值量最大。与T1相比,T2弱势粒的起始灌浆势增加了10.56%,平均灌浆速率大,活跃灌浆期延长0.70d,生长终值量增加了3.03%。与T3相比,T4弱势粒的平均灌浆速率增加了11.36%,活跃灌浆期缩短3.47d,生长终值量差异不大。可见,通过养分管理能增加籽粒灌浆速率,缩短强势粒灌浆时间,增加籽粒的重量。     

高CO2浓度下冬小麦的高光谱特征及其与叶面积指数和SPAD值的反演

以冬小麦为研究对象,利用开顶式气室试验,开展以环境CO2浓度为对照(CK)和比CK处理的CO2浓度高200μmol·mol-1(T)处理的试验,测定冬小麦主要生育期冠层光谱反射率、叶面积指数(LAI)和SPAD值,分析LAI、SPAD值与原始光谱反射率、光谱特征参数的相关性,并探究最优回归反演模型.结果表明,高CO2浓...     

大气CO2含量增加对小麦籽粒营养品质的影响

通过开顶式气室控制CO2含量，对小麦籽粒品质实验测定，研究了大气CO2增长对小麦籽粒蛋白质含量、蛋白质产量、氨基酸组分含量和主要营养元素含量的影响。结果表明：在大气CO2含量(摩尔分数)为550和750μmol／mol时，与正常大气CO2水平相比，小麦籽粒蛋白质含量和氨基酸总量有降低趋势，但蛋氨酸、苯丙氨酸含量和蛋白质产量明显增加，蛋氨酸升幅为8．2％和29．6％，苯丙氨酸升幅为7．0％和17．9％；小麦籽粒氨基酸评分值提高3．1和4．6。小麦籽粒中磷、铁、钾含量随大气CO2含量增加而下降，分别下降8．9％～11．8％，7．5％～10．8％和2．5％～7．7％；而锌、硒、镁含量上升，分别提高11．3％～34．4％，11．1％～44．4％和10．6％～13．6％，大气CO2增加对小麦籽粒各矿质营养元素含量的影响存在差异。     

不同养分管理对杂交稻生育后期功能叶生理活性和籽粒灌浆的影响

研究了在施肥总量和NPK比例相同的条件下，不同时期施肥对水稻后期功能叶先合速率以及产量、粒重、结实率、籽粒灌浆速率的影响．结果表明，氮钾分次施肥对水稻产量有明显的影响，施用粒肥能显著地提高杂交水稻的产量，其中以粒肥中配以锌硼肥和BR的处理对产量的提高作用最为显著，比仅施基肥和分蘖肥的处理产量提高速30％．粒肥能延缓功能叶的衰老，使其在水稻生长后期仍维持较高的先合速率、灌浆速率和较长的灌浆时间，提高千粒重和结实率．加强后期的养分管理对杂交稻的影响比常规稻更显著．表明杂交水稻的粒重和结实率不仅受遗传控制，也受养分管理的影响．可以通过加强生育后期的养分管理提高杂交水稻的产量．加强水稻生长发育后期的养分管理还能显著改善稻米品质，如包括Asp、Lys、Ala、Gln等的氨基改含量，在子实肥中加入锌能够显著地提高稻米中锌含量．