CO2浓度升高和有机肥-化肥施用对水稻光合作用、抗氧化酶活性和重金属含量的影响

依托中国水稻FACE平台(Free air CO₂ enrichment),研究了化肥和50%有机肥等氮替代化肥2种施肥方式下,大气CO₂浓度升高(环境大气+200μmol/mol)对水稻光合作用、抗氧化酶活性以及铜和锌吸收的影响。结果表明,单独大气CO₂浓度升高显著增加了抽穗期水稻叶片的净光合速率、丙二醛含量和成熟期水稻子粒中锌含量,但显著降低了抽穗期水稻叶片气孔导度和抗氧化酶活性。50%有机肥等氮替代化肥处理下,对比正常大气CO₂浓度,大气CO₂浓度升高显著增加了过氧化物酶活性,但降低了水稻叶片气孔导度和蒸腾速率、丙二醛含量和水稻子粒中铜和锌含量。因此,50%有机肥等氮替代化肥有助于提高水稻对CO₂浓度升高的适应性。     

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...     

CO2浓度升高背景下氮形态对小麦光合性能及产量的影响

为探究大气CO₂浓度升高背景下不同形态氮肥对小麦的光合性能及产量的影响,利用开顶式气室(OTC),采用二因素完全区组试验设计,设置400μmol/mol(正常大气浓度,C)、600μmol/mol(高于正常大气浓度,E)2个CO₂浓度和硝态氮(NO₃^--N,A)、铵态氮(NH₄⁺-N,N) 2种氮肥形态处理,测定不同处理组合下小麦花后不同时间旗叶净光合速率(P_n)、胞间CO₂浓度(C_i)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)、株高、地上部生物量及产量。2年结果表明,高浓度CO₂处理(E)可显著提高小麦旗叶P_n、C_i,而对旗叶G_s、T_r均有显著抑制作用,小麦的株高、地上部生物量及产量显著升高。高浓度CO₂条件下,2种氮形态...     

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～...     

大气CO2与温度升高对北方冬小麦旗叶光合特性、碳氮代谢及产量的影响

【目的】探讨大气CO₂浓度升高与增温影响下北方冬小麦叶片光合特征、碳氮代谢物、生物量和产量形成的调节适应规律,为未来气候变化下小麦生产提供理论依据。【方法】以冬小麦品种“中科2011”为材料,利用封闭式人工气候室,设置对照CK（CO₂浓度和气温与大田一致）、EC（CO₂浓度为大田浓度+200 μmol·mol^-1,气温与大田相同）、ET（CO₂浓度与大田一致,气温为大田温度+2℃）、ECT（CO₂浓度为大田浓度+200 μmol·mol^-1,气温为大田温度+2℃）共4个处理。测定CO₂浓度升高200 μmol·mol^-1和气温升高2℃变化条件下冬小麦生长发育、叶片的光合特性、碳氮代谢、生物量和产量指标。【结果】气温升高2℃会缩短小麦全生育期及开花到成熟时间,使孕穗期净光合速率显著增加24.7%,而对拔节期与灌浆期净光合速率无显著影响,同时,使灌浆期叶片纤维素含量、可溶性蛋白含量和硝酸还原酶活性下降,穗粒数和千粒重下降,进而使产量与生物量分别显著降低23.0%和19.7%;CO₂浓度升高200 μmol·mol^-1使拔节期与孕穗期小麦净光合速率分别提高32.8%和40.7%,增加灌浆期叶片碳水化合物含量,虽然生长后期出现光适应,但仍可通过增加单位面积穗数使小麦产量增加26.1%。在增温条件下,CO₂浓度升高可通过使开花到成熟的时间延长2 d、叶片净光合速率提高约25.54%、增加可溶性总糖、纤维素与淀粉含量等弥补升温对小麦生物量和产量的负效应。【结论】CO₂浓度升高可通过延长开花到成熟时间、提高小麦净光合速率、增加光合代谢物等弥补升温对小麦生物量和产量的负效应。     

水稻分蘖期干物质积累对大气CO2浓度升高和氮素营养的综合响应差异及其生理机制

【目的】探究不同类型水稻品种物质生产响应大气CO₂浓度升高和氮素营养的综合响应差异及其生理机制。【方法】以产量和物质生产对CO₂浓度升高响应有明显差异的水稻品种两优培九(LY)和南粳9108(NJ)为材料,在人工气候室进行水培试验。分别设置对照CO₂浓度(A-CO₂,400μmol·mol^-1)和CO₂浓度升高(E-CO₂,600μmol·mol^-1)两个CO₂处理,高氮(HN,1.25 mmol·L^-1 NH₄NO₃)和低氮(LN,0.25 mmol·L^-1 NH₄NO₃)两个氮水平。分析CO₂浓度升高对不同水稻品种根系形态与生理活性、叶片和根系中细胞分裂素(CTKs)含量、氮素同化酶活性、叶片生理特性、光合参数以及干物质积累的影响差异。...     

不同磷水平下CO2浓度升高对番茄光合特性和抗氧化酶活性的影响

通过水培试验研究在低磷（2μmol/L）、磷充足（2 mmol/L）条件下,大气中不同CO₂浓度[（400±50）、（800±50）μmol/mol]对番茄光合特性和抗氧化酶活性的影响。结果表明,磷充足条件下,CO₂浓度升高可以显著促进番茄叶片光合速率的提高;而低磷抑制了这种作用。磷充足时,CO₂浓度升高显著增加了叶绿素含量,并且叶绿素b含量的增幅明显大于叶绿素a含量;而低磷条件下,CO₂浓度升高显著降低了叶绿素含量。与磷充足相比,低磷条件下,番茄叶片的超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性明显降低,丙二醛含量升高。但CO₂浓度升高明显促进了3种抗氧化酶的活性,并且磷充足条件下促进作用更为显著,同时降低了MDA的含量。因此CO₂浓度升高条件下,磷素充足供应可以促进CO₂浓度升高产生的正效应。     

不同CO2浓度和氮水平对冬小麦光合和生长特性的影响

为揭示高CO₂浓度处理下,不同氮水平对冬小麦光合作用、生物量积累和产量的影响,利用开顶式气室(OTC),以冬小麦品种宁麦13为试验材料,开展不同CO₂浓度(C,环境CO₂浓度;T,高CO₂浓度,比环境CO₂浓度高200 μmol·mol^-1)和氮水平(LN,低氮,90 kg·hm^-2;HN,高氮,240 kg·hm^-2)的交互试验,测定不同处理下不同生育期冬小麦的光合特性、叶片碳氮含量、地上部生物量和产量。结果表明,CO₂浓度升高提高了冬小麦的净光合速率,在低氮水平下增幅为78.4%,在高氮水平下增幅为77.2%。在开花期和灌浆期,高氮水平对冬小麦地上部干物质量积累有明显促进作用。各处理中,C-LN的产量最低,T-HN的产量最高,且二者差异显著(P<0.05)。以上结果说明,在未来CO₂浓度升高条件下,可通过增施适量的氮肥提升冬小麦的生物量和产量。     

高温、加富CO2条件对黄瓜幼苗碳水化合物分配规律的影响机制

为探究温室黄瓜幼苗碳水化合物在高温条件下对CO₂加富响应的分配规律和机制，为培育优质种苗奠定理论基础，以津春4号黄瓜品种为试验材料，在高温(温度35～45℃,大气CO₂浓度)、高温加富CO₂(温度35～45℃,CO₂浓度700～900μL/L)、常温加富CO₂(温度15～25℃,CO₂浓度700～900μL/L)以及常温(温度15～25℃,大气CO₂浓度)条件下，研究高温、加富CO₂对黄瓜幼苗叶片和根系光合作用、碳水化合物分配以及其代谢酶活性的影响。结果表明，高温条件下，增施CO₂可以缓解高温胁迫，提升幼苗的净光合速率(P_n),使幼苗的生物量、叶片和根系中的可溶性总糖、蔗糖、葡萄糖、果糖以及淀粉含量显著提升，蔗糖合成酶(SS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)、酸性转化酶(AI)以及淀粉酶活性显著提高。表明高温加富CO₂有利于幼苗碳水化合物由源组织叶片向库...     

作物-土壤氮循环对大气CO2浓度和温度升高响应的研究进展

在地球化学元素循环中,氮素是最重要、最活跃的营养元素之一。农田生态系统中的氮素很大程度上决定农作物的产量和品质。然而,在全球气候变化背景下,随着大气CO₂浓度和温度升高,作物-土壤氮循环的变化可能显著影响农田生态系统中的作物生产。因此,研究作物-土壤氮循环对大气CO₂浓度和温度升高的响应,能够为科学合理地预测未来气候条件下,农田生态系统中作物的氮素需求,以及保障农作物产量的稳定供应提供理论依据,对于全面认识全球气候变化背景下的农田生态系统氮素循环过程及土壤可持续利用具有重要意义。本文综述了大气CO₂和温度升高对作物氮素吸收和分配,以及与氮有效性密切相关的土壤氮转化的影响,并系统总结了二者对作物-土壤氮循环过程产生的交互作用。总结以往研究发现,在大气CO₂浓度升高条件下,作物的蒸腾作用减弱,但光合作用增强,生物量加大,根系分支和根表面积增加,豆科作物的根瘤固氮能力提高,因此整体上促进作物对氮的吸收,并且增加作物向籽粒中分配氮的比例,但作物的平均氮浓度降低。此外,高CO₂浓度提高了土壤酶活性,增强了土壤有机氮矿化作用、硝化及反硝化作用,加速了土壤氮转化。升温和CO₂浓度升高对作物-土壤氮循环产生正向或负向的交互作用,主要表现在：高温和高CO₂浓度对作物的生物量、光合作用、地下部氮分配、根系分支以及根表面积具有协同促进作用,升高温度减轻了高CO₂浓度对作物蒸腾作用和作物氮浓度的抑制作用。然而,升温抑制了高CO₂浓度对作物向籽粒中氮分配、氮吸收以及产量的促进作用;升温虽然能进一步增强高CO₂浓度对土壤酶活性和有机氮矿化的促进作用,但是对于土壤硝化和反硝化作用,二者的交互作用以及相关的分子机制尚不明确。大气CO₂升高和温度升高对土壤微生物,以及微生物与作物之间的耦合关系的研究比较薄弱,特别是由微生物主导的氮循环过程及其对全球气候变化的反馈机制是未来研究的重点。本文提出利用16S rRNA、DGGE、T-RFLP、qPCR、RT-PCR技术、蛋白组学以及稳定性同位素探针原位研究技术,可以将复杂环境中微生物物种组成及其生理功能进行耦合分析,揭示大气CO₂浓度与温度对作物-土壤氮循环过程的交互作用机理,增强对气候变化下农田生态系统氮素循环响应的预测能力,为农田生态系统有效地适应气候变化提供科学的理论依据。     

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%。     

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     

大气二氧化碳摩尔分数升高对土壤有机碳稳定性的影响

随着工业的不断发展，全球大气二氧化碳(CO₂)呈明显增加趋势。大气CO₂的增加将会影响土壤有机碳(SOC)转化和更新，进而改变土壤碳的稳定性。研究大气CO₂升高对SOC稳定性的影响，不但是评价陆地生态系统对气候变化反馈效应的重要环节，也对实现碳元素在土壤中的有效储存，对保持土壤肥力的可持续性具有重要意义。利用现有的文献资料，综述了大气CO₂升高对SOC稳定性的影响及其稳定性指标(生物指标、化学指标、其他指标等)，外源氮和大气CO₂升高的交互作用对SOC稳定性的影响，以及SOC稳定性随时间尺度的变化趋势等。总结发现:大气CO₂升高导致活性有机碳(溶解性有机碳、颗粒性有机碳、易氧化有机碳等)比例增多，SOC稳定性降低，尤其在氮限制的环境中，SOC稳定性更差。总结近年的研究成果发现:随着高CO₂处理时间的加长，SOC稳定性降低速率逐渐减小，表明土壤本身具有一定的适应能力和自我恢复能力。最后展望了SOC稳定性变化对植物生理、生长的反馈影响。未来大气CO₂升高对SOC稳定性的影响研究，应该着力于提高农田生态系统土壤肥力可持续性及提高农作物的产量产能。图1参74     

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%.     

色季拉山急尖长苞冷杉林不同层次土壤CO2浓度及温湿度响应

【目的】揭示西藏高原森林生态系统不同层次土壤CO₂浓度变化特征及主要影响因素，为土壤呼吸CO₂排放变异性机制提供科学依据。【方法】以西藏东南部典型森林生态区色季拉山(鲁朗段)为研究区，以急尖长苞冷杉林土壤为研究对象，原位监测不同层次(5、10、20、40和60 cm)土壤CO₂浓度，分析不同层次土壤CO₂浓度分布特征及对温度和含水量的响应。【结果】(1)各层次土壤CO₂浓度日均值表现为40 cm> 60 cm> 20 cm> 10 cm> 5 cm，平均值分别为5 094、4 965、4 613、4 119和3 925μmol/mol，且各层次之间均极显著正相关(P <0.01)。(2)在日变化尺度上，5和10 cm层次土壤CO₂浓度具有相反的变化特征，分别呈现“V”字型和“单峰型”特征，5 cm土壤CO₂浓度最高值和最低值分别出现在22:00-23:00和12:00-13:00之间，10 cm层次分别出...     

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。     

CO2加富与LED光对黄瓜幼苗抗氧化特性的影响

以‘津优35号’黄瓜品种为试材,采用裂区试验设计,主区因素为CO₂浓度处理,分为大气CO₂浓度(≈400μmol·mol^-1)和加富CO₂浓度(≈800μmol·mol^-1)2个水平。裂区因素为光配方处理,分为白光(W)、红蓝光(RB=7:3)和红蓝光加UV-A(RBU=7:3+20μmol·m^-2·s^-1)3个光配方,研究了CO₂加富与LED光配方对黄瓜幼苗抗氧化性的影响。试验结果表明：CO₂加富和RBU处理可以显著提高SOD、POD、CAT、APX、GPX、GR、DHAR等抗氧化酶的活性以及可溶性糖、游离氨基酸、可溶性蛋白和脯氨酸等渗透调节物质的含量,提高ASA、GSH含量以及ASA/DHA、GSH/GSSG的比值,促进ASA-GSH循环,从而降低RBU处理下MDA及ROS的含量,减缓添加UV-A后对黄瓜幼苗所造成的氧化损伤。综上所述,CO₂加富和RBU处理可以通过...     

CO2与空间电场互作对番茄生长的影响

[目的]通过日光温室试验,研究不同浓度CO₂加富与空间电场互作对番茄生长的影响,为其在番茄栽培中提供理论依据。[方法]试验以番茄品种‘普罗旺斯’(以P表示)与‘精典1号’(以J表示)为试验材料,CO₂浓度设置分别为400μmol·mol^-1(以4C表示)、600μmol·mol^-1(以6C表示)、800μmol·mol^-1(以8C表示)、1000μmol·mol^-1(以10C表示),空间电场设置分别为有空间电场(以D表示)和无空间电场(无表示字母),以CO₂浓度为400μmol·mol^-1、无空间电场为对照,对番茄植株的生长及产量进行测量。[结果]‘精典1号’番茄品种的处理J10CD响应效果最佳,相比处理J4C差异显著,其株高、茎粗、叶面积、叶面积指数、节间数、生物量积累量、叶片含水率、单果重、单株果重、产量分别增加了49.29%、24.94%、34.34%、34.17%、65.22%、37.50%、5.25%、...     

有刺枸骨和无刺枸骨在不同CO2浓度下的光合能力分析

为研究有刺枸骨和无刺枸骨对不同二氧化碳(CO₂)浓度的响应能力,本研究以有刺枸骨和无刺枸骨为材料,研究其净光合速率、胞间CO₂浓度、气孔导度、蒸腾速率和叶片饱和蒸气压亏缺随CO₂浓度变化的情况。结果表明,在相同的CO₂浓度下,无刺枸骨的净光合速率始终比有刺枸骨的大,即无刺枸骨的光合能力强于有刺枸骨。无刺枸骨和有刺枸骨的气孔导度、蒸腾速率和叶片饱和蒸气压亏缺随CO₂浓度升高而降低,说明无刺枸骨的净光合速率较高并不主要由气孔因素的差异引起。随着CO₂浓度的升高,胞间CO₂浓度与净光合速率呈现正相关,并且无刺枸骨的CO₂饱和点较有刺枸骨高,而CO₂补偿点较有刺枸骨低,说明无刺枸骨的CO₂同化能力强于有刺枸骨。因而,无刺枸骨高净光合速率可能是因为CO₂同化能力高。     

硅和CO2加富对Ca(NO3)2胁迫下番茄幼苗生长及生理特性的影响

[目的]本文旨在研究外源硅(Si)和CO₂加富对Ca(NO₃)₂胁迫下番茄幼苗生长及生理特性的影响,探讨Si和CO₂加富缓解番茄Ca(NO₃)₂胁迫的作用机制。[方法]采用水培法,以2叶1心的“中杂9号”番茄幼苗为试材,CO₂浓度分别设置为常规(400±20)μmol·mol^-1(以4表示)和加富(800±20)μmol·mol^-1(以8表示),Si浓度设置为1.5 mmol·L^-1的Na₂Si O₃·9H₂O(以Si表示),以常规CO₂浓度、正常营养液为对照(以CK表示),研究外源Si和CO₂加富处理对100 mmol·L^-1Ca(NO₃)₂胁迫(以Ca表示)下番茄幼苗生长、光合特性、水分代谢、...