大气CO2浓度升高对谷子生长发育与光合生理的影响

研究大气CO2浓度升高对谷子的影响,有助于人们了解未来气候变化后,谷子生产的变化,以提前采取必要的应对措施趋利避害。本研究利用FACE(FreeAirCO2Enrichment)系统首次在大田条件进行了谷子生长发育受CO2浓度升高影响的试验。结果表明,大气CO2浓度升高后,谷子的株高、茎粗、叶面积增加,叶片叶绿素含量下降。在相同CO2浓度下,抽穗期FACE圈内谷子叶片气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和胞间CO2浓度与环境CO2浓度的比值(Ci/Ca)会下降,叶片光合能力有所下降,出现光适应,但水分利用效率(WUE)会提高。     

不同抗性稗草对水稻产量及其生理特性的影响

为探讨对除草剂敏感的稗草和产生多抗性的稗草对水稻生长发育的影响,以南粳9108为试验材料,自水稻移栽至成熟分别与对二氯喹啉酸、稻杰和双草醚均敏感的稗草(敏感稗草,T1)和对二氯喹啉酸、稻杰和双草醚均产生抗性的稗草(多抗性稗草,T2)共生,以无稗草水稻处理为对照(CK)。结果表明,与T1相比,T2的分蘖数、干物质积累量和每穗粒数显著降低、生育期缩短,但千粒重显著增加。与稗草共生后,与CK相比,T1和T2的水稻产量分别显著减产32.5%~33.4%和24.8%~26.7%,T2的减产率略低于T1,但二者差异不显著。与CK相比,T1和T2还显著降低了水稻抽穗期水稻叶面积指数、灌浆期叶片光合速率、根系氧化力、根干重、籽粒中玉米素+玉米素核苷、吲哚-3-乙酸含量、蔗糖合成酶和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶活性和成熟期干物质积累量,T1与T2间差异不显著。水稻叶面积指数、灌浆期叶片光合速率、根系氧化力、根干重、籽粒中玉米素+玉米素核苷、吲哚-3-乙酸含量、蔗糖合成酶和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶活性和成熟期干物质积累量的显著降低是T1和T2致使水稻产量降低的重要原因。本研究结果为杂草综合治理和水稻高产栽培提供了理论依据。     

大气CO2浓度和温度升高影响作物产量的光合生理及分子生物学机制

全球气候变化下,大气CO2浓度升高产生的"肥料效应"因温度的升高对作物产量的影响产生了不确定性,关键在于相关光合生理和分子机制对两因子互作的响应程度.本文综述了不同作物的光合速率、气孔导度、Rubisco酶活性等关键生理指标及产量对大气CO2浓度和温度升高的响应,并从代谢组角度总结了大气CO2浓度和温度升高对作物光合相...     

大气 CO2 浓度升高对水稻氮代谢影响的研究进展

自工业革命以来,大气中浓度不断升高的CO2对C3植物生长发育的影响十分显著。CO2浓度升高条件下,植物光合作用增强,C同化产物增多,C、N代谢的平衡受到影响,植株N代谢发生变化。水稻(Oryza sativa L.)作为世界上最主要的食物来源之一,其N素营养状况的变化必然引起人类食物品质的改变,近年来已成为人们关注的焦点。本文结合气室条件的研究结果,从水稻N吸收和N积累量、N浓度、N代谢相关酶、不同形态的N(主要是蛋白氮)、C/N比、根系含N分泌物以及N与光合适应的关系等方面,重点收集和整理开放式空气中CO2浓度升高(FACE,Free Air Carbon-dioxide Enrichment)条件下水稻对N素的吸收、分配和利用等方面的研究进展,并对有待进一步深入的问题进行了探讨。     

大气CO2浓度升高条件下施加生物炭对水稻生物量分配及产量的影响

  【目的】  大气二氧化碳 (CO₂) 浓度升高会影响作物光合作用,土壤中添加生物炭能够影响作物根系生长,但关于二者互作对作物的影响尚未有明确结论,鉴于此,我们研究了CO₂浓度升高与施用生物炭两者互作对作物的影响。  【方法】  盆栽试验在北京昌平进行,供试水稻品种为吉粳88。试验共设计4个处理,常规大气CO₂浓度 (CK)、常规大气CO₂浓度 + 生物炭 (B)、高浓度CO₂ (F)、高浓度CO₂ + 生物炭 (F + B),常规大气和高浓度CO₂分别为400和550 μmol/mol,生物炭添加量为20 g/kg。于水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、成熟期取样,测定株高、各器官生物量、产量构成因素。  【结果】  相较于CK,其他3个处理均提高了分蘖期、拔节期和抽穗期的水稻株高,F + B处理株高在3个时期平均分别增加了2.4%、1.3%、4.9% (P < 0.01)。相较于CK,其他3个处理均增加了水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、成熟期的单茎、叶片、根系和地上部总干重,B处理和F处理对水稻叶片、根系和地上部总干重的影响均达到极显著水平,F + B处理仅对根系干重的影响达到显著水平 (P < 0.05)。与CK相比,F + B处理的水稻根冠比在分蘖期没有显著变化,抽穗期增加了10.7%,而拔节期和成熟期分别降低了5.0%、12.7%。相较对照,常规大气CO₂浓度下施生物炭 (B) 及单增CO₂浓度处理 (F) 水稻穗长和千粒重增幅达到极显著水平。F + B处理水稻产量构成均表现出增加趋势,仅对千粒重的影响达到极显著水平。  【结论】  高CO₂浓度有利于水稻植株地上部和地下部生长及干物质积累,但会降低结实率及最终产量;在高CO₂浓度下配施生物炭不仅促进植株生长和干物质积累的效果更佳,还显著提高产量构成因素,显示出良好的互作效应。     

CO_2浓度升高对万寿菊生长发育与光合生理的影响

为探究经济花卉万寿菊响应CO_2浓度升高的生理机制,以万寿菊金币品种为试材,利用OTC(open top chamber)系统进行CO_2浓度控制试验,测定了万寿菊形态特征、叶片组织结构、光合色素含量、光合作用及糖类代谢物的变化。结果表明,本试验种植的万寿菊维管束中无"花环状"结构,是菊科中的C_3植物。CO_2浓度升高后,万寿菊叶片栅栏组织增多,栅栏组织内的叶绿体数量增加,光合色素含量增加,净光合速率增强,气孔导度和蒸腾速率在现蕾期和初花期下降,而在盛花期增加,水分利用率在各生育时期均增加。此外,CO_2浓度升高后,万寿菊叶片中还原糖含量、可溶性总糖含量、淀粉含量、纤维素含量均增加。植株的株高、茎粗、单株茎秆重、单株总生物量均有增加,花朵总产量增加27.46%。综上可知,CO_2浓度升高促进了万寿菊叶片光合作用和碳代谢,有利于万寿菊的生长发育。本研究结果有助于揭示万寿菊响应CO_2浓度升高的生理机制,为未来的万寿菊生产开发提供了依据。     

稻麦轮作系统中大气CO2浓度升高对冬小麦生长季土壤呼吸的影响

Studies on the effect of elevated CO2 on C dynamics in cultivated croplands are critical to a better understanding of the C cycling in response to climate change in agroecosystems. To evaluate the effects of elevated CO2 and different N fertilizer application levels on soil respiration, winter wheat （Triticum aestivum L. cv. Yangmai 14） plants were exposed to either ambient CO2 or elevated CO2 （ambient [CO2] ＋ 200 μmol mol-1）, under N fertilizer application levels of 112.5 and 225 kg N ha-1 （as low N and normal N subtreatments, respectively）, for two growing seasons （2006-2007 and 2007-2008） in a rice-winter wheat rotation system typical in China. A split-plot design was adopted. A root exclusion method was used to partition soil respiration （RS） into heterotrophic respiration （RH） and autotrophic respiration （RA）. Atmospheric CO2 enrichment increased seasonal cumulative RS by 11.8% at low N and 5.6% at normal N when averaged over two growing seasons. Elevated CO2 significantly enhanced （P 〈 0.05） RS （12.7%）, mainly due to the increase in RH （caused by decomposition of larger amounts of rice residue under elevated CO2） during a relative dry season in 2007-2008. Higher N supply also enhanced RS under ambient and elevated CO2. In the 2007-2008 season, normal N treatment had a significant positive effect （P 〈 0.01） on seasonal cumulative RS relative to low N treatment when averaged across CO2 levels （16.3%）. A significant increase in RA was mainly responsible for the enhanced RS under higher N supply. The correlation （r2） between RH and soil temperature was stronger （P 〈 0.001） than that between RS and soil temperature when averaged across all treatments in both seasons. Seasonal patterns of RA may be more closely related to the plant phenology than soil temperature. The Q10 （the multiplier to the respiration rate for a 10 ℃ increase in soil temperature） values of RS and RH were not affected by elevated CO2 or higher N supply. These results mainly suggested that the increase in RS at elevated CO2 depended on the input of rice residue, and the increase in RS at higher N supply was due to stimulated root growth and concomitant increase in RA during the wheat growing portion of a rice-winter wheat rotation system.     

大气CO2浓度升高对绿豆生长发育与产量的影响

研究大气CO2浓度升高对绿豆影响,有助于人们了解未来气候变化后绿豆生产的变化,以提前采取必要的应对措施趋利避害.本研究利用FACE(Free Air CO2 Enrichment)系统在大田条件进行了绿豆生长发育及产量受CO2浓度升高影响的试验.结果表明:大气CO,浓度升高后,绿豆叶面积、株高、节数、茎粗增加;倒数第一...     

温度和CO2浓度升高对水稻幼苗的综合影响

通过人工气候箱模拟中国南方稻区湖北荆州地区大气CO2浓度和温度同时升高的3种气候情景,即在背景温度为24～29℃的人工气候箱中设置以CO2浓度为400molmol?1、升温0℃为对照（CK）,以550molmol?1、升温2℃为中强度处理（M）,以700molmol?1、升温4℃为高强度处理（H）,将催芽后的稻种于各气候箱中处理10d,观测水稻种子萌发和幼苗生理特性的变化。结果表明,（1）水稻幼苗苗高、根长、根数（根长大于1cm）、根苗干重及活力指数均随着CO2浓度和温度的同时升高而上升,其中H处理下幼苗苗高比CK长5.78cm,根长比CK高12.91%,根苗干重为CK的2.6倍,活力指数为CK的3.1倍,种子发芽率、发芽势和发芽指数表现为M处理最高;（2）随着CO2浓度和温度同时升高,稻苗丙二醛（MDA）含量和可溶性糖（SS）逐渐降低,脯氨酸（Pro）含量先增加后减小,可溶性蛋白（SP）含量和过氧化氢酶（CAT）逐渐升高。说明在目前温度和CO2浓度条件下未来升温2～4℃同时CO2浓度增至550molmol?1和700molmol?1对湖北荆州稻区水稻种子萌发和幼苗生长不会产生明显不利影响,但此生长期稻苗营养元素累积受到制约。     

高浓度CO2与添加生物炭对水稻根系和产量的交互影响

为明确大气CO2浓度升高背景下,施加生物炭对水稻根系和产量的影响,利用自由CO2富集系统（free-air carbon dioxide enrichment,FACE)对吉粳88号水稻进行研究。试验设计4组处理,分别为大气CO2浓度不添加生物炭（CK）、大气CO2浓度每千克干土加20g生物炭（NB）、高浓度CO2（550µmol·mol−1）不添加生物炭（CN）、高浓度CO2每千克干土加20g生物炭（CB）,分别于水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、成熟期取样测定根系形态和生理指标,水稻成熟后测产,比较各处理间的差异。结果表明,单一因素及互作处理均增加了水稻根系形态指标中的总根长、总根表面积和根冠比,CN处理使分蘖期根系干重降低了39.24%,CB处理对水稻总根长、总根表面积的互作效应在各试验期均达到极显著水平;各试验期水稻根系生理指标对单一因素及互作处理均表现出积极响应,CB处理各试验期根系伤流强度分别增加了148.10%、34.21%、6.13%和40.43%,对根系吸收面积的互作效应不显著;单一因素及互作处理均增加了水稻产量构成中的每穴穗数、每穗粒数和千粒重,CN和CB处理对结实率的影响表现为负效应,CB处理使每穗粒数和千粒重分别增加了0.11%和3.39%,互作效应均未达到显著水平。试验结果显示,除CN处理降低了分蘖期根系干重外,单一因素及互作处理对水稻根系形态及生理指标的影响均表现为正效应,互作处理对水稻根系形态的影响达到极显著水平,对根系生理功能的影响则表现为不显著,提高了水稻产量构成中的每穗粒数,降低了结实率。     

杂交水稻光合和荧光特性对高CO2浓度的动态响应

为探究大气二氧化碳 (CO₂) 浓度增高对杂交水稻光合和荧光特性的动态影响,利用开放式空气中CO₂浓度增高(FACE)系统,研究高CO₂浓度对大田水稻不同生育期叶片光合和荧光参数的动态影响及其种间差异。以高产杂交组合甬优2640和Y两优2号为试验材料,设置环境CO₂和高CO₂浓度2个水平,测定2个品种气体交换和荧光参数。结果表明,大气CO₂浓度升高使2个品种平均叶片净光合速率(Pn)在移栽后30、59、76、91和108 d分别增加25%、16%、25%、18%和8%,除移栽后108 d外,均达极显著水平(P<0.01);甬优2640移栽后76和91 d叶片Pn对CO₂的响应明显大于Y两优2号。除灌浆末期外,CO₂浓度升高使2个品种叶片气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)均呈下降趋势,且Y两优2号的降幅多大于甬优2640。CO₂熏蒸下叶片气孔部分关闭,但叶片胞间与周围空气中CO₂浓度之比无显著变化,甚至明显增加。大气CO₂浓度升高使2个品种灌浆末期PSⅡ最大光化学量子产量均下降4%,但对其他各期均无显著影响;除灌浆末期外,CO₂浓度升高使PSⅡ实际光量子产量和光化学猝灭均显著增加。两杂交组合叶片光合参数对高CO₂浓度的动态响应多存在种间差异,但荧光参数的响应品种间差异较小。本研究结果为增强气候假定情景下水稻响应的预测能力并制订应对策略提供了依据。     

大气CO_2浓度升高对粳稻稻米物性及食味品质的影响

在2009和2010年利用独特的稻/麦轮作系统FACE（Free Air CO2 Enrichment,开放式空气CO2浓度增高）平台,以武运粳21、扬辐粳8号、武香粳14和武粳15为供试材料,研究了高浓度CO（2比大气背景CO2浓度高200 μmol·mol-1）对粳稻蒸煮米的硬度、粘性、香气、光泽、完整性、味道和口感等的影响。物性分析仪测定结果表明,高浓度CO2环境下粳稻熟米的硬度和粘性总体呈增加趋势,其中扬辐粳8号两指标的增幅均达显著水平。食味计测定结果显示,高浓度CO2对蒸煮稻米香气、光泽度、完整性、味道和口感等食味品质指标均没有影响。相关分析表明,CO2与品种的互作对米饭硬度和粘性有显著影响,但对食味品质参数均没有影响。CO2与年度、CO2与年度和品种间的互作对所有测定参数均无显著影响。两年数据一致表明,未来高浓度CO2环境下粳稻蒸煮米的硬度和粘性将呈增加趋势,增幅因品种而异,但米饭食味品质无显著变化。     

气候波动对重庆水稻产量的影响及对策

选用代表重庆四个区域的江津、丰都、奉节、酉阳1960-2001年的气象及水稻产量资料,采用Mann-Kendall突变检测方法对水稻产量资料序列进行分段,利用Logistic曲线进行分段拟合求取水稻的趋势产量,进而得到气象产量,利用积分回归等方法分析气候因子对水稻产量的影响。结果表明：重庆四个地区的水稻单产均在20世纪80年代前期发生突变性增长;采用Logistic分段拟合趋势产量的效果明显优于线性拟合,体现了水稻的实际变化趋势;水稻的气象产量具有较明显的年际变化,表现出一定的阶段性,20世纪60年代初期、整个70年代、90年代中后期气象产量较低,而60年代中后期、80年代中期-90年代中前期水稻的气象产量相对较高;造成重庆水稻减产的主要因素为春季低温阴雨和伏旱等灾害,因此,应采取春季保温和增蓄伏前水等措施促进水稻增产丰收。     

空气温度和CO2浓度升高对晚稻生长及产量的影响

人类活动所导致的气候变化将使大气CO2浓度和温度上升,研究空气温度和CO2浓度升高对晚稻生长和产量的影响,可为评估未来气候条件下粮食安全提供依据。采用改进后的开顶式气室（OTC）大田原位模拟CO2浓度增加60μL·L-1和温度升高2℃的未来气候情景,研究气候变化对晚稻生长及产量的影响,试验设对照(气室内温度和CO2浓度与大田一致,CK)、增温2℃(IT）和增温2℃+CO2浓度增加60μL·L-1（IT+IC）3个处理,对晚稻的株高、分蘖数、叶绿素含量、叶面积指数以及产量构成进行监测。结果表明：（1）IT处理能显著增加晚稻的株高,全生育期株高平均增加约3cm,而IT+IC处理对株高无影响;（2）移栽20d后IT处理对水稻分蘖产生促进作用,每穴约增加1个分蘖茎,IT+IC处理对分蘖数无显著影响;（3）IT处理增加叶绿素含量约0.8个SPAD单位,并显著增加晚稻叶面积指数,而全生育期IT+IC处理对叶绿素含量无影响;（4）IT+IC处理使水稻显著增产,增产率达14.0%,而单纯增温使晚稻空秕率增加,降低千粒重从而导致产量增加不显著。     

保水缓释肥对盐胁迫下水稻生长和光合特性的调控

为了探讨保水缓释肥对作物生长的调控,以"盐稻12号"为材料,研究了不同配比(1%、2%和4%)的盐碱地保水缓释肥(ZL 2012 1 0400570.0)对盐胁迫20、40、80 d水稻幼苗植株形态、根系发育、干重、叶绿素含量、气体交换参数和水分利用效率的影响。结果表明:无论是低盐还是高盐处理下,随着肥料施用配比的增加,植株长势逐渐增强,总根长、根体积、根表面积、根尖数、植株干重均显著上升,尤其在4%肥料施用下这些促进效果尤为明显;随着肥料施用配比的增加,叶片叶绿素含量、气体交换各参数、水分利用效率等均逐渐上升,而气孔限制值显著下降。综上所述,该盐碱地保水缓释肥明显增强水稻幼苗的耐盐性,主要与其能促进盐胁迫下根系生长,提高叶绿素含量,改善气孔限制,促进植株的光合作用并提高水分利用效率有关。     

长期大气CO2浓度升高对稻田CH4排放的影响

大气CO2浓度升高可直接或间接影响稻田CH4排放。深入研究长期大气CO2浓度升高对稻田CH4排放及其相关微生物的影响,对评估和应对未来气候背景下稻田CH4排放的响应具有重要意义。为探明长期大气CO2浓度升高对稻田CH4排放的影响及其机制,依托连续运行10年以上的中国稻田FACE（free-air CO2 enrichment）平台,观测2016—2017年正常大气条件（ACO2）和大气CO2浓度升高200 μmol?mol-1条件（ECO2）下稻田CH4排放通量、产甲烷菌和甲烷氧化菌群落丰度,并采用Meta分析方法定量研究CO2熏蒸年限对稻田CH4排放及其相关微生物群落丰度的影响。结果表明：对比ACO2处理,长期ECO2处理使稻田CH4排放降低28%（P<0.05）,产甲烷菌群落丰度降低39%（P<0.05）,同时甲烷氧化菌群落丰度增加21%（P>0.05）。Meta分析结果发现,随着CO2熏蒸年限的增加,大气CO2浓度升高对稻田CH4排放和产甲烷菌群落丰度的促进作用逐渐减弱,对甲烷氧化菌群落丰度的促进作用却逐渐增大。因此,未来气候条件下,长期大气CO2浓度升高会降低稻田CH4排放,这对缓解水稻种植带来的温室效应具有重要意义。     

环境温度和CO2浓度升高对湖北早稻氮素含量及产量的影响

采用改进后的开顶式气室（OTC）,大田原位模拟温度升高2℃和CO₂浓度增加60μL·L^-1的未来气候情景,观测其对湖北地区早稻植株全氮、土壤氮素及产量的影响。试验设置对照(CK)、增温（增2℃,IT）、增CO2 (增60μL·L^-1,IC)以及增温+CO^₂（增2℃+增60μL·L^-1,IT+IC）4个处理,3次重复,随机区组排列,对早稻各生育期植株全氮含量、土壤NH4⁺-N和NO₃--N含量以及产量构成进行监测。结果表明：（1）温度和CO^₂浓度升高以及二者同增会增加早稻生育早期（特别是分蘖期）植株体内全氮含量,分蘖期以后各处理间差异不显著,籽粒全氮含量差异亦不显著;土壤NH4⁺-N含量与植株全氮变化规律类似,在早稻生育早期,温度和CO^₂浓度升高以及二者同增会增加土壤NH4⁺-N含量,分蘖期以后各处理间差异不显著;（2）温度升高使拔节期、成熟期土壤NO₃--N含量降低,抽穗期土壤NO₃--N含量增加;CO₂浓度增加会提高拔节期、成熟期,降低抽穗期土壤NO₃-N含量;（3）CO₂浓度升高,早稻增产13.4%,与CK差异极显著（P<0.01）,而单独增温或增温+增CO₂处理早稻产量与CK差异不显著。