地表臭氧胁迫对大豆干物质生产和分配的影响

利用结构、性能完全相同的9个开顶式气室（OTC）,开展了大田试验条件下地表臭氧浓度增加对大豆干物质（DM）生产和产量的影响研究。实验设置三个处理：CK为未经处理的空气,T1处理的O3浓度为100nL.L^-1,T2处理的O3浓度为150nL.L-1。结果表明：不同浓度臭氧熏气下,不同生育期大豆干物质重、根瘤数、根瘤干重,鼓粒期根茎的转运率和移动率均显著下降（P〈0.05）。100nL.L^-1臭氧处理对叶片转运率和鼓粒期-成熟期干物质生产速率影响不显著;150nL.L^-1臭氧熏气下,大豆结荚出现时间推迟,叶片转运率和鼓粒期-成熟期干物质生产速率均显著下降。臭氧浓度升高显著降低大豆的单株粒数、粒重及产量,但对百粒重没有显著影响。以上结果表明,100nL.L^-1臭氧熏气下大豆产量显著下降的主要原因是干物质生产速率下降;而150nL.L^-1臭氧熏气下大豆产量显著下降,是由于干物质转移受抑制和干物质生产速率下降共同导致的。     

大气CO2浓度和气温升高对大豆叶片光合特性及氮代谢的影响

以大豆品种“中黄35”为材料,利用人工气候室,设置对照CK（CO2浓度和气温与外界测定值相同）、EC（CO2浓度为外界测定值+200μmol·mol–1,气温与外界测定值相同）、ET（CO2浓度与外界测定值相同,气温为外界测定值+2℃）、ECT（CO2浓度为外界测定值+200μmol·mol–1,气温为外界大气测定值+2℃）共4个处理。大豆整个生育期均种植在人工气候室内,在大豆鼓粒期（8月12日）利用相对叶绿素仪测定大豆叶片相对叶绿素含量,利用便携式气体交换系统测定光合参数,利用便携式光合测量系统测定光响应曲线和CO2响应曲线,并测定叶片氮代谢相关指标,以研究CO2浓度升高200μmol·mol–1和气温升高2℃对鼓粒期大豆叶片的光合特性和氮代谢关键指标的影响。结果表明：（1）ET处理鼓粒期大豆叶片相对叶绿素含量（SPAD）显著增加,EC和ECT处理对其影响不明显。（2）各处理鼓粒期大豆叶片气孔导度（Gs）均显著下降。ET处理中,叶片净光合速率（Pn）、水分利用效率（WUE）显著下降,EC处理对其影响不大,但是可以提高叶片水分利用效率（WUE）,改善气温升高对叶片的负面影响。（3）EC和ET处理鼓粒期大豆叶片最大净光合速率（Pnmax）均显著下降,ECT处理对其影响不显著。（4）EC处理中,鼓粒期大豆叶片CO2补偿点（Γ）、饱和胞间CO2浓度（Cisat）、光呼吸速率（Rp）均显著增加,ET和ECT对其影响不大。各处理均使鼓粒期大豆叶片最大净光合能力（Amax）下降。（5）EC处理鼓粒期大豆叶片硝酸还原酶（NR）活性和可溶性蛋白含量均显著下降,但是ET和ECT处理叶片可溶性蛋白含量显著增加,硝酸还原酶（NR）活性变化不显著,各处理均降低了谷氨酰胺合成酶（GS）的活性。总之,CO2浓度升高200μmol·mol–1可以改善气温升高2℃对鼓粒期大豆叶片光合作用的负面影响,但对氮代谢有抑制作用,而气温升高2℃可以一定程度上缓解CO2浓度升高200μmol·mol–1对鼓粒期大豆叶片氮代谢的抑制作用。     

大气CO2和O3浓度升高对水稻'汕优63'叶片光合作用的影响

大气CO2浓度升高使水稻光合作用增强,而地表O3浓度增加则相反,但人们对大气CO2和O3浓度同时升高情景下水稻光合作用的响应和适应知之甚少。本文利用新型的自然光气体熏蒸平台,以杂交籼稻‘汕优63’为供试材料,设置室内对照(CK,大气本底浓度,实时模拟室外环境)、高浓度CO2(CO2本底浓度+200μmol·mol-1)、高浓度O3(O3本底浓度的1.6倍)、高浓度CO2+O3 4个处理,于拔节期、抽穗期和灌浆期测定稻叶的主要光合参数。整个布气期间,CO2和O3浓度平均的控制目标完成比(TAR)分别为1.04和1.00。与CK相比,CO2处理使拔节、抽穗和灌浆期净光合速率(Pn)分别增加15%、11%和28%,O3处理使对应生育期Pn分别降低32%、32%和88%,CO2+O3处理对拔节期和抽穗期Pn无显著影响,但成熟期Pn平均下降48%。CO2处理使拔节和抽穗期叶片气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)显著下降,但灌浆期无显著变化;O3处理对各期Gs和Tr的影响明显大于CO2处理,且以灌浆期的降幅最大;CO2+O3处理叶片Gs和Tr的降幅总体上明显低于单独的O3处理。CO2处理或CO2+O3处理叶片胞间CO2浓度(Ci)明显增加,而O3处理叶片Ci的变化相对较小。CO2处理使各期水分利用效率(WUE)增加,而O3处理则呈相反趋势,特别是生长后期。CO2+O3处理叶片拔节期和抽穗期WUE平均增加约15%,但灌浆期因O3的累积伤害,WUE不升反降。以上结果表明,大气CO2浓度升高将使杂交稻‘汕优63’叶片光合能力增强,但地表同步升高的O3浓度则使光合能力削弱并表现出明显的累积伤害,大气CO2和O3浓度同时升高可缓解O3胁迫对‘汕优63’光合作用的负效应。     

不同氮效率基因型冬小麦物质生产对CO2浓度升高的响应研究

采用开顶式气室,以不同氮效率基因型冬小麦品种"小偃6号"(氮低效)和"小偃22号"(氮高效)为供试材料,通过盆栽方法,研究不同施氮水平下大气CO2浓度倍增对冬小麦叶面积、株高、生物量和产量的影响。结果表明,在CO2浓度倍增条件下,施氮后氮高效小麦基因型"小偃22号"穗长、株高显著高于氮低效小麦"小偃6号",但叶面积、茎长则相反。施氮水平、基因型和大气CO2浓度水平均不同程度地影响冬小麦生物量、产量及产量构成。同一施氮条件下,大气CO2浓度倍增使两种氮效率基因型冬小麦产量均显著增加,但增加量不尽一致:N1[0.15 g(N).kg-1(土)]处理时,氮低效"小偃6号"和氮高效"小偃22号"产量分别增加90.5%和52.9%,N2[0.30 g(N).kg-1(土)]处理时分别增加73.9%和93.6%。同一施氮条件下,大气CO2浓度倍增使两种氮效率基因型冬小麦地上部、根系、总生物量、每盆穗数、穗粒数和产量也均显著增加。从不同施氮水平看,大气CO2浓度倍增下(750μmol.mol–1)两种氮效率基因型冬小麦地上部、总生物量、穗粒数和产量均表现为N2>N1>N0。说明在该试验条件下,CO2浓度倍增及氮肥投入对作物生长及产量形成存在显著正交互效应。因此,在未来大气CO2浓度增加条件下,增加氮肥投入应有利于促进作物对大气CO2浓度升高的正效应,增加冬小麦的物质生产及提高产量。     

高Co2浓度与土壤干旱对植物体内硫积累及分配的影响研究

人工模拟大气CO2 浓度倍增和土壤干旱对植物体内S含量积累及分配的影响研究结果表明 ,高CO2 浓度和土壤干旱均使冬小麦不同部位含S量增加 ,而使大豆籽粒中S含量减少 ;干旱虽使小麦籽粒S含量增加 ,但却使小麦籽粒减产幅度大于S含量增幅。干旱对大豆的影响大于小麦 ,干旱减少大豆S含量 ,且降低大豆产量。高CO2 浓度和土壤干旱对毛乌素 3种牧草优势种茎和叶S含量的影响较复杂 ,但干旱使茎和叶生物量降幅远大于S含量变化。高CO2 浓度和土壤干旱使植物固定S总量下降 ,表现为负效应。     

缺氮培养大豆Bragg结瘤突变系对CO2倍增的反应

研究了在缺氮条件下，CO2倍增对大豆（GtycinemaxL.）Bragg及其等基因突变体超结瘤大豆nts382和不结瘤大豆Nod49生长和固氮的影响。结果表明在缺氮条件下CO2倍增明显提高大生物量和根系结涵量，但对固氮酶活性的影响则随幼苗的生长而异。播种后25天取样结果显示CO2倍增条件下，Bragg和nts382的固氮比活性和单株固氮活性都显著提高，而其后3天取样的结果没有表现出增加趋势，固氮比活性在nts382反而明显降低。两种CO2浓度条件下，nts382单株固氮活性高于Bragg，但固氮比活性低于后者。两次测定结果的差异说明植物对CO2倍增的反应具有很强的时效性;同时表明，CO2倍增对植物生长和固氮的促进作用不能长期维持。这可能与生物固氮过程本身的复杂性有关。根据本研究结果推测，在未来全球环境变化、CO2倍增条件下，共生固氮植物可能在生态系统氮素平衡中起到更为重要的作用;并有可能通过育种技术改良固氮农作物，提高农作物产量。     

用13C示踪研究CO2浓度倍增对枸杞光合产物积累的影响

CO2作为光合作用的底物,其浓度的高低直接影响植物光合作用能力的大小,为探究近年来大气CO2浓度升高对宁夏枸杞光合产物的影响,应用碳同位素示踪技术与开顶气室法,测定分析2种CO2浓度(倍增浓度(720±20)μmol/mol;对照(360±20)μmol/mol)处理下宁夏枸杞苗木各器官中光合产物积累与分配的差异。结果表明:CO2浓度倍增处理下,宁夏枸杞叶片净光合速率、胞间CO2浓度、气孔导度、水分利用效率均明显高于对照;在速生期,叶片蒸腾速率较对照显著降低,在生长后期没有差异。CO2浓度倍增处理下,未进行标记的宁夏枸杞各个器官的13C自然丰度值相对于对照均有不同程度的下降。13C标记90 d时,对宁夏枸杞各器官在24 h、48 h和7 d的δ13C值进行测定,并与未标记之前的δ13C值比较发现宁夏枸杞叶片δ13C值在24 h最大,根和茎δ13C值在标记结束后48 h最大,之后开始下降,根部δ13C值下降的幅度较小,光合产物总体呈现的是叶向茎,再向根部转移的规律。在CO2浓度倍增处理90和120 d时,宁夏枸杞δ13C值在枸杞根、茎和叶中均有不同程度的升高。处理90 d时δ13C值较对照增加的百分比分别为茎(65.53%)根(27.39%)叶(18.05%),120 d时为果实(145.04%)叶(143.56%)根(49.96%)茎(43.26%)。因此大气CO2浓度倍增,增强了宁夏枸杞的光合能力,增加了光合产物在各器官中的积累,在速生期光合产物在茎中的增加比例最大,而生长后期则在果实和叶中的增加比例较大。     

不同氮素水平下CO2倍增对大豆叶片荧光诱导动力学参数的影响

本文研究了在不同氮素水平下，CCO2倍增对大豆叶片单位鲜重叶绿素（Chl）和类胡萝卜素（Car）含量，以及荧光诱导动力学参数的影响。结果表明，在正常大气下增施氮肥，对叶片Chl含量的提高作用相当于CO2倍增的作用，但是增施氮肥又可进一步强化CO2倍增的作用。CO2倍增和增施氮肥均有改善大豆光合功能的作用，提高大豆的PSⅡ活性和光合作用潜在量子转化效率，提高PSⅡ反应中心开放部分的比例，降低非辐射能量的耗散，使大豆能更充分地利用所捕获的光能用于光合作用，结果促进PSⅡ总的光化学量子产量的提高。增施氮肥同样表现出可增强CO2倍增对光合功能的改善作用。表明要使高浓度的CO2对C3植物光合作用起更好的作用，增施氮肥是必要的。     

高温、高CO2对农作物影响的试验研究

在人工气候室试验研究高温和高CO2浓度对农作物的影响结果表明，高温、高CO2浓度使农作物生育进程加快，作物生育期缩短，作物的光合作用速率升高，蒸腾速率下降和气孔阻力增加；在相同的发育期使作物叶面积、根、茎、叶生长量不足，生物量下降；对不同作物产量结构的影响有差异，对小麦的影响主要是小穗数和穗粒数下降，而对玉米的影响主要是籽粒百粒重下降。高温、高CO2浓度可使农作物叶片中微量元素含量发生显著变化。     

CO2与养分交互作用对番茄幼苗叶片碳、氮积累及碳、氮比动态的影响

营养液栽培条件下,以番茄(品种,合作906)为材料,研究CO2施肥与4种不同养分供应强度的交互作用对番茄幼苗生长及其叶片中的碳、氮浓度与碳、氮比动态变化的影响。结果表明,在不同营养液养分浓度下,CO2施肥能增加番茄幼苗生物量的积累,提高生长速度;增加番茄幼苗叶片中氮、碳积累量与吸收速率;而且对CO2作用效果的响应随营养液养分浓度的提高而增加。在所有处理中碳、氮积累量与吸收速率随生育期的延长呈上升趋势。说明在番茄育苗后期要增加施肥量,而且在CO2施肥的情况下施肥量增加的量要大。CO2施肥对生长在不同营养液中番茄叶片中的碳、氮比在不同生长阶段的影响是不同的,但在同一CO2浓度条件下,番茄幼苗各个取样阶段均表现为碳、氮比随营养液浓度的降低而增加。对番茄幼苗碳、氮积累量、总干生物量与生长时间的关系研究表明,氮积累量、总干生物量与生长时间均符合二次曲线变化。     

羊草、针茅对高CO2浓度及土壤干旱的响应

通过人工模拟试验分析了CO2浓度升高对羊草、针茅的"施肥效应"。结果表明生物量随CO2浓度的升高而增加;总生物量分别增加40.0%和45.0%。土壤干旱对羊草、针茅的生长及干物质积累为负效应且随干旱程度的增加负效应增强。轻度干旱时总生物量分别减少16%和30%左右,严重干旱下降44%和35%左右。在土壤发生干旱条件下,CO2的"施肥效应"有所减弱,羊草比针茅更为明显。     

地表臭氧含量增加和UV-B辐射增强对大豆生物量和产量的影响

利用开顶式气室(OTC)设置4个处理对大豆进行O3与UV-B增强的大田试验,通过观测生物量和产量研究两者对大豆生长的影响。T1为O3含量100nmol/mol的处理,T2为UV-B辐射强度比CK增加10%的处理,T3为T1和T2的复合处理,CK为自然空气。结果表明,O3含量与UV-B辐射增强的单因素对大豆株高、叶面积、茎干重等生物量都有不同程度的负影响,而两者复合后对各生物量的影响效果不一致,在分枝期至结荚期拮抗作用居多,而协同作用则多出现在生育期末期。在整个生育期,各处理均表现为茎分配指数变化幅度较小,CK、T1、T2、T3的根和叶分配指数逐渐降低,且荚分配指数呈快速上升的趋势。由此可见,O3和UV-B辐射单因子胁迫对大豆生物量和产量均产生不同程度的负效应,而两者的复合作用并不是两个单独作用的简单累加。     

水稻与冬小麦对臭氧的反应及其敏感性试验研究

利用OTC－1型开顶式气室对我国主要粮食作物水稻、小麦进行不同O3浓度的长期接触试验结果表明，O3浓度增加可促进水稻发育，小麦前期发育缓慢，后期衰老加快。水稻和小麦灌浆期缩短、株高下降；随着通气时间的延长，干物质量降低。小麦叶片含水率呈抛物线型下降，但对水稻影响不大；在同样高浓度O3环境下水稻叶片受害较小麦晚、发展慢；O3浓度增加，单株产量和千粒重下降，且小麦减产幅度大于水稻，小麦对O3的反应比水稻敏感。     

高CO2浓度和土壤干旱对贝加尔针茅C,N积累和分配的影响

贝加尔针茅是我国内蒙古草原和东北松嫩平原草地生态系统中的主要植物群落。本文通过模拟大气中CO2浓度升高和土壤干旱研究了贝加尔针茅C，N的积累及分配的影响。结果表明：CO2浓度升高使根和叶的生物量显著增加，土壤干旱使根和叶的生物量显著减小；C，N含量随土壤湿度的增加而显著增加，且在高CO2浓度下的C，N含量高于环境CO2浓度下的含量；从C，N的分配看，在叶中的含量显著高于在根中的含量。大气中CO2浓度升高对C，N积累量的增加减轻了大气的温室效应，且这种作用随着土壤湿度的增加而加大。在高CO2浓度下，贝加尔针茅根和叶的C／N比随土壤湿度的增加而减小，但在当前环境CO2浓度下并未表现出这种变化趋势；贝加尔针茅叶的C／N比远小于根的C／N比，叶的营养价值更高。     

Ozone effects on dry matter partitioning and chlorophyll fluorescence during plant development of wheat

In closed-chamber fumigation experiments dry matter partitioning and chlorophyll fluorescence of wheat were studied, analysing the effects of ozone during different stages of plant development. Ozone causes enhanced leaf senescence, leading to a loss of green leaf area and, consequently to a decreased supply of assimilates, affecting (in increasing order of severeness) stem, ear and grain productivity because of reduced storage pools for translocation. Leaves of plants before shooting stage were most sensitive but the lack of green leaf area after ear emergence had the most pronounced effects on grain yield.Measurements of photochemical capacity showed that evidence for negative ozone effects could be found in changes of chlorophyll fluorescence parameters in leaf sections not yet showing visible ozone injury. Negative effects on photosynthesis were more distinct with increasing accumulated ozone dose, with increasing age of leaf tissue and with increasing ozone sensitivity of the cultivar. The changes in chlorophyll fluorescence are most likely to be explained by a decreased pool size of plastoquinones caused by ozone.     

CO2浓度倍增对冬小麦生长发育产量形成及发芽率的影响

利用OTC-1型开顶式气室进行了CO₂浓度倍增对冬小麦影响的诊断试验，结果表明，CO₂浓度倍增对冬小麦生长发育、叶面积变化、生物量及产量形成等影响显著，且均为正效应。     

“绿色革命”以来大气CO2浓度升高对C3作物营养品质的影响

自20世纪60年代"绿色革命"以来,育种技术和农耕技术的发展促进了农作物产量的大幅提升,然而作物的营养品质出现下降趋势。在相似的遗传背景下,大气CO₂浓度升高会使单位体积农作物产品的营养元素含量下降,因此"绿色革命"至今,农作物产品的营养元素下降可能受大气CO₂浓度升高影响。通过植物生长箱模拟"绿色革命"初期和目前的大气CO₂浓度水平(310μmol/mol和400μmol/mol),针对主要C₃作物水稻、小麦和大豆,研究"绿色革命"以来大气CO₂浓度升高对其籽粒的C、N、Fe、Zn元素含量的影响,结果表明:CO₂浓度升高对3种作物籽粒的C元素含量几乎没有影响,变化幅度在±1.5%之间;籽粒的N、Fe、Zn元素含量普遍呈现下降趋势,但均未达到显著水平。     

Impacts of elevated CO2 and O3 on aspen leaf litter chemistry and earthworm and springtail productivity

Human alteration of atmospheric composition affects foliar chemistry and has possible implications for the structure and functioning of detrital communities. In this study, we explored the impacts of elevated carbon dioxide and ozone on aspen (Populus tremuloides) leaf litter chemistry, earthworm (Lumbricus terrestris) individual consumption and growth, and springtail (Sinella curviseta) population growth. We found that elevated carbon dioxide reduced nitrogen and increased condensed-tannin concentrations in leaf litter. These changes were associated with decreases in earthworm individual growth, earthworm growth efficiency, and springtail population growth. Elevated ozone increased fiber and lignin concentrations of leaf litter. These changes were not associated with earthworm consumption or growth, but were associated with increased springtail population growth. Our results suggest that changes in litter chemistry caused by increased carbon dioxide concentrations will have negative impacts on the productivity of diverse detritivore taxa, whereas those caused by increased ozone concentrations will have variable, taxon-specific effects.     

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。