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。     

基于APSIM模型旱地春小麦产量对温度和CO2浓度升高的响应

为了探索气候变化对旱地春小麦生长的影响机理,在田间试验的基础上通过调试APSIM模型参数,并对模型进行检验,用APSIM模型模拟7个温度水平和7个CO2浓度水平组合设计下的春小麦产量,并采用二次多项回归和通径分析研究春小麦产量对温度和CO2浓度升高的响应。结果表明:当温度不变,CO2浓度每升高100 mol·mol-1,春小麦平均增产4.9%,最大增产可达到14.6%;春小麦产量随CO2浓度升高呈递增型二次抛物线变化,但春小麦产量会出现报酬递减。当CO2浓度不变时,温度每升高1℃,春小麦平均减产6.1%,最大减产幅度高达14.2%;春小麦产量随温度升高呈递减型二次抛物线变化。温度和CO2浓度同时升高对春小麦产量存在正的协同作用,但温度对春小麦产量负效应大于CO2浓度对春小麦产量的正效应。温度和CO2浓度同时升高会对旱地春小麦产量形成不利。     

CO2浓度升高对不同水稻品种幼苗养分吸收和根系形态的影响

本文利用水培试验研究了CO2浓度升高对水稻幼苗生物量、养分含量和根形态的影响,探讨了CO2浓度升高下粤杂889(YZ)和荣优398 (RY)幼苗养分吸收和根系形态的差异性.结果表明,与CO2浓度正常水平(对照)相比,CO2浓度升高显著增加了2个水稻品种幼苗根系、茎叶和总生物量,YZ分别增加58.33％、27.96％、33.16％;RY分别增加45.87％、34.17％、36.07％.同时,CO2浓度升高增加了2个水稻品种的根冠比.CO2浓度升高显著降低了2个水稻品种茎叶中的N、P、K、Ca、Mg和Fe含量,这是“稀释效应”的结果;但YZ幼苗中S含量显著增加,2个品种幼苗Mn含量均显著增加.CO2浓度升高显著增加了2个水稻品种的幼苗根系根毛数、总根长、表面积,降低幼苗粗根比例,增加了细根比例.CO2浓度升高增加了细根在总根长中的比例,有利于水稻对养分的吸收,导致部分营养元素含量增加;但CO2浓度升高条件下水稻生物量的增加使大部分营养元素含量降低.同时,CO2浓度升高对水稻幼苗生物量、养分吸收和根形态的影响存在显著的品种差异.     

番茄对二氧化碳浓度增加的反应

本文综述了生长环境和根系介质CO2浓度增加对番茄生长发育、产量、品质和生理反应的效应,以及环境因素与CO2相互作用对番茄的影响。CO2浓度增加可以促进番茄生长,提高产量和品质; 可以促进光合作用、抑制呼吸,降低蒸腾,减轻病虫害发生。环境因素可以影响番茄对CO2的反应。今后应重点加强CO2浓度增加条件下番茄养分吸收特性的研究。     

铜镉污染土壤上CO2升高对水稻光合特性的影响

采用盆栽试验,在开顶式气室(Open Top Chamber,OTC)中种植水稻,研究了南北方10个水稻品种(5种籼稻、5种粳稻)在CO2浓度升高下不同污染土壤上不同生育期的光合特性影响.研究结果表明:高CO2浓度和正常CO2浓度条件下,大部分的水稻品种最大光合速率在分蘖期,在成熟期最小;CO2浓度升高使水稻在不同生育期光合速率都增加,且在不同污染土壤上的水稻品种光合速率变化一致,5种粳稻光合速率增加幅度均在抽穗期最大,其增加幅度在高污染土壤和低污染土壤上分别为:64.14％～ 143.19％、73.58％ ～132.3％,5种籼稻光合速率增加幅度均在成熟期最大,其增加幅度在高污染土壤和低污染土壤上分别为:104.33％ ～ 256.00％、100.99％～254.81％.CO2浓度的升高对光合速率、胞间CO2浓度的影响表现出趋势一致性变化,且都达到了显著水平,气孔导度与蒸腾速率在CO2浓度升高的情况下在各个生育期的变化趋势不一致,且都没有达到显著水平.     

CO2浓度升高对重金属污染下稻米品质影响的研究进展

目前研究CO2浓度升高对农作物的影响主要集中在光合作用、生理生态反应和产量形成等方面,对重金属污染胁迫下CO2浓度升高对水稻生长发育和品质影响的研究甚少。本文通过详述Cu、Cd等重金属污染条件下,CO2浓度升高对水稻生长发育及稻米品质的影响,揭示重金属污染条件下CO2浓度升高影响Cu、Cd在土壤-水稻系统中的运移状况及其稻米营养品质方面的相关机制,为CO2浓度持续升高背景下复合污染农田风险评估、农产品安全调控提供科学依据,也对于预测未来气候条件下人类稻米品质变化及水稻品种的选育意义重大。     

大气CO2浓度升高和氮肥互作对玉米花后功能叶碳氮同化物的影响

在常规大气CO2浓度（aCO2，400±15μmol·mol−1）和高CO2浓度（eCO2，550±20μmol·mol−1）下分别设置无氮（ZN）和施氮（CN，180kg N·hm−2）2个氮水平的交互处理，以夏玉米品种郑单958为供试材料开展田间试验，测定花后功能叶碳同化物（可溶性糖和淀粉、总碳）动态和氮吸收及同化物组分（硝态氮、游离氨基酸、可溶性蛋白、非溶性氮化合物细胞壁氮素和类囊体氮素、总氮）动态以及碳氮比动态的变化及玉米产量，以探究CO2浓度升高和氮肥交互作用下，以玉米为代表的C4作物花后功能叶不同组分碳氮同化物质量分数及动态和产量的变化，以期为全球气候变化下玉米生理过程的变化提供理论支撑，同时为玉米作物模型调参提供实证数据。结果表明：（1）本试验条件下，大气CO2浓度升高对夏玉米生物量及产量的作用不显著。（2）eCO2下夏玉米花后功能叶主要碳同化产物（可溶性糖和淀粉）和总碳的质量分数显著（P＜0.05）增加，功能叶中氮同化物中简单组分（硝态氮、游离氨基酸及可溶性蛋白）质量分数和碳氮比、地上部生物量、产量也有一定增加，但未达显著水平；而氮同化物中的结构氮组分（如细胞壁氮和类囊体氮）质量分数显著降低，总氮也有一定降低趋势，显示出后期结构氮组分合成有一定不足。（3）氮肥施用显著增加了花后功能叶碳同化物（如可溶性糖和大部分时期淀粉）及各种氮同化物的质量分数和生物量及产量，对总碳的增加作用不显著。（4）eCO2下合理施用氮肥，会使地上部生物量、产量、功能叶中简单碳同化物可溶性糖、简单氮同化物指标（硝态氮、游离氨基酸和可溶性蛋白）和总碳质量分数达到较优。因此，在未来大气CO2浓度升高为特征之一的气候变化背景下，氮素合成的生理调控管理对促进碳氮代谢及玉米高产优质有积极作用。     

CO2浓度升高对2个品种水稻Cu吸收、根形态和植物络合素合成的影响

为探讨CO2浓度升高条件下不同水稻品种粤杂889 (YZ)和荣优398(RY)对耐Cu胁迫性的变化特征,利用水培试验研究不同Cu浓度下CO2浓度升高对2种水稻幼苗生物量、Cu含量、根形态及植物络合素(GSH和PCs)的影响.结果表明,低铜处理对水稻生长具有促进作用,增加2种水稻生物量及根系根毛数、总根长、表面积和体积.随着Cu处理浓度升高,根系GSH和PCs含量分别呈现渐减和渐增趋势.CO2浓度升高条件下,2种水稻生物量显著增加,600 μmol/L Cu处理时增加比例最大,YZ和RY分别增加59.8％和49.0％;水稻根、茎叶Cu含量降低,但根系形态各个指标明显增加,且在高Cu处理下其增加比例较大.CO2浓度升高显著增加根系PCs合成,50 μmol/L Cu处理时增加比例最大,YZ和RY分别增加121.6％,78.7％.在CO2浓度正常与升高条件下,根系GSH、PCs含量与Cu浓度都具有显著相关性.CO2浓度升高通过增加根系形态和PCs含量以增强水稻对Cu的抗逆性,但存在着品种差异,YZ的增加比例大于RY.     

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。     

流动沙丘不同深度CO_2浓度差异研究

利用红外CO2分析仪对民勤流动沙丘不同深度CO2浓度变化特征进行了昼夜连续观测,同时结合同步温度资料,分析了不同深度沙丘CO2浓度变化特征,得出了1 m、2 m和4 m深度处的CO2浓度累积值依次增大;在1~4 m深度范围内,流动沙丘CO2浓度和大气温度之间呈显著的线性正相关;流动沙丘CO2浓度白天高于夜间,这种变化与昼夜温度变化规律相一致,但由于沙丘厚度大,深层温度的升降相对于大气温度的升降具有滞后性,导致了两者具有不同步变化的现象。大气温度是决定流动沙丘CO2昼夜浓度变化规律的主要因素。此外,沙丘中有机碳含量,沙丘疏松状况、沙丘含水量等都会对CO2昼夜浓度变化有一定的影响。查明沙丘CO2浓度昼夜变化规律对研究全球变暖的原因以及植被破坏对大气中CO2的影响有重要的科学意义。     

施肥与品种演替对麦田CO2排放量的影响

采用田间试验与静态箱法,研究了施肥与不同年代小麦品种演替对麦田CO2排放量的影响。结果表明:(1)施肥能增大麦田土壤CO2的排放量。有机肥与适量的氮磷钾肥配合施用,促进了小麦根系的生长,增加根重和根冠比,植株生长旺盛,光合作用增强,促进了根系呼吸速率与土壤CO2的排放。不同施肥处理CO2排放量变化总趋势是:中氮处理(N1PKM)>高氮处理(N2PKM)>低氮处理(N0PKM)>空白处理(N0P0K0M)。(2)不同年代小麦品种演替影响麦田CO2的排放。根干重、根冠比、生物产量与土壤CO2的释放量呈正相关。也就是说,近期(2000年)品种山农11号生育后期根系生长旺盛,有利于碳水化合物向籽粒中转移,因而籽粒产量高,CO2的释放量亦大;早期(50年代)品种碧玛1号与之相反,生育后期根系易早衰,产量很低,CO2的释放量亦很低。总趋势是返青期与拔节期:烟农15号>山农11>碧玛1号,灌浆期:山农11号>烟农15号>碧玛1号。(3)小麦生长旺盛期(拔节期)是麦田土壤CO2排放量的最大时期。总趋势是拔节期>灌浆期>返青期。(4)土壤温度和水分对麦田CO2排放有影响。在小麦生长过程中,随地温的升高与土壤水分的增大,小麦生长旺盛,根系活性增强,加速土壤中微生物的活动和有机质的分解,同时也提高了麦田CO2的释放量。     

CO2浓度升高与气候变化对农业的影响研究进展

全球气候变化过程加剧。阐述了CO_2浓度升高及气候变化对农业的影响,包括CO_2浓度升高对作物生产力的影响,CO_2浓度与温度升高相互影响以及CO_2浓度与水分利用之间相互影响。研究表明随CO_2浓度的升高,作物生产力如生物量、经济产量以及水分利用效率均将有所提高,但高温对作物生产力可能产生不利影响,并指出今后研究重点。     

气温和CO2浓度变化对陕北地区冬小麦产量影响的模拟分析

分析气候变化对农业生产的影响,有利于制定相应的对策,保障粮食安全。在分析陕北地区1957—2013年气温、降水等气象因子变化趋势的基础上,利用AquaCrop作物生长模型模拟分析气温及CO_2浓度等气象因子变化对陕北地区冬小麦产量的影响。结果表明:陕北地区1957—2013年平均气温呈上升趋势,上升速率为0.22℃/10a,平均降水量呈下降趋势,下降速率为0.15mm/10a。气温每升高0.1℃,榆林和延安两地冬小麦分别增产1.5%和0.5%;CO_2浓度每增加10μmol/mol,两地冬小麦分别增产3.8%和2.0%;气温和CO_2浓度同时变化(即气温升高0.1℃同时CO_2浓度增加10μmol/mol),两地冬小麦分别增产5.1%和2.3%。仅考虑气温及CO_2浓度变化,陕北地区"暖干+高碳型"气候有利于提高冬小麦生产力,未来18年陕北地区冬小麦产量将实现不同程度的增产,在3种不同典型年下与2012年相比,榆林地区2020,2025,2030年枯水年、平水年和丰水年冬小麦分别增产21.2%~31.8%,25.4%~36.0%,29.7%~40.7%;延安相应3种典型年下增产3.3%~8.3%,4.4%~9.7%,4.8%~10.5%。因此,可在陕北地区适度增加冬小麦种植面积,增加农业产量。     

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。     

不同CO2浓度下鸡蛋呼吸仿真分析及验证

贮存环境中CO_2浓度对鸡蛋呼吸作用及新鲜度变化具有重要影响,为了进一步考察在不同CO_2浓度下鸡蛋呼吸释放CO_2的扩散及新鲜度变化情况,该研究测定贮存在温度为25℃、相对湿度为65%、CO_2体积分数分别为1.5%、3.0%、4.5%及空气(对照组)环境下鸡蛋呼吸和新鲜度,利用FLUENT软件完成不同CO_2浓度下鸡蛋第1天呼吸释放CO_2的扩散过程仿真。结果表明,利用Fluent软件计算所得气体速度值和试验值基本一致,模拟值与实测值相对误差在4%～9%。不同CO_2浓度下鸡蛋释放CO_2的扩散过程符合重气扩散的特点,其扩散方向受到CO_2浓度的影响,且随着贮存环境中CO_2浓度的增加,鸡蛋呼吸释放CO_2的扩散量和扩散速度逐渐变小,呼吸得到抑制。再通过分析贮存过程中不同CO_2体积分数下鸡蛋呼吸强度和新鲜度变化得出,对照组1.5%CO_2与3.0%CO_2下的鸡蛋呼吸强度和新鲜度具有显著差异(P0.05),当贮存环境中CO_2体积分数达到3.0%时,对鸡蛋呼吸强度的抑制效果不再明显,且新鲜度变化保持不变。3.0%CO_2和4.5%CO_2体积分数下贮存鸡蛋20 d,其新鲜度等级仍在AA级以上,综合经济因素,3.0%CO_2保鲜鸡蛋效果较优。该研究可为鸡蛋呼吸和气调保鲜技术提供理论及数据基础。     

半开放式CO_2和温度递增系统(CTGC)的改进:CO_2浓度控制效果

环境控制模拟系统,是开展农田生态系统对全球气候变化响应研究的有效手段,但目前应用于试验中的模拟系统均存在一定局限,如CO_2气体过量消耗、试验成本较高、模拟的试验环境与真实的自然环境差异较大、试验空间有限、不易重复等。针对这些问题,本研究对半开放式CO_2浓度和温度递增模拟系统(CTGC)进行了硬件升级和设计改进,针对其CO_2浓度的控制效果包括CO_2浓度监测、CO_2气体释放两大系统进行改进,使其能达到精准控制CO_2气体释放,降低试验成本,精确模拟未来高CO_2浓度的生产环境,其空间面积较大,适合多种作物同时试验。改进后的系统利用电磁阀组和CO_2浓度检测传感器组成的多通道监测系统,实时检测各处理区域内的CO_2浓度,实现精准监测。在CO_2气体释放源端,采用比例调节式减压器,有效减少了CO_2从储气罐中被减压后在气体管路中的压力积蓄,控制CO_2气体精量释放;系统将CO_2释放方式由纵向改为横向,释放管道由主管加支管组成,由控制流量调节阀将主管与支管相连接,使气室内形成均匀的CO_2释放区域,从而达到CO_2浓度梯度升高的模拟效果。试运行结果表明,改进后的CTGC系统可以实现CO_2浓度387±4.5、441±13.4、490±20.9、534±24.3和567±28.9μmol·mol-1的梯度递增,系统对环境变化的响应速度加快,能够精确实时监测气室内各处理区域CO_2浓度的变化,并实现CO_2气体的精量释放;系统内的CO_2浓度梯度递增趋于稳定,从而更好地模拟大气CO_2浓度逐渐升高的过程,满足作物对气候变化响应研究的需要。     

甘蔗叶片光合CO2响应参数分析及其品种间差异

甘蔗光合作用的CO2响应是甘蔗生理生态研究的重要内容。作为C4植物的甘蔗具有较高的光合效率,是最重要的糖料作物。为比较不同模型拟合甘蔗CO2响应曲线的效果,分析不同品种甘蔗光合CO2响应特性,探究甘蔗光合CO2响应参数之间的关系,本文使用LI-6400XT光合测定系统在云南开远进行了田间观测,用直角双曲线模型（RH）、非直角双曲线模型（NRH）、叶子飘（Ye）模型拟合6个品种甘蔗光合CO2响应曲线,并分析光合CO2响应参数。结果表明：RH和NRH模型拟合的最大光合速率（Amax）偏差较大,且无法得到CO2饱和点（CSP）。NRH模型拟合的初始羧化速率（η）与实测值最为接近,但得到的呼吸速率（Rp）和CO2补偿点（CCP）均为负。综合来看叶子飘模型模拟甘蔗叶片光合CO2响应的效果最佳。Ye模型得到的光合CO2响应参数中,η与Rp/CCP呈极显著正相关（P<0.01）,Rp与η、CCP呈显著正相关（P<0.05）,Rp、η与CSP呈显著负相关（P<0.05）。有的品种在低CO2浓度时表现高光合特性,伴随高呼吸消耗,同时在高浓度CO2时光合能力较弱,易达到CO2饱和点。Ye模型得到的6个品种甘蔗的Amax平均值为32.44.5mol·m-2·s-1,η平均值为0.1280.060,CSP平均值为115277mol·m-2·s-1,CCP平均值为8.55.5mol·m-2·s-1。品种ROC22具有很低的Rp、CCP和最高的Amax,光合特性最好;除YZ99-91外其它5个品种甘蔗的CSP都较大,能适应大气中CO2浓度的升高。     

阿拉善流动沙漠区沙层CO2浓度与昼夜变化规律研究

利用红外CO2监测仪,对全球最高大的巴丹吉林诺尔图湖东大沙山、沙坡头流动沙丘和民勤流动沙丘进行了19个钻孔的CO2浓度昼夜观测。结果表明,阿拉善流动沙漠区空气中CO2浓度较1 m、2 m、3 m、4 m、5 m沙层中CO2浓度均低,表明在植物极稀少的流动沙漠区温暖季节会向空气中释放CO2,是大气CO2的来源区。沙层不仅白天向空气释放CO2,夜间也在释放CO2。在极端干旱的阿拉善流动沙漠区沙层2 m深处CO2浓度一般较1 m、3 m、4 m、5 m的大,但也有个别例外。流动沙漠区沙层CO2浓度的昼夜变化也具有明显的规律性,各个深度沙层CO2浓度从早8时至次日7时均呈现由低到高再到低的变化规律。沙层CO2浓度与昼夜温度变化呈显著正相关关系。在极端干旱的阿拉善流动沙漠区水分含量较高的沙层CO2浓度明显高,表明沙层含水量高低是决定沙层CO2浓度水平的主要因素。     

稻田CH4和N2O排放对大气CO2浓度升高响应的研究进展

大气CO₂浓度升高是全球气候变化的主要驱动力,可直接或间接影响陆地生态系统碳氮循环。阐明稻田生态系统CH₄和N₂O排放对大气CO₂浓度升高的响应及其机制,是农业生产应对全球气候变化的重要组成部分。本文综述了国内外不同大气CO₂浓度升高模拟技术平台条件下稻田CH₄和N₂O排放的响应规律,进一步讨论分析了大气CO₂浓度升高影响CH₄和N₂O排放的相关机制,并展望了今后稻田CH₄和N₂O排放对大气CO₂浓度升高响应的主要研究方向,以期为应对全球气候变化提供理论依据和技术支撑。     

2004 Mack MD11柴油机燃用氢-柴油混合燃料的排放特性

为了降低柴油机的排放,氢作为柴油机燃料的研究正在引起研究者的关注。该文对2004 Mack MD11柴油机燃用不同比例(最高氢气比例达7%)的氢气与柴油组成的混合燃料的CO、CO2、HC、排放特性进行了研究。结果表明:在各种负荷下,氢气和柴油的混合燃料有助于降低CO、CO2和HC的比排放。随氢气添加量增加(或添加超过一定量以后),CO、CO2和HC各自排放量随着负荷降低的规律不尽相同,在低负荷下排放量的降低更为显著一些。如在10%负荷下,CO排放量减少50%以上;CO2量减少60%以上;HC排放量减少40%以上。