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。     

CO2浓度倍增对棉花生长发育和产量形成的影响

借助于ＯＴＣ－１型开顶式气室，进行了自然状态下及ＣＯ２浓度倍增时棉花生长发育及产量形成过程的模拟诊断试验。结果表明：ＣＯ２浓度倍增对棉花生育进程、生物量和产量等无前显著的正效应。     

开顶式气室原位模拟温度和CO_2浓度升高在早稻上的应用效果

该研究针对气候变化模拟中自由大气CO2浓度增加和红外增温技术投入及运行成本高、波动大,而全封闭的环境模拟室对作物生长环境改变大的不利因素,对传统的开顶式气室(open-top chamber,OTC)系统加以改进,采用将OTC外部空气抽入内部交换过程中自动控制增补CO2浓度及加热增温的方式来模拟未来大气中CO2浓度及气温升高的情况,在早稻生育期内对其温度、CO2浓度和空气相对湿度进行了监测,结果表明:可控温及CO2的OTC内部的日平均温度控制偏差能达到±0.2℃以内,最大偏差为-0.58℃;对CO2浓度的控制偏差范围在-39.4~4.8μL/L,达到了很好的控制效果,完全可以用于气候变化研究中模拟大气CO2浓度及温度升高的情景。同时,该研究还对OTC内部的空气湿度进行了监测,其结果显示在不增温的情况下对空气相对湿度无影响,若增温,则OTC内部的空气相对湿度会增加2%左右。总体来说,可控温及CO2的OTC技术可以用于稻田气候变化模拟试验研究。     

不同二氧化碳浓度处理对棉花生长发育和产量形成的影响

借助于OTC-1型开顶式气室进行了700ppm、500ppm和自然条件下二氧化碳浓度对棉花影响的模拟诊断试验，结果表明：二氧化碳浓度升高，特别是二氧化碳浓度倍增对棉花生育进程、生物量和产量等均有明显的正效应。     

温度和二氧化碳浓度升高对青稞生长的影响

采用开顶式气室（OTC）模拟温度和二氧化碳（CO2）浓度升高的生长环境,以模拟大田环境为对照（CK）,通过大田原位模拟试验对“藏青2000”青稞品种在增温2℃（T2）、增温4℃（T4）和增温2℃同时增加CO2浓度100μL·L-1（T2+CO2）环境下进行观测,分析气候变化环境下青稞的生育期、光合作用、农艺性状及其耕层土壤养分的变化。结果表明：增温处理（T2、T4、T2+CO2）下青稞的生育期缩短5～7d。其中,T4处理的生育期最短,为92d,T2和T2+CO2处理为94d。增温处理中青稞叶片光合作用降低,其净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）和气孔导度（Gs）均显著低于CK。增温处理使土壤耕层有机质和速效钾含量显著降低,速效磷含量提高。与CK相比,T2、T4和T2+CO2各处理青稞产量分别下降31.4%、46.9%和39.4%;增温2℃使青稞农艺性状（株高、干物质量、穗长）有所提高,在增温的基础上增加CO2浓度对青稞的影响并不显著,增温4℃严重影响青稞的正常生长和产量。     

粉垄耕作对宁南黑垆土氮素运移及马铃薯产量的影响

为深入了解宁南旱区条件下粉垄耕作对黑垆土剖面氮素运移及马铃薯产量的影响,选择在有代表性的西吉县新营乡白城村进行田间试验,设置传统旋耕0～20 cm和粉垄耕作0～30、0～40、0～60 cm 4种耕作处理,在不同生育期测定土壤剖面硝态氮、铵态氮、有效磷、速效钾、有机质的含量,分析其在土壤剖面中的变化特点,探讨粉垄耕作对黑垆土氮素运移及马铃薯产量的影响。结果表明:与传统耕作相比,粉垄45 cm处理耕层有机质、碱解氮和速效钾分别显著提高了29.18%、22.31%和28.74%;粉垄60 cm处理分别显著提高了31.24%、27.91%和44.01%。粉垄耕作导致土壤有效磷下移,形成上(0～20 cm土层)减下(20～80 cm土层)增的分布状态。不同耕作处理条件下,硝态氮主要分布在0～40 cm 土层,铵态氮含量各层均较低。粉垄耕作对土壤氮素剖面运移产生阻滞作用,硝态氮和铵态氮的迁移明显减弱。与传统耕作相比,粉垄耕作30、45 和60 cm马铃薯植株吸氮量分别提高了11.45%、32.90%和24.61%,马铃薯产量分别提高了27.43%、38.29%和30.28%。因此,粉垄耕作显著改善了旱地黑垆土供肥特点,提高了马铃薯的吸养能力,达到增产增效、减少环境污染的目的。     

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...     

年际环境温度变化驱动水稻产量及其构成对CO2浓度和温度升高的响应差异

大气CO₂浓度([CO₂])和温度升高是未来气候变化的主要情境，阐明水稻产量及其构成对[CO₂]和温度升高的响应，是助力农业生产应对气候变化的重要组成部分。本文基于开放式[CO₂]和温度升高(elevated temperature and CO₂-free air controlled enrichment,T-FACE)试验平台的多年水稻生产数据，探讨了未来[CO₂]和温度升高对水稻产量和产量构成的影响。结果表明：与对照(CT)相比，高[CO₂](C+T)处理提高了水稻有效穗数和结实率，使水稻增产11.1%左右(5年平均)；增温(CT+)1～2℃减少了有效穗数和穗粒数，使水稻产量下降10%～25%；高[CO₂]和增温互作(C+T+)处理使水稻产量下降约10%，即高[CO₂]并未完全抵消温度升高带来的负效应。多年试验数据比较发现，相同处理对产量的影响趋势较为一致，但年际差异明显。随着年际生...     

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和O3升高对菜地土壤酶活性和微生物量的影响

利用OTC平台和青菜盆栽实验,探索[CO2]、[O3]或[CO2+O3]升高条件下,土壤理化性质、微生物量和土壤酶活性的变化,以期获得未来大气CO2或/和O3升高对土壤微生态系统的风险性。结果表明,[CO2]升高不同程度地提高了土壤的可溶性有机碳（DOC）、可溶性有机氮（DON）、总磷（TP）、总碳（TC）、铵态氮（AN）、硝态氮（NN）含量和含水量（SWC）,进而不同程度地提高了土壤微生物量碳（MBC）、微生物量氮（MBN）含量以及土壤蛋白酶（PRA）、蔗糖酶（SA）、脲酶（UA）、多酚氧化酶（POA）、酸性磷酸酶（APA）和中性磷酸酶（NPA）活性。相反,[O3]升高不同程度降低了土壤DOC、TP、TK、TC、TN、AN、NN、SWC、MBC和MBN含量,提高了MBC/MBN比值,在不同程度上降低了土壤PRA、SA、UA、POA、APA和NPA酶活性。而[CO2+O3]在一定程度上消减了[O3]对土壤微生物量和酶活性的抑制作用,也降低了[CO2]升高对土壤微生物量和酶活性的刺激效应。因此,土壤微生物量和土壤酶活性的变化可用于评价未来大气CO2或/和O3升高对菜地土壤微生态环境的影响。     

作物夜间呼吸作用与温度、二氧化碳浓度的关系

利用美国CID公司生产的CI-310PS便携式光合作用测定仪，在夜间对黄淮海地区秋季作玉米、棉花、大豆呼吸作用进行了测定研究。结果表明：叶片呼吸作用随渐度的升高而加强，其中大豆最为敏感，棉花次之，玉米相对来讲最不明显；CO2浓度升高会对作物夜间呼吸作用产生抑制作用。文中给出了相应的数学模型，为监测夜间作用呼吸作用提供了初步理论基础。     

土壤微生物对大气CO_2浓度升高的响应研究

土壤微生物对大气CO2浓度升高的响应是全面评价大气CO2浓度变化对陆地生态系统影响的关键。文章简要回顾了人工控制微域生态环境CO2浓度增高的研究技术及其发展,并着重介绍了新兴的FACE(Free-air CO2enrichm ent,开放式空气CO2浓度增高)研究手段,进而从土壤微生物区系和生物量、微生物呼吸和酶活性、菌根菌侵染和根瘤共生、土壤硝化和反硝化四个方面综述了大气CO2浓度升高影响土壤微生物的试验报道结果,最后结合新兴的土壤微生物分子生态学研究手段论述了该领域今后应关注开展的主要方向。     

大气CO_2浓度升高对陆地生态系统土壤固碳的可能影响

陆地生态系统碳循环是全球碳循环的重要组成部分,在全球碳收支中占主导地位。大气CO2浓度升高直接或间接地影响土壤碳的固定,碳在土壤的不同固定机理反映了碳的稳定性和周转过程,本文综述了影响碳固定的物理、化学和生物学机理,土壤碳固定的不同状态发生的主要机理不同;受大气CO2浓度升高影响时间长短不一,主要过程有所侧重,但三种机理相互影响。     

绿肥轮作还田对稻田土壤溶液氮素变化及水稻产量的影响

通过研究利用绿肥等改变轮作制度及N素管理后稻田土壤溶液中溶解性N素的动态变化及水稻产量的变化,评价了利用绿肥参与水稻轮作系统,减少无机N肥的施用量,促进水稻生长的同时降低环境负荷的可行性。研究表明,在总N量相当的情况下,冬绿肥还田或冬季休闲稻季土壤溶液中NH4 -N浓度均比稻麦轮作单施化肥的处理低。溶液NO3--N浓度随还田有机物料的C/N增加显著降低。利用豆科紫云英轮作还田,可降低44％的无机N肥用量,溶解性N浓度显著降低,是减小稻季N肥流失环境风险的有效途径。     

大气CO2浓度升高对稻田土壤Ca、Mg迁移的中长期效应

为了进一步认识稻田土壤中Ca、Mg元素生物地球化学循环对大气CO2浓度升高的响应,本实验利用中国稻麦轮作FACE(free air carbon-dioxide enrichment)试验平台,通过观测稻季不同生育期不同深度(30、60和90 cm)土壤溶液中的Ca2+、Mg2+ 浓度,研究大气CO2浓度升高对土壤Ca、Mg淋移的中长时期(第9年)影响。研究结果表明,随着土壤深度的增加,土壤溶液中的Ca2+浓度呈降低趋势,Mg2+浓度呈增加趋势;随着生育期的推进,呈现先增加后减小的趋势,并在抽穗期达到最大值。大气CO2浓度升高略微降低30、60 cm处土壤溶液的Ca2+ 浓度,增加90 cm处Ca2+ 浓度(6.7%)。稻田不同深度土壤溶液中Mg2+ 浓度对大气CO2浓度升高的响应有所不同,且在60 cm处有较强的正响应(12.1%)。研究明确高浓度CO2有加剧Ca2+、Mg2+ 向下淋溶损失的趋势,耕层土壤有机物料输入增多、 浓度增加、pH下降等是主要原因。大气CO2浓度升高对农田生态系统土壤Ca、Mg元素循环的长期影响值得进一步关注。     

铜污染胁迫条件下农田土壤酶活性及微生物多样性对大气CO2浓度升高的响应

在开放式大气CO2浓度升高平台上（Free-Air CO2 Enrichment,简称FACE）,采用盆栽实验,研究了不同浓度Cu污染胁迫条件下,稻麦轮作土壤中土壤酶活性及土壤微生物多样性对大气CO2浓度升高的响应。结果表明,大气CO2浓度升高显著诱导了清洁土壤中蛋白酶、脲酶、尿酸酶活性以及微生物多样性;正常大气和大气CO2浓度升高条件下,3种酶活性都随着土壤Cu污染胁迫的增加而逐渐降低;低浓度Cu污染胁迫条件下（50 mg.kg^-1）,FACE圈中的土壤脲酶和蛋白酶活性显著高于正常大气（Ambience）圈,尿酸酶活性无显著变化;高浓度Cu污染胁迫条件下（400 mg.kg^-1）,土壤脲酶与蛋白酶活性无显著变化,尿酸酶活性则显著降低,其原因可能与不同酶系对铜污染胁迫的敏感差异性以及大气CO2浓度升高对土壤中铜的活化作用有关。与清洁土壤相比,低浓度Cu污染（50 mg.kg^-1）对微生物生长具有一定的刺激作用,Ambience圈和FACE圈土壤微生物多样性都有所增加,FACE圈中这种现象更为明显;高浓度Cu污染胁迫（400 mg.kg^-1）对土壤微生物表现出了明显的毒害作用,微生物多样性有所降低,但在FACE圈中土壤微生物多样性的降低程度要低于Ambience圈,其影响机制有待进一步研究。     

土壤酶活性对温度和CO2浓度升高的响应研究

作为土壤生态系统中的重要组成部分及生物元素循环的积极参与者,土壤酶在陆地生态系统地下生态过程中扮演着十分重要的角色。升高温度和(或)大气CO2浓度可能直接或者间接影响其活性。但目前对温度和(或)大气CO2浓度升高对土壤酶的影响机理、过程及土壤酶对其的响应机制研究相对薄弱。本文初步总结了国内外关于温度和(或)大气CO2浓度升高对土壤酶活性影响研究的现状,并指出了目前研究中存在的不足。     

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。     

CO2浓度升高和氮素供应对黄瓜叶片光合色素的影响

本文通过N供应浓度[2(低N),7(中N)和14(高N)mmol/L]和CO_2浓度[400(C1),625(C2),1 200(C4)μmol/mol]处理的水培试验一,以及硝铵比[14/0(N1),13/1(N2),11/3(N3)和8/6(N4)]和CO_2浓度[400(C1),800(C3),1 200(C4)μmol/mol]处理的水培试验二,共同研究黄瓜叶片光合色素对CO_2升高、N供应浓度和形态的响应。研究结果表明:苗期时,低、中和高N下,C4处理使得植物干物质都明显增加;而初果期干物质提高程度下降,植株生长速率降低。中等CO_2浓度(C3)显著增加植物在各硝铵比处理的干物质量,但最高CO_2浓度(C4)有提高N3处理的干物质量的趋势。苗期时,在低N和中N供应时C4处理显著降低叶片叶绿素a、叶绿素b和胡萝卜素含量;但高N时,C3处理提高总色素含量,C4处理提高叶绿素b含量;初果期时CO_2浓度处理对色素含量无显著影响;N2硝铵比处理,中等CO_2浓度(C3)下叶片的3种色素含量最高。因此当苗期N素供应浓度较低时,CO_2浓度升高会显著降低叶片3种色素的含量,这主要可能与苗期植物生长速率显著提高产生的稀释作用有关。当N浓度为14 mmol/L时,CO_2浓度适当提高显著促进色素合成,其合成速率大于植物生长速率,导致色素含量提高,提高光合能力;初果期时,CO_2浓度升高的促进作用降低缓和了色素浓度的下降。适当提高NH4+-N供应比例也能达到提高色素含量的效果,但CO_2浓度不宜过高。故而植物光合色素含量可能受到CO_2浓度升高导致的植物干物质增加速率和光合色素合成速率改变的双重调节。中N和高N供应时,叶绿素a/b在苗期随着CO_2浓度的升高而降低,在初果期仅在高N时有显著降低。而在硝铵比试验中,植株种植稀疏时,C4处理提高叶绿素a/b。因此,CO_2浓度升高下的植物捕光能力的提高,可通过适当降低叶片光照强度和提高N供应浓度来实现。从实际生产角度出发,使用中等浓度CO_2施肥,提高N肥供应浓度和NH4+-N比例,结合植株的适当密植更有利于光合色素含量提高,优化其组成,从而有利于黄瓜生物量的提高。