大气CO2浓度升高对植物细根影响的研究进展

细根是调节生态系统C平衡的主要组分之一,大气CO2浓度升高对细根影响研究已成为当前全球变化背景下关注的热门课题之一,为此从以下几个方面就大气CO2浓度升高对细根的影响研究进展进行了综述:(1)CO2浓度升高对细根生长动态的影响;(2)CO2浓度升高对细根生理特性的影响;(3)CO2浓度升高对细根组分、分泌物、菌根的影响。由于细根生长受较多因素影响,使得研究结果也表现多样性,此外目前的研究技术和方法也存在一些缺陷,因此如何在非干扰环境条件下开展CO2浓度升高对细根影响的研究,是当前研究地下生态学过程面临的难题之一。     

林木根系呼吸影响因素及根系呼吸对全球变化的响应

林木根系呼吸受多种环境和人为因素影响，对温度（包括大气、土壤温度）的响应呈正相关，温度通过影响根系活性从而促进或抑制根系呼吸二氧化碳释放量。土壤湿度对林木根系呼吸的影响效应与温度相似。适宜的温度能够促进根系呼吸的进行。不同的森林类型的根系组织中氮元素和还原性糖等化学成分含量不同，这从生理的角度解释了不同物种间根系呼吸的差异，包括施肥和采伐等在内的人为因素，通过改变土壤理化性质，也在一定程度上影响着根系呼吸二氧化碳释放量的大小。森林生态系统内根系呼吸对全球变化的响应积极。在大气温度和二氧化碳浓度增加的趋势下，植物光合能力增强，更多的光合产物分配到地下，根系呼吸也出现相应的增强。就林木根系呼吸的主要影响因素及其对全球变化的响应等方面做综合论述，以期为更深入探讨根系呼吸机理、调控因素及其对营林措施的响应等内容提供参考依据。参53     

大气CO_2浓度升高与氮肥管理对麦田土壤有效氮的影响

为了探讨全球气候变化对农田土壤氮素动态的影响,采用中国稻麦轮作系统FACE(Free-Air CO2 Enrichment)平台,开展了大气CO2浓度升高和氮肥管理对麦田土壤有效氮含量影响的研究.结果表明:在低N和常规N处理下,大气CO2浓度升高使拔节期土壤C/N分别增加了5.6%和10.2%,土壤pH分别降低了 2.4%和6.4%(p＜O.05).在小麦生育期内.低N和常规N条件下.大气CO2浓度升高降低了土壤总有效氮和NO3--N含量,相对于低N处理.常规N处理下降的趋势更为明显.在低N条件下,大气CO2浓度使拔节期和成熟期土壤中NH4+-N含量分别增加了7.4%和9.9%,而常规N处理中则表现出相反的趋势.本研究显示,大气CO2浓度升高降低了土壤有效氮含量,而施用氮肥增加了土壤有效氰含量.     

离体根呼吸研究及其在原位根呼吸测量中的应用

运用动态根箱方法,室内测量了马尾松和黄果厚壳桂离体根呼吸随离体时间的变化和在不同CO2浓度下根呼吸速率,并用根离体法在野外测量了鼎湖山针阔叶混交林根呼吸速率。结果表明,根离体后呼吸速率迅速下降,离体30 min后根呼吸速率为未离体时的50%左右,细根呼吸速率高于粗根,且下降速率高于粗根;CO2体积浓度在2 500×10-6条件下离体根呼吸速率为在400×10-6浓度下的33%左右。鼎湖山针阔叶混交林根呼吸速率雨季高于旱季,分别为(127±50)、(84±21)mg.m-2.h-1,主要与温度、土壤含水量和植物生长季节有关。     

土壤呼吸强度的影响因素及其研究进展

探讨了土壤呼吸的研究情况和各因素对土壤呼吸的影响,提出了土壤呼吸研究尚需解决的问题和研究方向,并进行了展望.     

环境CO2浓度升高对植物的影响研究

本文阐述了环境CO2浓度升高对植物的影响。环境CO2浓度升高对植物光合生产有促进作用,其中对C3植物光合生产的促进作用最大。环境中短期CO2浓度升高时,植物光合生产率增加;长期CO2浓度升高条件下,植物光合速率下降并发生光合适应现象。这可能是植物在长期高浓度CO2环境中,光合生产的库源关系不平衡引起的反馈抑制作用和营养吸收不能满足光合速率增加的需求所引起Rubisco活性和含量下降的原故。另外,在环境CO2浓度升高的条件下,植物的呼吸强度也会发生变化;根的分枝数增多,根系的分泌量和吸收能力增加;植物的总生物量增加,对臭氧伤害的抗性增强。同时,温度、土壤N素和P素含量对植物在CO2浓度升高的反应产生影响,适量的N和P素供应能协同CO2升高时植物生长的促进作用．     

大气CO2浓度和温度升高对农田土壤碳库及微生物群落结构的影响

大气CO₂浓度和温度升高会通过影响作物的光合作用,从而影响光合碳向土壤中的输送。输入到土壤中光合碳含量的变化势必会对土壤外源碳的主要分解者--微生物的群落结构产生影响。土壤微生物在土壤有机质的转化过程中发挥着重要的作用,是土壤碳循环的主要驱动者,其群落结构和功能的改变会影响土壤有机质的动态变化,而这些变化会进一步增加或者降低大气中的CO₂浓度,从而对气候变化产生反馈作用。未来土壤的碳平衡取决于大气CO₂浓度和全球变暖对土壤中碳的输入、输出以及碳在土壤中的驻留时间。因此,只有全面了解大气CO₂浓度和温度升高将对土壤碳库及土壤微生物群落结构产生何种影响,才能明确地揭示陆地生态系统对气候变化的反馈机制,对未来农田土壤有机碳库的管理和生产力的维持有重要意义。文章综述了大气CO₂浓度和温度升高及其交互作用对土壤碳库和土壤微生物群落结构的影响。主要结论为：（1）大气CO₂浓度和温度升高对土壤碳库的影响可以相互抵消,但是土壤碳库是否成为碳“源”与温度升高的幅度密切相关;（2）大气CO₂浓度升高增加了光合碳在玉米、小麦等植株各部分的分配,温度升高同样对光合碳的分配规律产生影响,但对不同部位的影响不一致,多呈降低或无显著影响;（3）大气CO₂浓度和温度升高可能对土壤微生物活性及其群落结构产生交互影响,且对不同微生物（细菌、真菌和古菌）群落的影响程度不同,进一步对土壤有机碳的转化产生影响。最后提出未来的研究方向：（1）从气候变化影响植物-土壤互作角度解析根系分泌物的转化过程及其对微生物的影响;（2）通过DNA-SIP进一步研究大气CO₂浓度和温度升高条件下土壤微生物对不同植物来源碳的选择性利用与碳循环的关系,从而阐明气候变化条件下微生物底物利用策略以及微生物群落结构的变化。     

CO2体积分数升高条件下森林土壤的碳循环

从CO2体积分数升高对碳在植物地上地下部分的分配的改变、对细根的周转的影响、与土壤呼吸的关系以及对凋落物的分解的影响方面,阐述了影响陆地生态系统碳循环的因素。     

典型气候/环境因子变化对九段沙湿地碳固定潜力的影响

利用人工气候室模拟长江口区域几种典型气候/环境因子的变化特征（全球变暖、CO2增加和海水无机氮污染加剧等）,并从植物生长量和土壤呼吸角度综合分析了这些气候/环境因素的变化对九段沙湿地土壤有机碳汇聚能力的影响。初步结果表明,在实验范围内,与对照相比,单方面的温度升高、无机氮污染加剧和CO2浓度升高会提高九段沙土壤的有机碳汇聚能力。无机氮污染加剧协同升温对土壤呼吸有一定的消减作用,从而提高了土壤有机碳汇聚能力;无机氮污染加剧协同CO2浓度升高会促使土壤有机碳的排放,使其碳汇聚能力下降;CO2浓度升高和全球升温的共同作用不会显著降低有机碳汇聚能力;无机氮污染加剧和CO2浓度升高的基础上加入升温的三因素交互作用会促进土壤有机碳的排放,使其碳汇聚能力下降。因此,要尽力避免海水中无机氮污染加剧和CO2浓度升高两个因素,以及在此基础上升温情况的同时发生。     

大气CO_2增加对森林生态系统影响研究综述

本文针对大气ＣＯ２逐年增加的现状，分别从受控实验室模拟、历史时期冷暖期演变、气候变化后森林迁移、气候变化后林木生长潜力预测模拟四个方面，对大气ＣＯ２增加对森林生态系统影响的研究进行综述，指出了大气ＣＯ２增加导致全球气候变化的严重后果及其今后的研究对策，概述了ＣＯ２增加对森林生态系统影响研究的最新进展．     

CO2浓度和温度升高对川西亚高山红桦幼苗根系结构的影响

CO2浓度和温度升高对植物产生了深刻的影响,为从多角度对这种影响进行研究,该文利用封闭式生长室系统控制CO2浓度和温度,以红桦幼苗为材料,研究了CO2浓度升高、温度升高以及二者同时升高对川西亚高山红桦幼苗根系结构的影响。结果显示:①与对照相比,CO2浓度升高处理显著增加了红桦细根的生物量（最大增幅达152％）、根 幅（增幅为10％～22％）、0～10 cm土壤层根系总长度、5～10 cm层根夹角。②温度升高处理使红桦细根生物量2004年6、10月增加,8月减少,但只有0～5 cm土壤层与对照相比差异显著;根幅6、8、10月分别减少16％、7％、30％;5～15 cm土壤层根系总长度、0～10 cm土壤层根夹角显著(P0.05)减少。③二者同时升高处理使红桦各层细根生物量８月增加最多,0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm土壤层分别比对照增加237％、51％、107％;根系总长度减少,但0～10 cm土壤层根夹角增加。表明CO2浓度和温度升高均改变了红桦根系结构, 且对浅层根系结构影响较大,这是红桦对气候变化的一种有利适应。      

作物根系结构对干旱胁迫的适应性研究进展

干旱是影响植物生长和作物产量的重要环境因素,全球性的气候变化更加剧了干旱胁迫对作物生产和粮食产量的影响。根系是植株吸收水分的主要器官,它能够调节自身生长发育和对水分的吸收和运输从而对干旱胁迫产生适应性,因而根系在作物适应干旱缺水环境中发挥重要作用。从根系构型和根的解剖结构两方面总结了作物根系形态结构对干旱胁迫的适应性研究进展,并分析了目前根系结构研究方法的现状,指出通过研究方法和技术手段的进步和创新,实现根系表型特征全面、快速和精准鉴定将是未来的发展趋势,这将为抗旱节水作物品种的筛选和评价提供理论指导。     

不同CO2浓度对油菜根系特性及叶片硝酸还原酶活性的影响

[目的]探讨不同CO2浓度对油菜根系特性和叶片硝酸还原酶的影响,为确定环境CO2浓度升高对油菜生理及形态的影响提供参考.[方法]不同CO2浓度温棚环境下,采用Hoagland完全营养液砂培法,设CO2浓度、油菜品种两个因子,探讨不同CO2浓度对油菜根系性状和生理特性的影响.[结果]相对于正常CO2浓度(CK),高CO2浓度处理的油菜品种X-2在抽薹期的一级侧根数、根体积、根茎粗分别增加0.43%、34.33%和16.61%,总根长降低33.01%;在盛花期,根体积、根茎粗、总根长和根冠比分别增加18.77%、9.68%、3.88%和3.57%.X-6高CO2浓度处理在抽薹期的一级侧根数、根体积、根茎粗、总根长分别增加19.58%、9.17%、9.87%和21.08%;盛花期根体积、根茎粗和根冠比分别增加1.95%、12.70%和10.52%,一级侧根数和总根长分别降低6.80%.23.37%.与对照相比,高CO2浓度条件下,X-6的根系活跃吸收面积和总吸收面积在抽薹期和盛花期表现为先降低后增加的趋势,X-2则表现为先增加后降低的趋势;抽薹和盛花期X-2根系活力分别增加83.40%和18.67%,而X-6根系活力较对照分别降低12.50%和380.13%;X-2和X-6在抽薹期的NR活性分别降低12.65%和37.71%,在盛花期则分别增高18.59%和10.67%.[结论]不同生育期不同浓度CO2条件下,品种X-2的根系性状表现相对优于X-6,CO2浓度升高利于改善X-2抽薹期和盛花期的根系性状和生理活性;高CO2浓度对不同时期X-6的根系性状和生理活件的影响无明显规律.     

艾比湖地区棉花与芦苇群落光合和土壤呼吸特性对比整合初探

[目的]分别从拟合方程和CO2通量差值计算两个方面对棉花与芦苇的光合速率和土壤呼吸速率进行整合分析研究,旨在分别从光合速率和土壤呼吸速率的定量分析中寻找定性分析途径,探讨干旱区两大碳循环过程之间的异同,揭示干旱区棉花群落与芦苇群落植物光合和土壤呼吸对生态系统CO2源/汇效应的贡献特征.[方法]利用LI - 6400便携式光合作用测定系统和LI - 8100自动土壤呼吸测量系统,于2009年6月、9月同步测定艾比湖地区棉花(Gossypium)和芦苇(Phragmites australis)群落光合与土壤呼吸速率时间动态及主要环境影响因子,在对二者日变化动态及水热因子对比分析的基础上,分别从拟合方程和CO2通量差值计算两个方面进行整合研究.[结果]棉花和芦苇的光合与土壤呼吸速率在午前(约07:00～11:00)与午后(约15:00～17:00)具有相同变化规律,正午(约11:00～15:00)植物通过自身调控使光合和土壤呼吸丧失同步性;棉花和芦苇群落白天具有不同的净光合日总量和土壤呼吸日总量特征,棉花为1.207×103和0.613×103 mmol/(m2·d),芦苇为0.346×103和0.612×103 mmol/(m2·d).[结论]共同作用于棉花与芦苇光合和土壤呼吸速率的影响因子,彼此之间表现出的相关性和差异性,可在一定程度上解释两者同步变化时各自的特征;从芦苇群落到棉花群落不仅改变了植物光合和土壤呼吸的强度,在某种程度上也改变了土壤碳库、植物碳库和大气碳库比重,对干旱区碳循环过程产生不可忽视的作用.     

吊兰水培根诱导技术研究

[目的]研究组合植物激素对水培吊兰的影响,为吊兰水培提供一定的技术指导。[方法]以生长状况一致的土培吊兰为试验材料,经不同生长激素及不同浓度组合处理,用3种不同的基质固定水培,观察水培吊兰根系生长状况。[结果]经1.0×10-7μg/L 6-BA+3.9×10-6g/L萘乙酸组合驯化液处理,陶粒基质固定的水培吊兰在新根数目、根系长度、根系直径、根活力等生理指标上均优于其他处理。[结论]研究植物激素对植物水生根系生长的影响,对于提高植物水培成活率、扩大水培植物种类有重要意义。     

大气CO2浓度增加对树木生长和生理的可能影响

文章系统综述了国际上在不同组织层次和时空尺度上开展的大气ＣＯ２浓度增加对树木生理和生长影响的最新研究成果和相关的实验方法。包括细胞水平上酶的变化；叶片水平的生理反应。     

碳同位素在草地土壤呼吸区分中的应用

草地生态系统在区域气候变化及全球碳循环中扮演着重要的角色,草地土壤呼吸的区分是定量评价草地植被和土壤碳平衡的基础,有助于理解和预测草地生态系统对气候变化的响应。文章中论述了稳定碳同位素13C和放射性碳同位素14C在草地土壤呼吸区分中的应用。用于区分土壤微生物呼吸和根呼吸的方法主要有：13C自然丰度法、FACE实验法、13C脉冲标记法;用于区分纯根呼吸和根际微生物呼吸的方法主要有：同位素稀释法、模拟根际沉积物法、14CO2动态模型法、根系分泌物洗涤法。碳同位素法几乎不对草地土壤和植物根系产生干扰,可提高对土壤呼吸各组分的测算精度,在区分草地土壤微生物呼吸、纯根呼吸和根际微生物呼吸等组分方面有较大的应用前景。     

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。     

非生物胁迫下植物根系的蛋白质组学研究进展

非生物胁迫是制约植物生长发育、影响作物产量和质量的关键因素,探讨非生物胁迫对植物生长发育的影响是研究植物抗逆机制的重要内容之一,对于开展逆境胁迫耐受性植物育种有着重要意义。综述了植物根系在非生物胁迫下蛋白质组学的研究进展,探讨了非生物胁迫下植物根系蛋白质水平的动态变化,描述了特定蛋白质网络及其相关应答机制,并对非生物胁迫下植物根系的蛋白质组学研究进行了展望。     

铁棒锤根系生长动态研究

采取田间抽样调查的方法,对铁棒锤根系的生长动态进行了研究.结果表明,生长150 d左右子根开始形成,240 d左右子根个数达到最大,270 d左右生长量达到最大(干质量11.47 g/株);在整个生长周期内,母根生长量逐渐减小,生长的后期伴随新母根的形成原母根消失;根系含水量在生长的前期较高(70%~80%),后期较低(62%);根系体积和生长量的变化趋势一致.据此认为,生长210~240 d(6月25日~7月25日)是水肥管理的关键时期.生长270 d(8月25日)为最佳采收期.铁棒锤根系统中全根鲜质量、子根鲜质量、全根干质量、子根干质量、根系体积、子根体积均能建立良好的生长曲线,且相关系数(r≥0.934 5)均达到极显著水平,确定系数高于0.976 5.