CO2浓度增加对半干旱区马铃薯生长动态及产量、品质的影响

为了解CO₂浓度升高条件下马铃薯生长动态及其产量、品质的变化特征,在典型半干旱区（甘肃定西）利用开顶式气室(OTC)试验平台,以马铃薯‘新大坪’为供试品种,设对照(390 μmol·mol^-1)和590 μmol·mol^-1共2个CO₂浓度梯度,开展CO₂浓度增加模拟试验。结果表明：CO₂浓度增加至590 μmol·mol^-1时,马铃薯发育加快,生育期提前,全生育期天数缩短3 d;CO₂浓度升高对马铃薯株高、叶面积指数、叶绿素含量和叶片水势有明显促进作用。随着生育进程的推移,马铃薯地上部干物质生产对CO₂浓度的响应值呈现先变大再变小的趋势。CO₂浓度增加促进了马铃薯块茎产量的提高,单株结薯数和单株薯块质量也有所增加。与对照相比,590 μmol·mol^-1CO₂处理马铃薯块茎水分、蛋白质、维生素C含量以及铁、锌、铜元素含量分别下降3.43%、11.78%、13.09%、25.58%、31.94%和9.76%,而粗淀粉、粗脂肪、粗纤维和还原糖含量分别增加10.56%、240.00%、14.28%、106.38%。     

O_3浓度升高对麦季土壤-植株系统中微量元素的影响

利用O3-FACE平台研究近地面臭氧浓度升高（目标值比周围大气高50%）对2009—2010年间麦季各生育期不同深度（0～5cm,5～10cm和10～15cm）耕层土壤微量元素有效性和成熟期地上部分微量元素累积量的影响。结果表明,近地层大气O3浓度增加提高了麦季耕层（0～15cm）土壤中有效性Fe、Mn含量,降低了有效性Cu、Zn含量,对Zn的减幅达27.3%（P〈0.05）;大气O3浓度升高对土壤5～10cm土层DTPA提取态Fe、Mn、Cu、Zn的影响最大;高O3浓度显著降低了5～10cm和10～15cm土壤DTPA-Zn含量（P〈0.05）。O3浓度升高降低了小麦成熟期生物量和微量元素累积量。对不同层次土壤有效态微量元素和成熟期微量元素累积量对O3浓度升高响应进行了分析,同时指出应从土壤性质和作物生长两个方面进一步研究全球大气环境变化对土壤有效态微量元素的影响机制。     

北方森林细根对氮沉降和二氧化碳浓度升高的响应

北方森林是全球第二大生物群区,约占全球森林面积的30%,尽管其细根生物量仅占森林生态系统很小的一部分,但其周转率更快,更易分解,因此,其对土壤碳循环和大气CO_2通量贡献很大。笔者综述了氮沉降和CO_2浓度升高的背景数据,总结了细根对二者变化的响应,主要从细根的形态特征、解剖结构和生理功能方面入手,探讨了其对氮沉降和CO_2浓度升高的响应。结论如下:(1)大气氮沉降量一直处于上升状态,与人类活动密切相关的有机氮量所占比例逐渐加大,而无机氮中NH_4~-N和NO_3~-N的变化趋势表现不同;(2)大气CO_2浓度一直呈上升趋势,细根形态特征、解剖结构和生理功能对其表现出明显的响应;(3)树种、年龄、土壤类型等都会改变细根形态、解剖结构和生理功能对氮沉降和CO_2浓度升高的响应结果,但改变的程度不同。研究结果可为北方森林乃至温带森林生态系统功能对氮沉降和CO_2浓度升高的响应提供参考依据和数据支持。     

高架栽培配套基质自动移动摊铺机设计与试验

针对现有高架栽培中的基质摊铺作业仅靠人工完成、劳动量极大等现状,设计了集基质运送、箱内出料、双侧分料落料和均匀摊填为一体的高架栽培配套基质自动移动摊铺机。根据栽培高架设施结构参数和基质流动特性测定结果,提出了基于少量人工操控介入的自动作业式基质架间双侧浮动移动摊铺方案,并设计了箱内折弯出料机构、双侧落料与架上摊平机构等关键部件,解决了箱内基质向上均匀出料及出料-排料协调难题,并实现了对高架竖直方向较大尺寸误差的补偿。完成了参数定型和样机开发,并进行了性能试验验证。试验结果表明,该机实现了330 m2/h的双侧4槽基质精量摊铺作业,能满足100 mm高度误差的仿形作业,4个槽内基质深度相对误差仅分别为7.72%、6.75%、9.33%和9.66%,各槽内基质深度平均误差仅2.01 mm,达到较好的4槽基质平均和均匀摊铺效果。该机为实现高架栽培的机械化配套作业提供了装备支持。     

CO2干扰对红松和长白赤松幼苗土壤微生物量C的影响

以不同浓度CO2(700、500μm o l/m o l)处理的红松和长白赤松幼苗土壤为研究对象,在2003年的7~9月的中旬采样,对0~10 cm层土壤微生物生物量C受高浓度CO2影响进行了研究。结果表明,700μm o l/m o l CO2对红松幼苗土壤微生物生物量C起着极显著(p<0.01)抑制效应,其作用大于500μm o l/m o l CO2处理;受高浓度CO2处理的长白赤松幼苗土壤微生物生物量C表现出了与红松土壤微生物生物量C相似的变化规律。此外,500μm o l/m o l CO2条件对红松和长白赤松幼苗土壤微生物生物量C的影响存在着不稳定性。     

[CO2]升高对粮食作物影响的研究进展

自工业革命以来,由人类活动引起的大气CO_2浓度([CO_2])不断攀升,正驱动着全球气候变化,对全球农业产生重大影响。本文归纳总结了目前作物对高[CO_2]响应的主要研究技术手段,以及作物对高[CO_2]响应的机理研究,并进一步梳理了当前全球关于[CO_2]升高对作物产量和营养品质影响的研究。结果表明:相比封闭式或半封闭式环境控制试验系统,开放式试验系统(如开放式CO_2控制系统FACE)由于其能更加真实地模拟自然条件下作物对未来高[CO_2]的响应和适应情况,被公认为是目前研究作物对高[CO_2]响应的最理想手段。[CO_2]增高会增加C3作物光合速率、生物量和产量,在一定程度上缓解气候变化对农作物产生的负面影响,但是作物对大气[CO_2]的升高存在光合适应现象,当作物长期暴露在高[CO_2]条件下时,高[CO_2]对作物的促进作用会逐渐减缓。近10年的FACE试验发现,对高[CO_2]出现高应答的水稻品种,其光合速率和产量在高[CO_2]下的增加幅度比早期的主要粮食作物FACE试验结果平均高出两倍。此外,高[CO_2]会明显降低大部分非豆科C3作物中蛋白质和矿物质(如锌、铁)以及部分维生素的含量,加剧目前全球约2亿人由于维生素和矿物质元素等营养缺乏导致的健康问题。如何充分利用未来高[CO_2]实现高增产的同时,减缓粮食养分下降的负面影响,是迫切需要解决的科学问题。     

不同类型水稻品种产量和氮素吸收利用对大气CO2浓度升高响应的差异

目的 探明不同类型水稻品种产量和氮素吸收利用对FACE(大气CO₂浓度增高)响应的差异。方法 以常规粳稻、杂交籼稻、常规籼稻共6个品种为供试材料,研究FACE对不同类型水稻产量、氮素吸收利用的影响。结果 1）FACE处理极显著提高了水稻产量,平均增加24.17%, 常规籼稻增幅最大,FACE和对照均以杂交籼稻最高;2）FACE处理显著增加了单位面积穗数,常规粳稻增幅最大,并显著增加了杂交籼稻和常规籼稻每穗粒数;3）FACE处理显著提高了成熟期吸氮量和氮素籽粒生产效率,成熟期吸氮量平均增加21.23%,杂交籼稻增幅最大, FACE和对照均以常规籼稻最高;氮素籽粒生产效率平均增加7.33%,杂交籼稻增幅最大,FACE和对照均以杂交籼稻最高。成熟期吸氮量对产量促进作用略大于成熟期氮素籽粒生产效率;4）FACE处理降低了植株含氮率,成熟期平均下降0.105个百分点,常规粳稻降幅最大。FACE处理极显著提高植株干物质量,成熟期平均增加23.95%,常规籼稻增幅最大;FACE处理显著提高常规籼稻和杂交籼稻成熟期单穗吸氮量,分别增加10.79%、13.93%,但常规粳稻下降了9.60%;FACE处理显著提高了成熟期群体吸氮强度,平均增加22.29%,杂交籼稻增幅最大。FACE处理对水稻全生育期天数无显著影响;FACE处理显著提高茎鞘、叶片、穗各器官吸氮量,叶片增幅最大,平均增加51.86%,杂交籼稻增幅最大;FACE处理显著提高了不同生育阶段吸氮量,抽穗-成熟阶段增幅最大,平均增加108.90%,杂交籼稻增幅最大;5）植株干物质量、单穗吸氮量、吸氮强度、穗吸氮量、抽穗-成熟阶段吸氮量对成熟期总吸氮量的促进作用分别大于植株含氮率、单位面积穗数、生育天数、茎鞘叶吸氮量、移栽-分蘖和分蘖-抽穗阶段吸氮量;6）FACE处理显著提高了氮肥偏生产力,降低了每百千克籽粒需氮量,前者平均增加24.16%,常规籼稻增加最多;后者平均降低4.7%,常规籼稻降幅最大。结论 FACE处理可显著提高水稻产量和氮素吸收利用效率,但品种间差异较大。     

杉木的光合特性及其对CO2倍增的响应

应用Licor-6400便携式光合作用测定系统研究了13 a生的杉木人工林当年生小枝的光合特性、净光合作用速率的日变化及其对CO2倍增的响应.结果表明:①杉木当年生针叶的光补偿点为50 μmol·m-2·s-1,光饱和点为1 200 μmol·m-2·s-1,CO2补偿点为90 μmol·mol-1;②在多云天气条件,杉木针叶净合速率的日变化为一单峰曲线,其走势与光合有效辐射(PAR)的趋势一致.最大净光速率为6.31 μmol·m-2·s-1,出现在中午12时,此时PAR达800 μmol·m-2·s-     

栓皮栎对CO2增长的生理生态响应

通过对 5 0年生栓皮栎天然次生林叶片的活体测定 ,研究了CO2 浓度增长对栓皮栎林光合生理生态特性的影响 .结果如下 :CO2 浓度为 80 0 μmolCO2 ·mol- 1 时栓皮栎叶片的净光合速率比在正常大气CO2 条件下提高 42 .5 3 % ,同时光补偿点降低 ,光饱和点提高 ,光量子效率提高 ;CO2 浓度为 80 0 μmolCO2 ·mol- 1 时 ,栓皮栎净光合速率的日变化为单峰曲线 ,而CO2 浓度为40 0 μmolCO2 mol- 1 时 ,净光合作用的日变化为双峰曲线 ;CO2 浓度倍增 ,栓皮栎叶片的气孔导度 ,蒸腾速率和暗呼吸速率降低 ,水分利用效率显著提高 .栓皮栎叶片对CO2 增长的反应 ,对其生长是有利的 ,对全球CO2 浓度增长起到反馈调节作用 .