大气CO_2浓度升高与森林群落结构的可能性变化

大气 CO2 浓度升高所引起的森林生态系统生态稳定性的变化会导致森林在结构和功能上的变动 ,概述了大气 CO2浓度升高和陆地森林生态系统可能性变化之间的相互关系的研究情况。由于大气 CO2 浓度升高出现了额外多的 C,供应 ,讨论了以这些额外多的 C经大气 -植物 -土壤途径的流动走向 ,来研究大气 CO2 浓度的升高 ,与森林结构的相互作用 ,探讨了大气 CO2 浓度升高对森林植物生长、冠层结构、引发的生物量增量的分配、凋落物质量和根质量的变化造成的土壤生态过程的变化、微生物共生体、有机质周转率、营养循环的潜在效应以及气温上升对森林植物产生的可能性影响 ,这些受影响的生物要素和生态过程 ,会引起群落内植物间对资源原有的竞争关系发生变化 ,对资源竞争的格局发生变化最终将会导致森林结构的改变。     

全球变化背景下大气CO_2浓度升高与森林群落结构和功能的变化

大气 CO2 浓度升高所引起的森林生态系统生态稳定性的变化会导致森林在结构和功能上的变动。概述了全球变化背景下大气 CO2 浓度升高和陆地森林生态系统可能性变化之间的相互关系的研究情况。由于大气 CO2 浓度升高出现了额外多的 C供应 ,讨论了以这些额外多的 C经大气—植物—土壤途径的流动走向来研究大气 CO2 浓度的升高与森林结构和功能的相互作用 ,探讨了大气 CO2 浓度升高对森林植物生长、冠层结构、引发的生物量增量的分配、凋落物质量和根质量的变化造成的土壤生态过程的变化、微生物共生体、有机质周转率以及营养循环的潜在效应 ,这些受影响的生物要素和生态过程会引起群落内植物间对资源原有的竞争关系发生变化 ,对资源竞争的格局发生变化最终将会导致森林结构和功能的改变。还提出了一个假设性的概念性框架 ,描述大气 CO2 升高引起的森林结构和功能变化的内在机理。     

植物光合作用对大气CO2浓度升高的反应

近年来大气中ＣＯ２浓度急剧增加使人们重新对研究ＣＯ２浓度升高对植物光合作用影响感兴趣。预计在未来的１００ａ中,大气ＣＯ２浓度还将不断增长并达到当今的２倍。ＣＯ２排放量的增加不仅加剧了地球上的温室效应,也将改变全球生态系统中碳的平衡。离浓度ＣＯ２对植物光剑作用的影响表现为短期和长期效应。短时间地供给高浓度ＣＯ２促进阿 光合作用,而长时间生长在高浓度ＣＯ２下抒使某些植物光合能力下降,出现了光合适应现象     

旅游和工业化对亚热带森林地区大气环境质量及两种木本植物叶绿素荧光特性的影响

研究了旅游、工业化等不同类型的人类活动对亚热带森林大气ＣＯ２、ＳＯ２、ＮＯｘ浓度及两种木本植物———木荷（ＳｃｈｉｍａｓｕｐｅｒｂａＧａｒｄｎ．ｅｔＣｈａｍｐ．）和马尾松（ＰｉｎｕｓｍａｓｏｎｉａｎａＬａｍｂ．）叶绿素荧光特性的影响。结果表明,不同形式人类活动使森林中大气ＣＯ２浓度上升了１７～３０μｍｏｌ·ｍｏｌ－１,ＮＯｘ化合物的浓度上升了５～２０ｎｍｏｌ·ｍｏｌ－１,ＳＯ２浓度上升了２～１９ｎｍｏｌ·ｍｏｌ－１。森林大气中ＣＯ２、ＮＯｘ、ＳＯ２浓度随着人类活动的加强而升高。木荷和马尾松叶片Ｆｖ／Ｆｍ、ΦＰＳⅡ和稳态下的ｑＰ随人类活动加强而下降,其下降趋势与ＣＯ２、ＳＯ２、ＮＯｘ的上升趋势相一致。     

全球CO2浓度变化与植物的化感作用

ＣＯ２浓度升高会使植物同化物在体内的含量和分配发生变化,这种变化会影响到植物的某些生理代谢功能,进而影响植物次生代谢物质的形成和分泌,就大气ＣＯ２浓度升高和温度增加将如何影响植物叶片及根系次生代谢物、化感物质、植物残体腐解以及化感作用进行了论述,同时针对目前研究现状和未来可持续农业的需要提出了大气ＣＯ２浓度变化下植物化感作用的优先研究领域。     

大气CO2浓度和温度升高对水稻叶片及群体光合作用的影响

大气ＣＯ２浓度升高对植物光合作用的影响研究多集中在单叶水平,在高ＣＯ２及高温下对植物单叶及群体光合进行比较的研究少有报道,而群体水平的研究则是预测生态系统反应所不可缺少的。采用田间开顶式培养室研究了大气ＣＯ２浓度和温度升高对水稻（ＯｒｙｚａｓａｔｉｖａＬ．）叶片及群体光合作用的影响。发现ＣＯ２浓度和温度对水稻叶片光合作用有协同促进作用,而对群体光合作用的促进则随时间的推移而减弱;单叶光合受到的促进作用大于群体光合;叶面积指数只在营养生长期受到促进,冠层叶片含氮量受ＣＯ２影响降低。群体呼吸（包括茎杆）增加及冠层叶片早衰可能是后期ＣＯ２对群体光合促进作用下降的原因。     

CO_2倍增对植物生长和土壤微生物生物量碳、氮的影响

关于大气ＣＯ２浓度倍增（即为７００μｍｏｌＣＯ２·ｍｏｌ－１空气）将对植物生长产生诸多影响,已有大量报道［１,２］。但ＣＯ２倍增对植物及所在土壤中微生物影响的研究甚少［３,４］。土壤微生物是陆地生态系统中最活跃的成分,担负着分解动植物残体的重要作用,...     

人类活动对亚热带森林大气CO2浓度及两种木本植物碳水化合物含…

研究了包括旅游,宗教活动及工厂废气等不同类型的人类活动对亚热带森林大气ＣＯ２浓度及两种木本植物荷木和马尾松碳水化合物代谢的影响,结果表明,人类不同形式的活动不但影响了ＣＯ２日进程变化,而且使ＣＯ２的垂直分布发生了改变,与对照相比,人类活动引起森林大气（５～１５ｍ）ＣＯ２上升了４～１１μｌ．Ｌ＾－１马尾松和荷木叶片的可溶性糖和非结构性碳水化合物随人类活动的加强而下降,其下降趋势与ＣＯ２上升趋势基本一     

大气一氧化碳浓度升高对植物生长的影响

大气ＣＯ２浓度同对植物生长有促进作用,对Ｃ３植物生长的促进作用最大。短期ＣＯ２浓度升高时,植物光和速率增加;在长期ＣＯ２浓度升高条件下,植物光鸽上降并发生光合适应现象。这可能是植物在长期ＣＯ２浓度升高条件下植物源库关系不平衡引起的反馈抑制作用以及营养吸收不能满足光合速率增加的需要所引起Ｒｕｂｉｓｅｏ活必和含量下降。在ＣＯ２浓度升高条件下植物的呼吸也会发生变化,根的分枝和数量增多,根系的分泌量和吸收     

尖峰岭热带山地雨林生态系统 碳平衡的初步研究

报道了我国海南岛目前保存面积较大、林分的组成和结构复杂的热带山地雨林生态系统的Ｃ素库和群落的ＣＯ２排放动态。通过在尖峰岭林区进行为期３ａ的研究,结果表明：热带山地雨林的碳素库主要有３个方面,即森林生物量中的Ｃ为２３４．３０５６ｔ／ｈｍ２,森林凋落物现存量中的Ｃ为２．９８ｔ／ｈｍ２以及土壤层中的Ｃ为１０４．６９６ｔ／ｈｍ２,合计为３４１．９８１６ｔ／ｈｍ２。森林生态系统中的ＣＯ２平衡的基本动态为：每年用于群落总第一性生产力所同化的ＣＯ２总量为７４．２８ｔ／ｈｍ２,其中４２．６９ｔ／ｈｍ２的ＣＯ２又通过群落呼吸作用而释放出来,用于净第一性生产力为３１．５９ｔ／ｈｍ２;另一方面,凋落物层每年通过呼吸而释放的ＣＯ２量为３．２７ｔ／ｈｍ２,土壤的释放（不包括根系的呼吸）量约为２６．９６ｔ／ｈｍ２。收支相抵,热带山地雨林生态系统每年对大气中的ＣＯ２的固定量为１．３６６ｔ／ｈｍ２,折合Ｃ为０．３７２５ｔ／ｈｍ２。由此可见,恢复、发展和保护热带林生态系统是解决大气中ＣＯ２浓度升高、温室效应等全球性的生态问题的重要途径之一。     

水华鱼腥藻生长与光合作用对大气CO2浓度升高的响应

 为了探讨大气CO2浓度升高对水华藻类的影响,利用水华鱼腥藻(Anabena flos_aquae)作为实验材料,研究了大气CO2浓度加倍对其生长和光合作用的影响,结果显示大气CO2浓度升高导致水华鱼腥藻的生物量、光饱和光合速率、光合效率和光系统II的光化学效率（Fv/Fm）明显提高,但对暗呼吸速率和光饱和点没有明显影响。CO2加倍条件下藻细胞光合作用对无机碳的亲和力降低,表明其利用HCO-3的能力受到抑制。     

大气二氧化碳浓度增加对木本植物BVOCs释放的影响

植物挥发性有机化合物(biogenic volatile organic compounds,BVOCs)在近地表臭氧和二次有机气溶胶生成中有重要作用,而大气CO2浓度上升对植物BVOCs释放有显著影响。利用Meta-analysis方法对已发表的数据进行整合分析发现:(1)总体而言,大气CO2浓度增加会导致不同木本植物(常绿与落叶)BVOCs释放降低;(2)就不同木本植物BVOCs释放而言,大气CO2浓度增加主要导致落叶植物BVOCs释放速率降低,而常绿植物则以增加为主;(3)就植物释放BVOCs种类而言,大气CO2浓度增加显著降低异戊二烯的释放速率,对单萜烯释放速率则无显著影响。结果可为阐明陆地生态系统BVOCs释放对全球CO2浓度增加的响应提供依据。     

Effects of atmospheric CO2 concentration enhancement and nitrogen application rate on wheat grain yield and quality

FACE platform was applied to study the effects of elevated atmospheric CO2 concentration on wheat grain yield and quality under two nitrogen (N) application rates. Elevated atmospheric CO2 concentration and applying N increased the grain yield, spike number, grain number per spike, and biomass significantly, but elevated CO2 concentration had no significant effects on harvest index (HI). Under elevated CO2 concentration, there was a significant decrease in the protein, gliadin, gluteinin, and glutein contents of the grain and the sedimentation value of the flour, and a significant increase in the starch and its components contents of the grain; under N application, an inverse was observed. The dough stability time and the dough viscosity characteristics, such as peak viscosity, final viscosity, and setback value, increased significantly under elevated CO2 concentration and high N application rate. The interaction of atmospheric CO2 concentration and N application rate had significantly positive effects on wheat grain yield and biomass, but less effect on grain quality. Therefore, with elevated atmospheric CO2 concentration in the future, maintaining a higher N application level would benefit wheat grain yield and paste characteristics, and mitigate the decline of grain quality.     

大气CO2浓度升高对稻季土壤中麦秸降解及氮素分趋的影响

利用中国唯一的稻麦轮作FACE(free-air carbon dioxide enrichment,开放式空气CO2浓度增高)试验平台,研究大气CO2浓度升高对稻季土壤中小麦秸秆降解速率及其氮素分趋的影响.试验设置Ambient(目前空气对照)和FACE(Ambient+200 μmol·mol-1)两个CO2浓度以及低氮处理(LN,150 kg·hm-2)和高氮处理(HN,250 kg·hm-2)两个氮肥水平,在稻季之初按标记麦秸/土壤重量比0.3%添加15N标记小麦秸秆,根据水稻生长时期依次采样测定秸秆降解速率,并通过分析土壤全氮、植株全氮及其15N丰度来观察已降解秸秆的氮素分趋情况.结果发现,大气CO2浓度升高对高氮处理土壤中小麦秸秆降解速率没有显著影响,但显著促进了低氮处理土壤中小麦秸秆的降解(p < 0.05),使其提高到与高氮处理土壤相当水平;大气CO2浓度升高显著增加了已降解秸秆中氮素的流失,在高氮处理土壤中尤为严重,而对植物吸收已降解秸秆中的氮素没有显著影响.结果表明,大气CO2浓度升高在土壤氮素相对不足时会加速土壤中小麦秸秆的降解,而在土壤氮素相对充足时又会加大降解秸秆中氮素的流失.     

大气CO2浓度和氮肥水平对小麦籽粒产量和品质的影响

应用FACE平台,研究了不同氮肥水平下大气CO₂浓度升高对小麦籽粒产量和品质的影响.结果表明： 大气CO₂浓度升高（FACE）和增施氮肥显著提高了小麦籽粒产量、穗数、穗粒数和生物量.但FACE处理对收获指数无显著影响.FACE处理显著降低了籽粒蛋白质、醇溶蛋白、谷蛋白、面筋含量和沉降值,显著提高了小麦籽粒淀粉及其组分含量,而氮肥处理具有相反的效应.面团稳定时间及峰值黏度、最终黏度、反弹值等黏度特征参数在FACE和高氮水平下显著增加.此外,CO₂浓度与氮肥水平互作对小麦籽粒产量和生物量有显著的正效应,但对籽粒品质无显著影响.在未来大气CO₂浓度升高的情况下,维持较高的施氮量有利于提高小麦籽粒产量,改善淀粉糊化特性,缓解小麦品质特性的下降.     

CO2浓度变化对拟柱胞藻生长与光合作用的影响

为了探讨大气CO₂浓度升高对水华藻类的影响,利用水华蓝藻-拟柱胞藻作为实验材料,研究了CO₂浓度升高对其生长生理和光合作用的影响,结果表明CO₂浓度升高,导致拟柱胞藻的生物量、最大光合放氧速率、光合效率显著增加。当CO₂浓度为700 mg/L以下,暗呼吸速率和光饱和点无明显影响,而CO₂浓度为1000 mg/L时,暗呼吸速率和光饱和点显著提高。随着CO₂浓度增加,藻细胞光合作用对无机碳的亲和力降低,同时胞外碳酸酐酶活性显著下降。这表明大气CO₂浓度的增加,有利于拟柱胞藻的生长和光合,进而增加了水华发生的风险。     

Elevated CO2, rhizosphere processes,and soil organic matter decomposition

The rhizosphere is one of the key fine-scale components of C cycles. This study was undertaken to improve understanding of the potential effects of atmospheric CO2 increase on rhizosphere processes. Using C isotope techniques, we found that elevated atmospheric CO2 significantly increased wheat plant growth, dry mass accumulation, rhizosphere respiration, and soluble C concentrations in the rhizosphere. When plants were grown under elevated CO2 concentration, soluble C concentration in the rhizosphere increased by approximately 60%. The degree of elevated CO2 enhancement on rhizosphere respiration was much higher than on root biomass. Averaged between the two nitrogen treatments and compared with the ambient CO2 treatment, wheat rhizosphere respiration rate increased 60% and root biomass only increased 26% under the elevated CO2 treatment. These results indicated that elevated atmospheric CO2 in a wheat-soil system significantly increased substrate input to the rhizosphere due to both increased root growth and increased root activities per unit of roots. Nitrogen treatments changed the effect of elevated CO2 on soil organic matter decomposition. Elevated CO2 increased soil organic matter decomposition (22%) in the nitrogen-added treatment but decreased soil organic matter decomposition (18%) without nitrogen addition. Soil nitrogen status was therefore found to be important in determining the directions of the effect of elevated CO2 on soil organic matter decomposition.     

树木年轮 δ13C 值及其对我国北方大气CO2浓度变化的指示意义

 本文采样分析了承德市油松年轮中δ13C值自工业革命以来的变化,用以揭示我国北方大气CO2浓度的变化规律。结果表明：承德市油松年轮中的δ13C值自1810年以来平均下降了0.839‰,下降范围0.682‰～1.120‰,指示了大气CO2浓度逐渐升高的特点。δ13C值与历史时期全球大气CO2浓度之间存在显著相关关系(r＝ –0.5609,P<0.01)。应用树木年轮δ13C值与大气CO2浓度之间的关系式,推测出我国北方大气CO2浓度从工业革命以前的约278.4μmol·mol-1上升到目前的340μmol·mol-1。从而为我国的全球变化研究提供了CO2浓度历史变迁方面的证据。