CO2浓度升高和干旱对春小麦生长和水分利用的生态效应

利用开顶式气室对春小麦进行了一个生长季的CO2倍增盆栽实验,土壤水分控制为3个水平（分别为田间持水量（FWC）的80％,60％,40％）。结果显示,CO2倍增显提高小麦的光合速率。但在相同的CO2测定浓度下,生长在加倍CO2浓度下的小麦的光合速率比当前CO2浓度下小麦低22％。高CO2浓度显促进小麦生长,相对增加幅度在适宜水分下最大为14．8％。80％FWC水分条件下高CO2使植株的干重／高度比增加15．7％,高CO2条件下,小麦的蒸腾速率降低,累积耗水量减少,水分利用效率（WUE）提高,WUE的提高幅度在适宜水分下最大,为30％。干旱（40％FWC）使小麦地上干重和WUE在当前CO2条件下分别降低72％和19％,加倍CO2条件下降低幅度较大,分别为76％和23％。根据以上结果得出结论：（1）高CO2条件下,小麦的光合速率,地上生物量和水分利用效率提高;（2）植物长期生长于高CO2浓度导致光合能力降低;（3）高CO2对植物侧向生长的促进作用大于垂直生长,即高CO2下植株将相对粗壮;（4）高CO2对植物的生态效应依赖于土壤水分,在适宜水分下相对较大;（4）在未来高CO2条件下,干旱引起的减产和水分利用效率减低幅度将会更大。     

CO2浓度升高和干旱对春小麦生长和水分利用的生态效应

利用开顶式气室对春小麦进行了一个生长季的CO2倍增盆栽实验,土壤水分控制为3个水平(分别为田间持水量(FWC)的80%、60%、40%).结果显示,CO2倍增显著提高小麦的光合速率.但在相同的CO2测定浓度下, 生长在加倍CO2浓度下的小麦的光合速率比当前CO2浓度下小麦低22%.高CO2浓度显著促进小麦生长,相对增加幅度在适宜水分下最大,为14.8%.80%FWC水分条件下高CO2使植株的干重/高度比增加15.7%.高CO2条件下,小麦的蒸腾速率降低、累积耗水量减少、水分利用效率(WUE)提高,WUE的提高幅度在适宜水分下最大,为30%.干旱(40%FWC)使小麦地上干重和WUE在当前CO2条件下分别降低72%和19%,加倍CO2条件下降低幅度较大,分别为76%和23%.根据以上结果得出结论: (1) 高CO2条件下, 小麦的光合速率、地上生物量和水分利用效率提高;(2) 植物长期生长于高CO2浓度导致光合能力降低;(3) 高CO2对植物侧向生长的促进作用大于垂直生长,即高CO2下植株将相对粗壮;(4) 高CO2对植物的生态效应依赖于土壤水分,在适宜水分下相对较大;(5) 在未来高CO2条件下,干旱引起的减产和水分利用效率减低幅度将会更大.     

模拟氮沉降增加对寒温带针叶林土壤 CO2排放的初期影响

研究大气氮沉降增加情景下北方森林土壤CO2排放通量及其相关控制因子至关重要。在大兴安岭寒温带针叶林区建立了大气氮沉降模拟控制试验,利用静态箱-气相色谱法测定土壤CO2排放通量,同时测定土壤温度、水分、无机氮和可溶性碳含量等相关变量,分析寒温带针叶林土壤CO2排放特征及其主要驱动因子。结果表明:氮素输入没有显著改变森林土壤含水量,但降低了有机层土壤溶解性无机碳(DIC)含量,并增加有机层和矿质层土壤溶解性有机碳(DOC)含量。增氮短期内不影响土壤NH+4-N含量,但促进了土壤NO-3-N的累积。增氮倾向于增加北方森林土壤CO2排放。土壤CO2通量主要受土壤温度驱动,其次为土壤水分和DIC含量。虽然土壤温度整体上控制着土壤CO2通量的季节变化格局,但在生长旺季土壤含水量对其影响更为明显。在分析增氮对土壤CO2通量的净效应时,除了土壤温度和水分外,还要考虑土壤有效碳、氮动态的影响。     

不同土壤水分条件下珍珠油杏的光合光响应特征

用CIRAS-2便携式光合仪测定了不同土壤水分条件下(土壤相对含水量为84.7%～22.8%)2年生珍珠油杏叶片净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率、胞间CO2浓度等光合生理参数的光响应过程,探讨其光合生理特性对土壤水分和光照强度的响应规律。结果表明:(1)随着土壤水分含量的降低,珍珠油杏叶片净光合速率、蒸腾速率、暗呼吸速率、光饱和点均呈降低趋势,表观量子效率先升高后降低,光补偿点先降低后升高。(2)利于珍珠油杏进行高光合作用并维持高水分利用效率的土壤相对含水量为43.6%～84.7%,适宜的光照强度为800～2 000μmol.m-2.s-1,即珍珠油杏对土壤水分和光照强度适应范围较广。(3)在土壤相对含水量43.6%～73.5%范围内,气孔限制是导致珍珠油杏光合速率下降的主要原因,在低于43.6%范围内,非气孔限制是导致光合速率下降的主要原因。研究认为,珍珠油杏是一种抗旱性比较强的植物,适合在华北干旱瘠薄山地引种栽培。     

不同平茬年限人工柠条林光合特性及土壤水分的响应变化

平茬是荒漠草原老化人工柠条林营林抚育的重要措施,为系统认识柠条平茬后连续的生理与生态响应过程及其变化规律,该研究设置对比观测样地,以未平茬柠条(WPC)为对照,以平茬后连续生长1～5年(PC1～PC5)的柠条为处理,对各样地柠条净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度、水分利用效率等光合生理特征及其土壤含水量分布的影响进行测定分析。结果表明:(1)平茬处理对柠条生理特性的影响因平茬年限的增加而异,其中PC1和PC2柠条的净光合速率和蒸腾速率较WPC略有提高,PC1柠条处于补偿生长的活跃期,水分利用效率明显高于其他平茬处理,PC2柠条的水分利用效率开始下降;PC3和PC4的柠条蒸腾速率、净光合速率和气孔导度显著上升,且PC4处理下达到最大值,相应水分利用效率也逐步回升;PC5的柠条几乎不存在补偿性生长,净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率开始回落,逐渐接近WPC;平茬措施对PC1与PC5柠条胞间CO2浓度大小的影响较大。(2)PC1的土壤水分含量在0～100cm土层因受冠层截留大幅减小的影响而低于其他年限平茬处理;PC2的土壤水分略有改善,PC3、PC4的土壤含水量显著提高,PC5的土壤水分状况则逐渐接近于WPC。(3)随平茬年限的增加,柠条光合特性与土壤含水量间存在一定的动态互馈关系,其中PC1的土壤水分略有下降,柠条生长减缓;PC2土壤含水量逐步恢复;PC3土壤含水量增长幅度开始下降,柠条的各项生理指标上升;PC4柠条的光合生理指标、土壤含水量都达到了最高值;PC5柠条的各项指标开始下降。研究发现,PC4处理是柠条光合生理和土壤水分响应变化的拐点,可参考作为平茬柠条优化管理的一个时间节点。     

不同畦长灌溉对小麦耗水特性及产量的影响

在2009-2010和2010-2011年小麦生长季,设置10、20、40、60、80和100 m 6个畦田长度,研究不同畦长对小麦耗水特性及产量的影响.结果表明： ≤80 m畦长处理下,随畦长的增加,灌水量逐渐增加,灌水量占总耗水量的比例增加,土壤贮水消耗量减少,小麦拔节至开花期的耗水量和生长季总耗水量均减少,开花期0～200 cm各土层土壤含水量增加,土壤供水能力提高,籽粒产量和水分利用效率逐渐提高.与80 m畦长处理相比,<80 m畦长处理的灌水量少,上层土壤含水量低,促使小麦吸收更多的深层贮水,总耗水量增加,不利于节水;而100 m畦长处理的灌水量、土壤贮水消耗量和总耗水量均增加,由于一次性灌水量过多且灌溉水分布不均匀,导致小麦千粒重降低,籽粒产量和水分利用效率显著下降,也不利于节水高产.     

CO_2增长对杉木中龄林针叶光合生理生态的影响

通过对 1 7a生杉木人工林小枝的活体测定 ,研究了大气 CO2 增长对杉木中龄林净光合、呼吸、气孔导度和水分利用效率等生理生态特性的影响。结果表明 ,在 CO2 浓度为 4 5μmol/ L左右时 ,杉木针叶净光合速率比正常大气 CO2 下提高 1倍以上 ,气孔导度和蒸腾速率有不同程度的降低 ,水分利用效率提高约 1～ 2倍 ;同时使光补偿点降低 ,饱和点和光抑制点提高 ,光量子效率提高 4 0 %～ 2 95%且阳枝大于阴枝 ,针叶暗呼吸降低 2 0 %～ 72 %。随着 CO2 浓度的增加 ,针叶净光合速率和水分利用效率呈线性上升 ,约到 4 5μmol/ L以后 ,增加速率减慢 ,但 CO2 饱和点可达 1 1 6μmol/ L以上。杉木针叶对CO2 增长的这种反应 ,对大气 CO2 不断增长的条件下杉木生长是有利的 ,但对其长期反应还有待进一步研究。     

土壤水分和光照对西葫芦生长和生理特性的影响

以西葫芦"晶莹一号"为试材,采用盆栽和人工遮光的方法研究土壤水分和光照强度对西葫芦生长发育和生理特性的影响.结果表明:遮光30%条件下各处理的植株生长较好,其中遮光30%和土壤相对含水量为70%～80%的处理植株生长最好,产量最高.遮光70%条件下,各处理的植株生长受到严重抑制,只开花,不结果,没有经济产量形成.不同处理西葫芦的耗水趋势一致,日耗水量和总耗水量都随遮光程度的增加和土壤含水量的降低而减少.遮光30%和土壤相对含水量为70%～80%的处理水分利用效率和水分产出率最高,分别为2.36和1.57 kg.mm-1·hm-2.西葫芦叶片的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度及叶片叶绿素含量随着遮光程度的增加而减小,胞间CO2浓度随着遮光程度的增加而增加.叶片保护酶活性和脯氨酸含量随着遮光程度的增加而降低,丙二醛含量为遮光70%>自然光照>遮光30%.3种光照条件下,随着土壤含水量的增加,西葫芦叶片的光合特性、保护酶活性及脯氨酸和丙二醛含量的变化不同.     

水分胁迫对美国凌霄单叶水分利用效率的影响

利用CIRAS-2型便携式光合作用仪对水分胁迫下3年生美国凌霄(Campsis radifans L.Seen)单叶水分利用效率(WUElemf)的日动态及其与微环境因子的关系进行了测定分析,以阐明其WUEleaf对土壤水分及光照强度的响应规律,探讨美国凌霄维持较高WUElemf所需的土壤水分和光照条件.结果表明:(1)随着水分胁迫的加重,美国凌霄WUElemf表现为减弱趋势,但适度的水分胁迫有利于WUElemf的提高.(2)水分胁迫下,美国凌霄WUElemf多与空气相对湿度、大气COz浓度呈极显著正相关,与饱和水汽压差、大气温度、叶温呈极显著负相关;微环境因子对美国凌霄WUElemf的影响较为复杂,其中大气CO2浓度、胞间CO2浓度、叶温对其影响较大.(3)维持美国凌霄较高WUE lemf的适宜土壤含水量为10.7%～23.1%(相对含水量为39.2%～84.6%),适宜光照强度在600～1600μmol·m-2·s-1之间.     

CO2浓度倍增和土壤干旱对两种幼龄沙生灌木碳分配的影响

利用大型环境生长箱研究了两种幼龄沙地优势灌木柠条 (Caraganaintermedia) 和羊柴 (Hedysarummon golicum) 对CO2 浓度倍增和土壤干旱交互作用的响应。CO2 浓度倍增并没有改善两种沙生灌木叶片的水分状况, 而土壤干旱使叶片的相对含水量 (RWC) 显著降低。在土壤水分充足条件下, CO2 浓度倍增促进两种沙生灌木植株生长, 在干旱条件下则主要促进根的生长, 提高根冠比。土壤干旱显著减少了植株生物量, 但相对促进了根的生长, 特别是显著提高了羊柴的根冠比。CO2 倍增使稳定性碳同位素组分 (δ13 C) 降低, 但土壤干旱使之增加。两种沙生灌木叶片与根部的δ13 C值呈极显著线性关系, 羊柴的斜率大于柠条的, 表明前者叶片与根部在光合产物分配上具有较高的生态可塑性, 这和干旱条件下羊柴的根冠比增加相关联。羊柴的“源库”调节特性反映了对土壤水分胁迫具有较高的耐性。     

黄土丘陵区两典型造林树种生长季树干直径微变化动态及其影响因素

运用DC3型高分辨率树干直径变化记录仪和Granier热扩散探针,对黄土丘陵地区两典型树种辽东栎和刺槐生长季的树干直径微变化和树干液流动态进行连续监测,并同步观测主要环境因子(土壤含水量、太阳辐射、空气温度和相对湿度),分析两树种树干的直径微变化动态特征与蒸腾耗水的关联性及其对环境因子的响应。结果表明: 两树种树干直径和液流通量密度呈现明显的昼夜变化规律,直径日最大收缩量与日均液流通量密度呈显著正相关,树干直径在日尺度上的微变化受当日蒸腾耗水量的影响。对树干直径日最大收缩量和蒸腾驱动因子进行线性拟合,结果显示,树干直径日变化量与主要气象环境因子(日均太阳辐射、日均空气水汽压亏缺、整合变量VT)呈显著正相关。回归曲线斜率表明,辽东栎树干直径日变化量大于刺槐,其直径对气象环境因子的敏感度更大。两树种液流通量密度在较高土壤水分时段高于土壤含水量较低时段,在不同土壤水分条件下辽东栎树干直径日最大收缩量差异显著,刺槐未达到显著水平,这些差异可能与两树种蒸腾调节和树干水分补充等用水策略有关。     

稻草覆盖对冬闲稻田二氧化碳通量的影响

通过研究稻草覆盖对土壤含水量、土壤温度及田间杂草生长的影响,探讨了亚热带红壤性稻田生态系统冬闲期稻草覆盖对CO2通量的影响及其机理.结果表明:稻草覆盖主要通过两个途径影响冬闲稻田的CO2通量:一是稻草覆盖对土壤温度有正效应,使稻田生态系统CO2排放量显著增加,试验期间覆盖处理平均净排放1.99 g CO2·m-2·d-1,而对照处理平均净吸收2.68 g CO2·m-2·d-1,两者差异达极显著水平(P《0.01);二是稻草覆盖使田间杂草的生物量及其吸收的光合有效辐射显著减少, 导致覆盖处理白天CO2排放量提高.稻草覆盖处理土壤表层(0～15 cm)相对含水量比无覆盖处理提高了9%以上,但未对CO2通量的变化产生显著影响.     

有机肥对农田土壤二氧化碳和甲烷通量的影响

研究了不同有机肥施用(鸡粪、猪粪、牛粪)对夏玉米田土壤CO2和CH4通量的影响.结果表明,不同处理的CO2通量具有相同的季节变化趋势,受土壤温度和湿度的共同影响,土壤CO ₂通量和大气温度、地表温度、地下温度呈显著正相关,当温度不是限制因子的时候,CO₂通量和土壤水分含量呈显著正相关(P<0.05).玉米整个生长季大部分时间土壤为CH₄的吸收汇,源汇的变化受环境因子的影响,但是相关分析并不显著.不同处理的土壤CO₂季节平均排放通量为0.5124～0.8518 g·m^-2·h^-1,和CK₂相比,玉米种植促进了CO₂的排放,施用有机肥也增加了CO₂的排放,所有有机肥处理的平均排放通量和CK₂差异显著,但只有S₂和P₂和CK₁的差异显著.不同处理农田土壤CH4的季节平均通量为-0.0068～-0.0484 mg·m^-2·h^-1,有机肥施用抑制了土壤对CH₄的吸收,施肥量高抑制作用强,但是统计分析差异并不显著.     

两种土壤含水率下匙羹藤的光合及水分利用率的初步研究

采用便携式LI-6400光合测定系统,对生长于两种土壤含水率下的当年生匙羹藤光合特性及其水分利用率进行研究。结果表明:(1)匙羹藤叶片的光饱和点(LSP)200～400μmol.m-2.s-1,光补偿点(LCP)12.1880～12.5593μmol.m-2.s-1,表观量子利用效率(α)0.0472～0.0508mol.mol-1,为阳生植物,但具有较强的弱光利用能力。(2)叶片CO2补偿点为70.97～73.75μmol.mol-1,CO2饱和点在1115.51～1687.99μmol.mol-1,羧化效率7.35×10-3～8.64×10-3μmol.m-2.s-1,表明匙羹藤为C3型植物。(3)上午10:00左右和下午4:00左右是匙羹藤水分利用率的最高时段。(4)含水率高时饱和净光合速率(Pm)、表观光合量子利用效率(α)、光饱和点都比含水率低时高,但光补偿点却比含水率低时低,说明匙羹藤利用弱光的能力较强,能有效地利用全日照的强光,光合潜力较大,生长较好;含水率低时匙羹藤的CO2补偿点较低,说明匙羹藤能利用较低的外界CO2浓度;最大水分利用效率较高,表明含水率低时匙羹藤的节水潜力较大。     

不同植物叶片水分利用效率对光和CO2的响应与模拟

植物叶片水分利用效率的高低取决于气孔控制的光合作用和蒸腾作用两个相互耦合的过程,模拟水分利用效率对环境变化的响应特征和机制是理解生态系统碳循环和水循环及其耦合关系的基础。研究通过人工控制光强和CO₂浓度,对叶片水分利用效率进行了研究。提出了植物水分利用效率在光强和CO₂浓度共同作用下的估算模型。数据分析表明,该模型在包括C3和C4植物、草本和木本植物在内的9种植物上能很好地模拟水分利用效率对光强和CO₂浓度共同作用的响应。该模型可以用于估算CO₂浓度升高条件下光合速率的提高和蒸腾速率的降低对水分利用效率提高的贡献量。CO₂浓度变化条件下,水分利用效率在不同植物之间有巨大差异,研究区域尺度植物的水分利用效率时至少需要将植物区分为C4植物和C3植物,其中C3植物区分为草本和木本植物3种生态功能型才能较为准确地估算植物的整体水分利用效率。应用本研究提出的水分利用效率估算模型和植物水分利用效率生态功能型分类标准,可以为建立以植物的水分利用效率为基本参数的陆地生态系统水循环模型和陆地生态系统生产力模型提供重要依据。     

地表处理方式对日光温室辣椒水分利用效率及土壤硝态氮、速效磷分布的影响

研究了不同地表处理方式对日光温室辣椒水分利用效率及土壤氮磷分布的影响.结果表明:地表覆盖秸秆 地膜处理的辣椒产量水分利用效率和经济水分利用效率最高,分别达33·04kg·m-3和50·22元·m-3;其次是地表覆盖地膜处理,分别达18·81kg·m-3和28·57元·m-3.不同地表处理方式对0～20cm土壤的硝态氮含量有显著影响,地表覆盖秸秆和覆盖秸秆 地膜处理,分别为31·98mg·kg-1和31·96mg·kg-1,小于对照处理(50·33mg·kg-1);地表覆盖地膜和使用保水剂处理的硝态氮含量较低.与对照相比,各处理辣椒对氮肥的利用均有所增加,耕层硝态氮积累减少.在0～20cm耕层内,地表覆盖地膜处理的速效磷含量最低,为0·72mg·kg-1,其次是地表覆盖秸秆 地膜处理,为0·92mg·kg-1.地表覆盖秸秆 地膜和地表覆盖地膜处理增加了当季作物对肥料的利用率,减少了肥料的损失,提高了产量.     

不同时期毛乌素沙区主要植物种光合作用和蒸腾作用的变化

 采用LI—6000便携式光合分析系统对毛乌素沙区主要植物种油蒿、中间锦鸡儿、旱柳进行了不同时期光合作用,蒸腾作用日进程的测定,并同步测定有效光辐射、空气相对湿度、叶温、气温、胞间CO2浓度、气孔阻力、叶片水势及土壤水势等因子;结果表明：不同时期、不同植物种其光合、蒸腾特征各异;植物的光合、蒸腾与环境因子和植物内部因子之间有密切关系,其中有效光辐射是影响光合作用、蒸腾作用诸因子中的主导因子,而气孔阻力变化则在调节光合和蒸腾中起着重要作用;不同植物种间气孔对环境条件变化的响应程度不同,以中间锦鸡儿最为灵敏;3种植物的水分利用效率表明,中间锦鸡儿的水分利用效率较油蒿、旱柳为高。     

土壤含水量和光照对沙地柏光合生理指标的影响

试验采用人工控制土壤水分的方法,测定不同土壤含水量条件及有效辐射强度下沙地柏苗木的蒸腾速率、净光合速率、水分利用效率等指标,分析沙地柏在不同土壤含水量和光照条件下影响的光合生理响应特征及其变化规律.土壤含水量(SWC)用称重法测定,将硬塑盆中的土壤水分含量设置为7.5％,10％,12.5％,15％,17.5％,20％ ...     

土壤水分变化对长白山主要树种蒙古栎幼树生长的影响

选择长白山红松阔叶林主要优势树种蒙古栎为研究对象,人工控制3种施水量研究蒙古栎幼树形态、生物量效应和光合生理特征对土壤含水量变化的响应．结果表明,不同土壤含水量变化显著影响蒙古栎叶片、枝、根的生物量及其分配格局和叶片光合气体交换特征．水分胁迫改变幼树树冠结构,抑制幼树树高、地径、叶片大小、地上和地下生物量;同时,蒙古栎幼树根冠生物量比随着土壤水分含量的减少显著提高;供水量减少对幼树净光合速率、CO2利用率和碳利用率等特征有显著的负向影响;而叶片气孔导度、蒸腾速率和水分利用率对不同土壤含水量反应较复杂,只在土壤含水量较低时,幼树气孔导度、蒸腾速率明显降低,叶片水分利用率升高,表现出蒙古栎树种是干旱可变植物,长期水分胁迫可提高树种的耐旱能力．