开放式空气二氧化碳浓度增高对小麦氮素吸收利用的影响

2001—2003年,利用我国唯一的农田开放式空气CO₂浓度增高 (free-air carbon dioxide enrichment,FACE) 技术平台,研究了FACE条件下冬小麦宁麦9号不同生育期N含量、吸收、分配和N效率的响应.结果表明：与对照相比,FACE处理使不同生育时期植株含N率显著降低,降幅达4.4%～13.4%;不同生育时期吸N量显著增加(7.4%～25.4%),生育中期的增幅明显大于生育前、后期;不同生育时期茎鞘的N积累能力相对增强,叶片N积累能力相对减弱,而对麦穗N积累能力的影响因生育进程而异;FACE处理使小麦不同生育时期N物质生产效率(5.5%～10.3%)、成熟期N收获指数(16.3%)和N籽粒生产效率(9.3%)均显著或极显著增加;增施N肥,使小麦不同生育时期N含量和吸收量呈增加趋势,使N效率呈下降趋势,而对N在各器官中分配的影响较小.     

开放式空气CO2浓度增高对水稻N素吸收利用的影响

在大田栽培条件下 ,研究空气中CO2 浓度增高 (FACE) 2 0 0 μmol·mol-1对水稻N素吸收及其利用效率的影响 .结果表明 ,FACE处理使水稻不同生育时期的植株含N率显著下降 ;由于干物质生产量显著增大 ,FACE处理使水稻不同生育时期的N素累积量有所提高 ,但无显著影响 ;FACE处理能够显著提高移栽后 2 8d、抽穗期以及成熟期单位N素的干物质生产效率、单位N素的籽粒生产效率和显著提高水稻的N素收获指数 .高N处理的植株含N率、N素累积量均有所增加 ,但使N素生产效率呈现下降趋势 .     

开放式空气CO2浓度增高对水稻N素吸收利用的影响

在大田栽培条件下,研究空气中CO₂浓度增高(FACE)200μmol·mol^-1对水稻N素吸收及其利用效率的影响.结果表明,FACE处理使水稻不同生育时期的植株含N率显著下降;由于干物质生产量显著增大,FACE处理使水稻不同生育时期的N素累积量有所提高,但无显著影响;FACE处理能够显著提高移栽后28d、抽穗期以及成熟期单位N素的干物质生产效率、单位N素的籽粒生产效率和显著提高水稻的N素收获指数.高N处理的植株含N率、N素累积量均有所增加,但使N素生产效率呈现下降趋势.     

开放式空气CO2增高对水稻物质生产与分配的影响

在大田栽培条件下,研究开放式空气CO2增加(FACE)200μmol·mol^-1的处理对水稻物质生产与分配的影响．结果表明,FACE处理使移栽至抽穗后20d的干物质积累量显著增加,使抽穗后20d至成熟期的干物质生产量显著减少,生物产量显著提高．移栽至抽穗期的干物质积累量增加是由于叶面积系数和净同化率共同提高所致;抽穗期至抽穗后20d的干物质积累量增加主要是由于叶面积系数的增加所致;抽穗后20d至成熟期的干物质生产量减少主要是由于净同化率的下降所造成．提高茎鞘占全株干物重的比例,降低叶片占全株干物重的比例,对穗占全株干物重的比例无显著影响,能显著提高水稻抽穗期茎鞘中可溶性糖、淀粉的含有率和含量,提高FACE处理的生物产量能极显著提高水稻产量(r＝0．7825)．     

开放式空气CO2浓度增高对水稻产量形成的影响

在大田栽培条件下,研究开放式空气CO₂浓度增加(FACE)200μmol·mol^-1的处理对水稻产量及产量构成因素的影响.结果表明,FACE处理对水稻株高和主茎叶片数没有明显影响,但使水稻生育进程加快,全生育期显著缩短,增加施N量可减缓FACE处理对水稻全生育期缩短的程度;FACE处理能显著增加分蘖数,极显著增加穗数,提高结实率,但使每穗颖花数显著减少;FACE处理能显著提高水稻产量,在高N条件下增产幅度更大;提高FACE处理的每穗颖花数和单位面积颖花数能极显著提高水稻产量,增加施N量是提高FACE处理每穗颖花数和单位面积颖花数的重要措施.     

开放式空气CO2浓度增高对水稻产量形成的影响

在大田栽培条件下 ,研究开放式空气CO2 浓度增加 (FACE) 2 0 0 μmol·mol-1的处理对水稻产量及产量构成因素的影响 .结果表明 ,FACE处理对水稻株高和主茎叶片数没有明显影响 ,但使水稻生育进程加快 ,全生育期显著缩短 ,增加施N量可减缓FACE处理对水稻全生育期缩短的程度 ;FACE处理能显著增加分蘖数 ,极显著增加穗数 ,提高结实率 ,但使每穗颖花数显著减少 ;FACE处理能显著提高水稻产量 ,在高N条件下增产幅度更大 ;提高FACE处理的每穗颖花数和单位面积颖花数能极显著提高水稻产量 ,增加施N量是提高FACE处理每穗颖花数和单位面积颖花数的重要措施 .     

开放式空气二氧化碳浓度增高对小麦物质生产与分配的影响

2001—2003年,利用农田开放式空气CO₂浓度增高 (FACE) 技术平台,以冬小麦宁麦9号为供试材料,研究开放式条件下CO₂浓度增高对小麦整个生育期干物质生产与分配的影响.结果表明：与对照相比,FACE处理使小麦播种-越冬始期的干物质生产量略有增加（10.8%),使越冬始期-拔节期、拔节期-孕穗期、孕穗期-抽穗期显著增加,分别增加了31.6%、40.5%、27.2%,使抽穗期-成熟期略有减少(-5.5%),使成熟期生物产量显著增加(13.6%);FACE处理对小麦播种-越冬始期的平均叶面积系数(LAI)和净同化率(NAR)均无显著影响,但使越冬始期-抽穗期LAI显著增加,NAR稍有增加,使抽穗期-抽穗后20 d NAR显著下降;FACE处理使不同生育时期叶片占全株质量的比例下降,而使茎鞘占全株质量的比例增加;FACE小麦抽穗期和成熟期茎鞘可溶性糖和淀粉含量及总量均明显增加.     

开放式空气二氧化碳浓度增高对小麦产量形成的影响

利用农田开放式空气CO₂浓度增高(FACE)系统平台,以弱筋小麦宁麦9号为供试品种,研究大气CO₂浓度增高和不同施氮水平对小麦生育期、株高、产量和产量构成因素的影响.结果表明：FACE处理的小麦播种至抽穗期、抽穗至成熟期及全生育期天数分别比对照缩短1.3、1.3和2.6 d,但均未达到显著水平;FACE处理的小麦穗长、穗下第1和第2节间长度显著变长,成熟期株高显著增加,比对照增加4.0%;低、中、高氮条件下,FACE处理小麦的籽粒产量分别比对照提高15.2%、21.4%和35.4%,平均增产24.6%,均达极显著水平;FACE处理小麦的单位面积穗数极显著增加,比对照增加17.8%,使穗粒数和粒重显著增加,分别比对照增加了2.9%和4.8%.FACE处理使小麦显著增产主要是由于单位面积穗数显著增加,而单位面积穗数的增加主要是由于小麦的分蘖能力明显增强所致.     

开放式空气二氧化碳浓度增高(FACE)条件下水稻的根系活力和氮同化能力

利用FACE(Free Air Carbon-dioxide Enrichment)平台技术,用伤流量法研究了低氮(LN 150 kg·hm^-2)和常氮(NN 250 kg·hm^-2)水平下,大气CO₂浓度升高对水稻分蘖、抽穗期和穗后35 d根系活力和根系N同化能力(氨基酸合成能力)的影响.结果表明,就整株水稻来看, CO₂浓度升高和N处理对根系活力无显著影响;但由于FACE条件下水稻分蘖数增加14.5%(LN)和20.7%(NN),使每茎根系活力(伤流强度)降低1.4%～21.7%.在分蘖和抽穗期,虽然FACE处理促进了根系吸收的无机N向氨基酸转化,根系伤流液中氨基酸氮/无机氮提高11.1%～143.1%,但氨基酸浓度和合成总量和对照相比无明显差异.在穗后35 d,FACE处理减弱了水稻根系的N同化能力,表现为根系伤流液中氨基酸/无机氮降低38.1%(LN)和29.2%(NN);同时氨基酸浓度降低34.0%(LN)和44.7%(NN),氨基酸合成总量降低50.8%(LN)和40.0%(NN).提高施氮水平促进了抽穗期水稻根系对无机氮的吸收,伤流液中无机氮含量增加51.1%(对照)和155.2%(FACE),但并未增加氨基酸合成量,由此导致抽穗期氨基酸氮/无机氮显著降低19.5%(对照)和36.8%(FACE);同时,氮处理在这个时期与FACE处理表现出明显的交互作用.     

开放式二氧化碳浓度提高对武香粳14叶片硝酸还原酶活力的影响

大田栽培条件下,研究了开放式大气CO₂浓度提高（FACE）200 μmol·mol^-1对粳稻品种武香粳14各生育期功能叶片硝酸还原酶活力(NRA)的影响.结果表明,FACE明显提高了各生育期功能叶片NRA,拔节期、孕穗期、抽穗期、穗后10 d、穗后20 d水稻功能叶片NRA平均值分别比对照提高了50%、20%、60%、80%和30%,其中,FACE处理对拔节期、抽穗期和穗后10 d水稻功能叶片NRA水平影响较大.施氮处理明显影响了FACE条件下水稻功能叶片NRA,并且在不同生育期存在不同的趋势：拔节期,中氮＞低氮＞高氮;孕穗期和抽穗期,高氮＞中氮＞低氮;而穗后10 d及20 d则为中氮＞高氮＞低氮.FACE处理与施氮量对NRA存在互作效应,拔节期及穗后20 d两者互作效应达极显著水平,穗后10 d达显著水平,而孕穗期及抽穗期互作效应不显著.     

CO2浓度升高和施氮条件下小麦根际呼吸对土壤呼吸的贡献

依托FACE技术平台,采用稳定13C同位素技术,通过将小麦(C3作物)种植于长期单作玉米(C4作物)的土壤上,研究了大气CO2浓度升高和不同氮肥水平对土壤排放CO2的δ13C值及根际呼吸的影响.结果表明:种植小麦后土壤排放CO2的δ13C值随作物生长逐渐降低,CO2浓度升高200 μmol·mol-1显著降低了孕穗、抽穗期(施氮量为250 kg·hm-2,HN)与拔节、孕穗期(施氮量为150 kg·hm-2,LN)土壤排放CO2的δ13C值,显著提高了孕穗、抽穗期的根际呼吸比例.拔节至成熟期,根际呼吸占土壤呼吸的比例在高CO2浓度下为24％～48％ (HN)和21％ ～48％ (LN),在正常CO2浓度下为20％ ～36％ (HN)和19％～32％(LN).不同CO2浓度下土壤排放CO2的δ13C值和根际呼吸对氮肥增加的响应不同,CO2浓度与氮肥用量在拔节期对根际呼吸的交互效应显著.     

FACE水稻干物质积累与分配模型

借助中国唯一的FACE技术平台,通过设置不同的N肥处理,研究了FACE条件下水稻干物质积累及分配动态的模拟模型.模型以生理发育时间为驱动因子,以CO₂浓度函数为主要影响因子,同时引入N素影响因子调节干物质的积累与各器官分配指数.模拟结果表明,随着大气CO₂浓度的增加,水稻地上部总干物重显著增加,叶干重分配指数下降,穗干重分配指数基本不变,茎干重分配指数前期增加,后期持平.通过不同年份试验数据对模型的验证,预测根均方差（RMSE）较小,且相关系数均达到了极显著水平.表明模型拟合程度高,具有较好的适应性和预测性.     

不同施磷水平对冷浸田水稻磷含量、光合特性及产量的影响

为探讨施磷对冷浸田水稻(Oryza sativa)生长的作用,研究不同施磷水平对水稻植株的磷含量、光合特性及产量的影响。结果表明,与对照相比,分蘖期增施磷肥使根、茎叶的磷含量和叶片净光合速率增加10.53%~36.84%、18.52%~37.03%和15.17%~29.88%;抽穗期使根、茎叶和稻穗的磷含量增加11.76%~23.53%、24.13%~41.38%和9.68%~22.58%,叶片净光合速率和可溶性糖含量提高13.41%~27.10%和6.03%~22.38%,而淀粉含量则降低12.05%~41.77%;成熟期的稻穗磷含量和产量增加0.71%~28.57%和4.65%~10.32%。施磷量(X)与稻谷产量(Y)满足方程:Y=-0.0835X~2+14.224X+6530.9(r=0.94*),抽穗期茎叶磷含量、叶片净光合速率与稻谷产量的相关系数分别为0.57*和0.77*。因此,冷浸田增施磷肥可提高水稻植株的磷含量、叶片净光合速率和可溶性糖含量,并降低叶片淀粉累积,从而提高稻谷产量。抽穗期是磷肥影响冷浸田水稻产量的关键时期,0.38%的茎叶磷含量可作为磷素养分丰缺的诊断指标,冷浸田水稻磷肥(P2O5)的推荐用量为85.17 kg hm–2。     

稻米品质性状对开放式空气二氧化碳浓度增高的响应

利用开放式空气CO2浓度增高(FACE)系统平台。研究大田栽培条件下粳稻武香粳14号稻米品质性状对CO2浓度增高200μmol·mol^-1的响应。结果表明．FACE处理稻谷的出糙率平均比CK高1．4个百分点,整精米率平均比CK低12．3个百分点,较低的供N水平有利于提高FACE条件下的出糙率．较高的供N水平有利于提高FACE条件下的整精米率;FACE处理的稻米垩白略有增加。垩白粒率平均比CK高11．9个百分点,垩白度平均比CK平均高2．8个百分点,较高的供N和供P水平有利于降低FACE条件下垩白大小、垩白粒率和垩白度;FACE处理稻米糊化温度平均比CK平均高0．52℃,胶稠度有提高的趋势,但对稻米直链淀粉含量影响较小,较高的供N和供P水平有利于降低FACE条件下稻米的直链淀粉含量,较低的供N和较高的供P水平有利于降低FACE条件下稻米胶稠度,较低的供N水平有利于降低FACE条件下稻米糊化温度;FACE处理使稻米蛋白质含量比CK平均低0．6个百分点,较低的供N和供P水平有利于降低FACE条件下稻米蛋白质含量。     

开放式空气CO2浓度增高对水稻冠层微气候的影响

利用位于江苏省无锡市安镇的我国唯一的农田开放式空气CO2 浓度增高 (FACE)系统平台 ,于2 0 0 1年 8月 2 6日至 10月 13日 (水稻抽穗至成熟期 )进行水稻作物冠层微气候连续观测 ,以研究FACE对水稻冠层微气候特征的影响 .结果表明 ,FACE降低了水稻叶片的气孔导度 ,FACE与对照水稻叶片气孔导度的差异上层叶片大于下层叶片 ,生长前期大于生长后期 .FACE使白天水稻冠层和叶片温度升高 ,这种差异生长前期大于生长后期 ;但FACE对夜间水稻冠层温度的影响不明显 .在水稻旺盛生长的抽穗开花期 ,晴天正午前后FACE水稻冠层温度比对照高 1.2℃ ;从开花至成熟期 ,FACE水稻冠层白天平均温度比对照高 0 .4 3℃ .FACE对冠层空气温度也有影响 ,白天水稻冠层空气温度FACE高于对照 ,这种差异随太阳辐射增强而增大且冠层中部大于冠层顶部 ;冠层中部空气温度FACE与对照的差异 (Tface-Tambient)日最大值在 0 .4 7～ 1.2℃之间 ,而冠层顶部的Tface-Tambient日最大值在 0 .37～ 0 .8℃之间 .夜间水稻冠层空气温度FACE与对照差别不大 ,变化在± 0 .3℃之内 .而FACE对水稻冠层空气湿度无显著影响 ,表明FACE使水稻叶片气孔导度降低 ,从而削弱了植株的蒸腾降温作用 ,导致水稻冠层温度和冠层空气温度升高 ,改变了整个水稻冠层的温度环     

FACE水稻茎蘖动态模型

借助农田开放式空气CO₂浓度增高（FACE）技术平台,以武香粳14为供试水稻品种,设置不同施N量处理,研究大气CO₂浓度为570 μmol·mol^-1（比对照高200 μmol·mol^-1）的FACE处理对水稻茎蘖动态的影响,并建立了相应的模拟模型：T_t=A₁(1+e^a1-b1t₎-A₂(1+e^a2-b2t)+C×[B₁(1+e^a3-b3t)-B₂(1+e^a4-b4t)]+D.模型以时间为驱动因子,描述了水稻茎蘖数随移栽天数的动态变化过程,对常规及CO₂浓度增加条件下水稻茎蘖的变化均有很好的拟合性.通过不同年份试验数据对模型的检验,预测根均方差（RMSE）最大为44.27个·m^-2,最小为13.96个·m^-2,且相关系数均达到了极显著水平.表明模型的预测程度较高,具有很好的适用性.     

大气CO2增加对土壤脲酶、磷酸酶活性的影响

1　引　　言自 19世纪 70年代工业化革命以来 ,由于化石燃料燃烧、林草地开垦农用等已引起ＣＯ2 大气排放的不断增加 ,可能使未来的 5 0～ 10 0年内 ,全球大气ＣＯ2 将增加 1倍左右 .许多研究证明 ,大气ＣＯ2 增加可提高植物生长代谢水平[1,8] .其结果是植物代谢分泌物的种类和数量发生变化 ,由植物光合作用强度或速率变化引起的植物枯枝落叶质量也会改变 ,二者均可能在经泌入土壤或凋落进入土壤分解后 ,对植物着生的土壤环境产生直接或间接的影响 .植物对大气ＣＯ2 增加的响应途径还有根圈微生物种群 (植物根圈大量活性Ｃ组分将直接作为微…