华北低丘山区栓皮栎人工林冠层CO2浓度和δ13C变化及其影响因素

采用离轴积分腔输出光谱技术测定华北低丘山区栓皮栎人工林冠层上缘(11 m)和下部(6 m)大气CO2浓度和δ13C值,在小时尺度上分析冠层CO2浓度和δ13C变化及其影响因素.结果表明:冠层CO2浓度呈先高后低再升高的日变化趋势,而δ13C值没有明显一致的日变化规律.白天大气不稳定状态出现的频率为70.2%,在光合作用和林内湍流的共同作用下,栓皮栎冠层下部CO2浓度高于冠层上缘约1.70μmol·mol-1,而δ13C值低于冠层上缘约0.81‰.晚上大气稳定状态出现的频率为76.2%,湍流弱,冠层叶片呼出的CO2不易流动,导致冠层下部CO2浓度高于上缘约1.24μmol·mol-1,δ13C值低于冠层上缘约0.58‰.白天和晚上冠层上下缘的CO2浓度差值与δ13C差值均呈显著的相关关系.逐步回归分析表明,白天太阳辐射和相对湿度是影响冠层CO2浓度和δ13C值差异的主要环境因子,晚上温度显著影响冠层下部与上缘δ13C值的变化,这些环境因子通过增强或减弱光合和呼吸作用来影响冠层大气中CO2浓度和δ13C值的变化.     

新疆阿勒泰地区近440年来大气δ13C变化

化石燃料的大量使用和森林的过度砍伐,引起大气中CO₂浓度的大幅度增加,同时由于Suess效应,大气CO₂中的δ¹³C在不断地下降。植物中δ¹³C的变化是大气CO₂浓度和同位素比值变化的敏感指示器。文中利用树木年轮δ¹³C序列和植物碳同位素分馏模型,尝试恢复了新疆阿勒泰地区近440年来大气δ¹³C的变化。结果表明,1850年之前,从树木年轮δ¹³C序列恢复的大气δ¹³C相对恒定在-6.60‰(R²=0.052),而1850年之后,该大气δ¹³C明显降低(R²=0.65),平均约为-7.04‰,平均年降低0.0084‰。这一结果高于从冰芯气泡所恢复的大气δ¹³C,1850年～1981年冰芯大气δ¹³C平均年降低约0.00657‰这可能与从树木年轮δ¹³C序列恢复的大气δ¹³C有更高的分辨率及树木生长点大气δ¹³C不同于全球大气δ¹³C值有关。     

米瓦罐的光合特性研究

采用美国LI-COR生产的LI-6400便携式光合系统研究了米瓦罐的光合特性。结果表明,米瓦罐光 合速率的日变化呈单峰曲线,上午10:00时光合速率达到最大值;在大气CO2浓度下,米瓦罐的光饱和点为 1 800μmol·m-2·s-1,光补偿点为30μmol·m-2·s-1;在光饱和点的光强下,米瓦罐的CO2饱和点为1 200 μmolCO2·mol-1,CO2补偿点为40μmolCO2·mol-1。     

几种野生银莲花生殖生长期的光合作用特性初探

采用LI-6400便携式光合仪对室外栽培的几种野生银莲花光合作用特性进行了研究.结果表明,净光合速率 Pn 和蒸腾速率 Tr 日变化均呈单峰曲线,前者的峰值出现在10:00～11:00时,后者的峰值出现在13:00时前后.在光强0～2000μmol·m-2·s-1条件下,Pn呈S曲线,光补偿点为60～80μmol·m-2·s-1,光饱和点为800μmol·m-2·s-1左右,但光强继续增加到1800μmol·m-2·s-1,Pn仍有少许提高;Tr随PAR的增加而缓慢增加.在环境CO2浓度为0～350μmol·mol-1条件下,Pn直线上升,草玉梅、秋牡丹和野棉花的光合CO2补偿点均为50μmol·mol-1左右;Tr在环境CO2浓度25～350μmol·mol-1范围内几乎呈水平线.野生银莲花的Pn和Tr表现出较明显的种间差异.     

控温条件下C3、C4草本植物碳同位素组成对温度的响应

采取人工控制实验,探讨了6种C3、C4草本植物在昼/夜温度指标为20/12℃!36/28℃的范围内植物碳同位素组成(δ13C)及其对温度变化的响应,并结合植物比叶面积(SLA)、胞间CO2浓度(ci)与环境CO2浓度(ca)的比值、碳同化率(净光合速率Pn/胞间CO2浓度ci)等光合生长指标对植物δ13C的影响进行了分析。结果表明:所有C3、C4植物样品的δ13C值分别变化在-28.3‰!-32.1‰和-14.4‰!-17.6‰之间;在C3植物中,油菜δ13C值分布范围最集中,位于-31.1‰!-32.1‰之间;C4植物中,谷子δ13C值分布范围最窄。在控制的温度范围内,3种C3植物的平均δ13C值随温度升高而显著变低,而C4植物δ13C平均值与温度呈先增大后减小的抛物型关系,但线性回归结果未达到显著水平(P0.05)。单个植物种的δ13C值对温度的响应不同,茄子、高粱的δ13C值与温度呈线性负相关,其它4种植物与温度均呈二次抛物线关系,这可能与不同植物种具有不同的光合最适温度以及植物δ13C分馏对温度变化的敏感程度不同有关。     

CO2浓度升高对两种沈阳城市森林树种光合特性的影响

利用开顶式气室,研究了CO2浓度升高条件下城市森林主要树种油松(Pinus tabulaefomis)和银杏(Ginkgo biloba)主要光合特性的变化.结果表明,整个生长季,CO2浓度升高(700μmol·mol-1)条件下2树种叶片的净光合速率、可溶性糖、淀粉和可溶性蛋白含量均接近或高于相应对照(自然CO2浓度)值,但不同树种增加的幅度不同;而2树种的叶绿素含量和Chl a/Chl b值对CO2浓度升高反应不一,表现为CO2浓度升高条件下油松的叶绿素含量较对照值高,Chl a/Chl b值降低,银杏的叶绿素含量为前期升高,后期降低,Chl a/Chl b值变化与之正好相反,说明城市森林组成树种对CO2浓度升高的响应具有复杂性.CO2浓度升高条件下,两树种均未发生光合适应现象.     

树木年轮δ13C含量幼龄效应的定量化探讨

从实验测得的林内外Ci/Ca差值出发,据已有定量方程,对树木年轮δ^13C含量的幼龄效应进行了定量化探讨,得出林内外植物Ci/Ca的差别将平均造成林内植物δ^13C低于林外植物δ^13C约5.2‰,并由此指出林外比林内植物光合羧化酶RuP2对CO2中^13C和^12C的分部效应b必然要高2‰-4‰,才能补偿由Ci/Ca和δa的差别所造成的林内外树木δ^13C的差值,因此在研究中不应简单地将b作为常数对待。这一结论对于定量地研究和应用树木年轮δ^13C进行环境CO2和δa重建具有重要意义。     

运用油松年轮提示承德市硫及重金属污染的历史

本文利用油松年轮研究了承德市自1800年以来大气污染的历史过程,结果表明：避暑山庄油松年轮内S含量自本世纪初开始升高,比19世纪初增加1—2倍,至70—80年代达3—5倍,而在最近8—10年则达到10倍以上。 其中碧峰门古松木质部年轮内S含量由40—50μg·g-1达到目前的572.9μg·g-1,从而指示出承德市大气SO2浓度由城市化初期的<0.1 mg·m-3增加到目前的30mg·m-3,这一历史过程主要与城市化过程尤其是近50年来工业化的出现并加剧有密切的关系。随着1927—1945年大庙铁矿的开采,年轮内Fe明显增高。Mn在整个历史时期表现为增加趋势,由1840—1850年的4.1μg·g-1增加到1980—1990年的10.4μg·g-1。Pb在1980年前的含量增加不明显,但在最近10年内形成的木质部中,Pb含量明显增加,超过1920—1930年的560%。Cu、Zn、Ni含量的变化不表现线性增加,除个别点的某些时期变化较大外,基本上很平缓。19世纪初油松年轮内S及重金属含量最低,可视为油松内元素自然背景值,与该值比较,1980—1990年这10年内年轮S含量增加了10倍,Fe,2.4倍;Pb,1.8倍;Mn,1.5倍;Ni,1.0倍;Zn,0.8倍。 日益加剧的大气污染尤其是SO2的污染,造成承德市大气质量严重下降,同时危及古松的生存,造成古松大量死亡,必须引起高度重视。     

稻麦轮作FACE系统平台I.系统结构与控制

在稻麦轮作水稻田建立FACE系统 (Free AirCO2 Enrichment) ,即CO2 浓度的控制和监测系统平台 .利用计算机网络系统对平台的CO2 浓度进行监测控制 ,根据大气中的CO2 浓度、风向、风速 ,作物冠层高度的CO2 浓度及昼夜等因素的变化调节CO2 气体的释放速度及方向 ,实现FACE圈的CO2 浓度高于周围大气CO2 浓度 2 0 0 μmol·mol-1.试验表明 ,影响控制精度的主要因素有风速、作物和土壤呼吸作用和扩散层高度 .经过控制方程参数调整 ,在白天 ,控制精度达到 80 %的时间占总时间的白天达到 83% ,夜晚为6 8% .FACE圈内的CO2 分布基本均匀 .平均CO2 设置浓度白天为 5 5 7mol·mol-1,晚上为 6 0 8mol·mol-1.圈内CO2 浓度分布基本上沿放气管对称分布 ,由边沿向中心逐步降低 .2 0 0 1年水稻生长季节平均控制精度 (TAR)达到白天 1.0 3和晚间 1.0 9.     

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.     

运用油松年轮揭示承德市硫及重金属污染的历史

本文利用油松年轮研究了承德市逢１８００年以来大气污染的历史过程,结果表明：避署出庄油松年轮内Ｓ含量自本世纪初开始升高,比１９世纪初增加１－２倍,至７０－８０年代达３－５倍,而在最近８－１０年则达到１０倍以上,其中碧峰门古松木质部年轮内Ｓ含量由４０－５０μｇ．ｇ＾－１达到目前的５７２．９μｇ．ｇ＾－１,从而指示出承德市大气ＳＯ２浓度由城市化初期的＜０．１ｍｇ．ｍ＾－３增加到目前的３０ｍｇ．ｍ＾－３,     

荒漠植物梭梭和沙拐枣的花环结构及C4光合特征

 为了探讨梭梭（Haloxylon ammodendron）和沙拐枣（Calligonum mongolicum）适应高温强光荒漠环境的光合作用机构及特征,通过对其同化枝的解剖结构观察,δ13C值分析,以及气体交换测定表明：二者均具有花环结构(Kranz anatomy),肉细胞（Mesophyll cell）呈栅栏状,其内侧是维管束鞘细胞（Bundle sheath cell）,小维管束与维管束鞘细胞相接。在栅栏组织和贮水组织中,梭梭具有形状巨大的含晶细胞;沙拐枣具有大量的粘液细胞。梭梭和沙拐枣同化枝的δ13C值分别为-14.3‰和-14.8‰,在不同生长季节和土壤水分条件下,二者的δ13C值变化在-14‰到-16‰之间。梭梭和沙拐枣的CO2补偿点分别为2 μmol•mol－1和4 μmol•mol－1,光饱和点分别为1 660和1 756 μmol•m－2•s－1,表观光合量子效率分别为0.044和0.057 mol CO2•mol－1 photons。这表明,广泛分布于我国荒漠地区的木本植物梭梭和沙拐枣为C4植物,其光合途径不随生长季节和水分条件的变化而改变。     

樟子松、油松、蒙古栎水分利用效率种间变化及其对环境因子的响应差异

以碳同位素值(δ~(13)C)作为反映植物水分利用效率的指标,对辽宁地区3种典型林型—樟子松人工林(Pinus sylvestris var.mongolica)、油松人工林(Pinus tabulaeformis)和蒙古栎天然林(Quercus mongolica Fischer ex Ledebour)进行调查并分别对樟子松、油松和蒙古栎进行样品采集,探讨其水分利用效率之间的差异特征及其对年均降水量、年均大气温度和海拔高度变化的响应。樟子松、油松和蒙古栎δ~(13)C值变化范围分别为-30.37‰~-25.10‰、-30.32‰~-24.07‰和-29.85‰~-23.51‰,且随经度的增加显著降低;统计分析也表明,樟子松、油松和蒙古栎δ~(13)C值在辽西显著高于辽东,说明3种树种水分利用效率在辽西较高。进一步分析发现,3种树种叶片δ~(13)C值受年均降水量和海拔的影响较大,均随年均降水量增加显著降低,随海拔的升高显著增大,而受温度的影响较小;其中,又以樟子松的水分利用效率受海拔的影响较大(P0.01);与蒙古栎相比,樟子松和油松受降水量的影响更加明显。综上所述,3种树种叶片δ~(13)C值以及由其衍生来的水分利用效率之间种间差异较小,而受环境因子及地理学指标降雨、海拔和经度的影响较大,这为今后基于δ~(13)C值的水分利用效率进一步科学研究奠定了基础。     

通过树木年轮δ~(13)C重建大气CO_2碳同位素比δa的可靠性探讨

工业革命以来化石燃料的大量使用和森林的过度砍伐 ,引起大气中ＣＯ2 浓度的大幅度增加 ,但同时由于Ｓｕｅｓｓ效应[5] ,大气ＣＯ2 的Ｃ同位素比δａ却在不断下降。研究δａ的变化历史 ,有助于预测其今后的趋向 ,对全球变化的研究有着重要的意义。然而δａ的直接仪器测量从 1978年才开始[6 ] ,且只是对全球几个零星站点进行测量[7] ,长期和系统性的资料十分缺乏 ,因此便产生了一系列的替代方法 ,如利用冰芯气泡的分析、生物化石资料间接推算等。由于Ｃ3和Ｃ4 植物年轮δ13Ｃ与δａ具有一定的关系[8,9] 。δ13Ｃ =δａ -ａ - (ｂ -ａ)Ｃｉ/Ｃ…     

基于CTGC试验系统下面包小麦主要品质性状的研究

 当前,全球气候变化背景下,CO2浓度升高和气候变暖可能已经并将持续对小麦（Triticum aestivum）品质产生影响。为此依据自行设计的模拟气候变化的试验装置系统 （CTGC）,研究大田条件下CO2浓度和温度增加对面包小麦主要品质性状的交互作用。 结果表明：在433.3～610.2μmol•mol-1范围内,CO2浓度增加对面包小麦的籽粒蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值的影响不利;增温（+2 ℃多）表现为有利。当CO2浓度从433.3 mol•mol-1逐渐增加到551.5 mol•mol-1且温度增幅逐渐为+2 ℃时,CO2和温度对面包小麦的籽粒蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值的交互作用表现为增加;而当CO2浓度增幅较大（达到610.2 mol•mol-1）,温度增幅不大（白天平均温度仅增加2℃多）时,交互作用则 表现为减少。此外,CO2浓度增加使面包小麦的醎淀粉酶活性降低,温度上升则使之提高,两因素的交互作用则表现为醎淀粉酶活性提高。     

不同氮和水分条件下CO2浓度升高对小麦碳氮比和碳磷比的影响

 试验设两种CO2浓度水平（350 μmol·mol-1和700 μmol·mol-1）,两种土壤水分处理（湿润、干旱）和5种N肥施用水平（0、 50、 100、 150、 200 mg·kg-1土）。结果表明,CO2浓度增加,地上部氮(N)磷(P)浓度下降,根系N浓度略有下降。无论CO2浓度是升高或是当前水平,与干旱处理相比,湿润处理的地上部和根系N浓度明显降低;地上部和根系N浓度随氮肥用量增加而增加。小麦体内N浓度下降,是因为CO2浓度升高,水分利用效率增加,这将减少质流运送养分到根系为作物利用以及氮     

中国北方干湿气候区C_3草本植物δ~（13）C值及其与湿润指数的关系

通过对中国北方C3草本植物稳定性碳同位素的测定以及有关该区植被碳同位素资料的收集,共获取了47个样点的地理位置、气候因子和325个植物样品的碳同位素数据;计算了中国北方不同气候分区的湿润指数,分析了C3草本植物δ13C值的空间特征以及与湿润指数等环境因子之间的关系。在所调查的范围内,中国北方地区C3草本植物δ13C值的分布区间为-29.9‰--25.4‰,平均值为-27.3‰。C3草本植物δ13C的平均值从半湿润地区到半干旱地区再到干旱地区显著变重;3个气候分区植物δ13C值的变化范围分别是-29.9‰--26.7‰（半湿润区）、-28.4‰--25.6‰（半干旱区）和-28.0‰--25.4‰（干旱区）。一元回归分析表明,各气候分区C3草本植物δ13C值与湿润指数的关系存在差异,在半干旱区、半湿润区和整个北方地区,C3草本植物δ13C值与湿润指数均呈显著线性负相关（P〈0.05）,随着湿润指数的增加,C3植物δ13C平均值均变轻,但下降幅度不同。而在北方干旱气候区内,C3草本植物δ13C与湿润指数呈显著正相关（P〈0.05）,湿润指数每升高0.1,植物δ13C平均值增加1.3‰。年均温度可能是决定该区内各样点湿润指数和C3植物对13C分馏能力差别的主要原因。     

CO2浓度增高对三裂叶蟛蜞菊光合生理特性的影响

在人工控制CO2浓度梯度条件下,测量了喜阴多年生草本植物三裂叶蟛蜞菊1月和3月的光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)、气孔导度(Gs)和叶面饱和蒸气压亏缺(Vpdl)。结果表明:CO2浓度升高对三裂叶蟛蜞菊的光合生理特性影响较大,当CO2浓度由0升高到1900μmol·mol1的过程中,Pn增加很快,其值在1.53～11.3μmol·m2·s1之间;水分利用率(WUE:光合与蒸腾之比)随CO2浓度的升高也在增大,当CO2浓度为1900μmol·mol1时,1月份的WUE是18.248μmol·mmol1,3月份的只有8.794μmol·mmol1,高水分利用效率与其对干旱的适应性密切相关。     

狗尾草蒸腾特性与水分利用效率对模拟光辐射增强和CO2浓度升高的响应

 在人工控制光照强度和CO2浓度条件下,测量了禾本科C4植物狗尾草（Setaria viridis）的光合速率（Pn）,蒸腾速率（Tr）,胞间CO2浓度（Ci）,气孔导度（Gs）和叶面饱和水汽压亏缺（Vpdl）对不同模拟光辐射（SPR）强度与CO2浓度的响应。结果表明：Pn, Tr 及Gs均随SPR的升高而增大,增幅趋缓,最终趋于动态平衡。SPR增强的起始阶段,水分利用率（WUE）逐渐增大,在SPR为1200 μmol·m-2·s-1时达到最大值,然后逐渐降低。Ci与Vpdl则随SPR的增强而减小,SPR高于600 μmol·m-2·s-1之后,两者均达到平衡状态。CO2浓度从300增至600 μmol·mol-1的过程中,狗尾草Pn逐渐增大,从600增至1 000 μmol·mol-1过程中,其Pn逐渐降低。Ci、Vpdl和WUE随CO2浓度的升高而增大,Gs和Tr则随CO2浓度的升高而减小。即禾本科一年生C4植物的光合作用对CO2浓度升高响应不敏感,水分蒸腾消耗的减少和WUE的提高对CO2浓度升高的响应极显著。可见,CO2浓度升高对C4植物光合作用的直接促进作用有限,但是却能从提高现有水分利用效率途径促进植物的第一性生产。     

红松幼苗对CO_2浓度升高的生理生态反应

研究了用开顶箱控制CO2 浓度在 5 0 0和 70 0 μmol·mol-1左右时红松幼苗的生理生态反应 .结果表明 ,高浓度CO2 (5 0 0、70 0 μmol·mol-1CO2 )和对照 (对照开顶箱、裸地 )条件下 ,红松幼苗的净光合速率与气孔导度之间的变化不同 .红松幼苗在 5 0 0 μmol·mol-1CO2 条件下 ,RuBPcase活性最高 ,呈现光合上调反应 ,日平均净光合速率最大 ,叶绿素及可溶性糖含量最高 ;而生长在 70 0 μmol·mol-1CO2 的红松幼苗呈现光合下调反应 ,光合作用明显低于对照植株 ,其酶活性及物质含量均最低