日光温室CO2浓度变化规律研究

研究了日光温室内CO₂浓度的时空变化规律.结果表明,日光温室CO₂浓度日变化曲线通常呈不规则“U”形,有时呈不规则“W”形.冬春栽培过程中日最高CO₂浓度逐渐减小,日最低浓度和昼平均浓度先降后升,CO₂亏缺时间逐渐延长.温室内CO₂空间分布特点通常是早晨和傍晚为前部>中部>后部,近地面层>作物冠层>顶层;中午前后为前部<中部<后部,近地面层>顶层>作物冠层.影响日光温室CO₂浓度变化的主要环境因素是光照度,通风不能阻止温室内高浓度CO₂外逸和避免CO₂亏缺.幼苗期群体光合较弱、土壤呼吸旺盛,温室CO₂浓度较高;结果期群体光合旺盛、土壤呼吸衰竭,CO₂亏缺严重.     

温室有机土栽培CO2浓度变化规律及增施CO2对番茄生长发育的影响

实验分析了有机土栽培下温室内CO2浓度变化规律,研究了增施CO2对温室番茄植株生理效应、产量、果实品质的影响.结果表明有机土栽培条件下温室内CO2浓度变化存在明显的季节变化和日变化.温室内CO2浓度在11月和3月,最高浓度达到1 200 μL·L-1以上,在改善温光条件下,可不施或少施CO2;而7月温室内CO2日最高浓度在500 μL·L-1以下,每天应提早增施CO2.CO2空间分布为近地面层》畦面》植株内部》冠层》株顶上部.不同的栽培方式下,有机土壤栽培CO2浓度日变化范围为331～1 294 μL·L-1,而外界浓度与土壤无作物栽培方式日变化范围为327～556 μL·L-1,土壤栽培CO2变化范围为402～1 047 μL·L-1.光照强度是影响温室内CO2浓度和利用效率的主要因素.与对照相比,温室内增施CO2番茄株高增加18.29%,总干重增加18.69%,功能叶面积增加22.02%,光合速率提高48.92%,叶绿素含量增加33.00%,羧化效率提高87.50%,产量增加 26.48%,果实Vc增加33.27%,番茄红素增加30.98%,差异均达到显著水平.     

CO2浓度升高对大豆冠层光合速率影响的数值模拟研究

利用美国Li-6200光合测定系统对鲁豆4号叶片光合速率进行了大量测定研究,确定了大豆叶片光-光合作用模式,模式中考虑了CO2浓度对光合作用速率的影响,在此基础上进一步测定了大豆冠层结构,建立了一个大豆冠层光合速率数值模式.利用GXH-305红外线CO2分析仪外接50×50×120cm同化箱对冠层光合速率进行了实际测定,结果表明当CO2浓度低于660ppm时,模式可以较好地模拟出CO2浓度升高对群体光合速率的影响,平均相对误差为7.41%.本文所测得的大量实验数据,为研究CO2浓度升高对大豆生长影响提供了更加可靠的模型参数,同时也为进一步建立自然状况下大豆生长数值模式提供了一定的理论依据.     

栲树冠层光合生理特性的空间异质性

森林冠层在能量传输、光合有效辐射和微气象等方面的差异可导致冠层光合生产力空间分布的变化.叶片光合生理特性在空间上的差异对精确估算森林冠层的初级生产力十分重要.本文以亚热带常绿阔叶林优势种---栲树(Castanopsis fargesii)为对象,研究叶片光合生理特性在冠层空间上的变化.结果表明:1)在垂直方向上,冠层北向叶的饱和光合速率(Amax)、光饱和点(LSP)和CO2羧化效率(CCE)均表现为上部>中部>底部,且依次平均降低19.4%、18.1%和37.1%;光补偿点(LCP)、光下暗呼吸(Rd)以及冠层南向叶的饱和光合速率、光饱和点和CO2羧化效率均表现为上部>底部>中部,上部比中部和底部高出12.3%~71.4%;表观量子效率(AQY)表现为底部>上部>中部,底部分别是顶部和中部叶的1.2和1.3倍;2)在水平方向上,冠层上部和底部南向叶的饱和光合速率、光饱和点和CO2羧化效率比北向叶高0.9%~31.5%;冠层中部北向叶的饱和光合速率等6个参数比南向叶高9.6%~63.2%.因此,在冠层水平上模拟和估算植物生产力时,必须考虑冠层光合生理特性的空间差异.     

用光合-蒸散耦合模型模拟冬小麦CO2通量的日变化

根据 SPAC理论建立了一个冬小麦光合和蒸散的耦合模型。冬小麦 CO2 通量包括冠层光合、呼吸和土壤呼吸。冠层光合采用了 Farquhar光合作用生化模型 ,并通过冠层阻力的参数化将光合作用与蒸腾作用耦合起来。用涡度相关方法观测了 CO2通量 ,对模型进行了验证 ,结果显示模型可以较好地模拟 CO2 通量日变化过程。对模型的敏感性分析发现日间 CO2 通量最敏感的参数是初始量子效率。其次 ,CO2 通量对光响应曲线凸度、CO2 补偿点、凋萎点和叶面积指数的变化也有着较强的敏感性 ;夜间 CO2 通量敏感的参数是最适温度下 Rubisco催化能力和暗呼吸参数     

用光合-蒸散耦合模型模拟冬小麦CO2通量的日变化

根据SPAC理论建立了一个冬小麦光合和蒸散的耦合模型.冬小麦CO2通量包括冠层光合、呼吸和土壤呼吸.冠层光合采用了Farquhar光合作用生化模型,并通过冠层阻力的参数化将光合作用与蒸腾作用耦合起来.用涡度相关方法观测了CO2通量,对模型进行了验证,结果显示模型可以较好地模拟CO2通量日变化过程.对模型的敏感性分析发现日间CO2通量最敏感的参数是初始量子效率.其次,CO2通量对光响应曲线凸度、CO2补偿点、凋萎点和叶面积指数的变化也有着较强的敏感性;夜间CO2通量敏感的参数是最适温度下Rubisco催化能力和暗呼吸参数.     

CO2浓度、氮和水分对春小麦光合、蒸散及水分利用效率的影响

研究了不同土壤氮和土壤水分条件下,大气CO2浓度升高对春小麦光合作用、气孔导度、蒸散和水分利用效率的影响。结果表明,CO2浓度升高,干旱处理的春小麦（Triticum aestivum L.）叶片光合作用速率幅度增加大于湿润处理,随着氮肥用量增加光合速率相应增加,而不施氮脂增加有限;干旱处理气孔导度幅度减少大于湿润处理,不施氮肥的大于氮肥充足的CO2浓度升高,干旱处理的蒸散量减少比湿润处理多,不施氮肥的蒸散量减少较为明显;但干旱处理单叶WUE增加大于湿润处理;随着氮肥用量增加,冠层WUE提高,而不施氮肥的冠层WUE最低。因而CO2浓度升高、光合速率增加和蒸散量减少会减缓干旱的不利影响,增强作物对干旱胁迫的抵御能力。     

山西太岳山辽东栎的光合特性

对自然生长的辽东栎林木用 LI-640 0测定其光合作用 ,实验包括以下内容 :在完全接近自然生长的条件下测定辽东栎叶片光合作用的日变化规律 ;控制光合有效辐射强度 ,测定叶片在不同 CO2 浓度下光合作用的变化规律 ;控制温度比对应时间段的温度高 2～ 4℃ ,并控制 CO2 浓度在 3 75～ 70 0 ml· m- 3间变化 ,测定辽东栎光合作用的变化情况。结果如下 :1自然状态下辽东栎光合作用的日变化有两个光合速率峰 ,峰高接近 ,上午的光合速率峰持续时间较下午的长。叶片气孔导度与光合速率间有很强的正相关 ,且对胞内 CO2 浓度和蒸腾速率有较大影响。气孔导度与叶片水压亏缺呈相反的变化趋势 ,而水压亏缺受光合有效辐射、气温的影响较大。 2在控制片温度、光合有效辐射不变的情况下 ,辽东栎的叶片水压亏缺变化幅度很小 ,气孔导度变化主要受 CO2 浓度的调节 ,表现出在目前 CO2 浓度至加倍 CO2 浓度下 ,随浓度增加而增大的趋势 ,与之对应光合速率增大 ,同时光补偿点也有所提高。当 CO2 浓度超过 80 0 ml· m- 3继续上升时 ,气孔导度、光合速率均下降 ,光补偿点继续升高。3对辽东栎叶片进行升温和高 CO2 浓度处理 ,在试验进行时的温度 (2 8～ 3 7℃ )下 ,发现在 3 75～ 70 0 ml· m- 3的 CO2 浓度范围内 ,升温均导致光     

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.     

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     

长白山阔叶红松林二氧化碳浓度特征

采用红外气体分析仪对长白山阔叶红松林2003年度CO₂浓度特征进行了分层连续监测,并结合同步气象资料进行了分析.结果表明,长白山阔叶红松林CO₂浓度存在明显的日变化、季变化与垂直变化,这些变化与植被生理活动、土壤呼吸及林内湍流交换强度有关.生长季林内全天CO₂浓度最高值出现在凌晨5:00左右的近地面层,最低值出现在午后15:00左右的冠层部位;日出前后,随着逆温层的打破,林下CO₂有一明显的释放过程.观测期间林内O₂平均浓度为377 μmol·mol^-1,月平均最高值出现在1月,为388 μmol·mol^-1,最低值出现在8月,为352 μmol·mol^-1.生长季夜间森林表现为CO₂的排放,日间表现为CO₂的吸收汇;非生长季日间与夜间森林都主要表现为CO₂的排放源,但在午间冠层部位仍有数小时表现为CO₂的吸收过程.     

黄土旱塬区不同覆盖措施对冬小麦农田土壤呼吸的影响

采用田间试验研究了黄土旱塬区不同覆盖措施下的冬小麦农田土壤呼吸日变化和季节变化特征.试验包括4个处理：作物生育期秸秆覆盖600 kg·hm^-2（M₆₀₀）、秸秆覆盖300 kg·hm^-2（M₃₀₀）、地膜覆盖（PM）和无覆盖处理（CK）.结果表明：冬小麦农田土壤呼吸速率从播种至返青之前呈下降趋势,处理间没有显著差异;越冬后土壤呼吸速率迅速提高,至拔节期最高.与CK相比,3个覆盖处理在越冬至成熟期间均显著促进了土壤CO₂的释放,其中PM与其他处理间的差异达到极显著水平.全生育期M₆₀₀和M₃₀₀处理土壤呼吸速率平均分别为1.47和1.52 μmol CO₂·m^-2·s^-1,较CK（1.38 μmol CO₂·m^-2·s^-1）分别提高了6.6%和10.2%;PM处理土壤呼吸速率平均为3.63 μmol CO₂·m^-2·s^-1,较CK提高了163%.CK处理土壤呼吸日变化呈单峰曲线,峰值出现在12：00左右,秸秆覆盖后峰值时间推迟到14：00左右;PM处理土壤呼吸日变化特征在拔节期与对照相似,在成熟期则呈双峰曲线,峰值分别出现在12：00和16：00左右.土壤呼吸速率与土壤温度和土壤水分分别呈指数和抛物线式相关.     

草毡寒冻雏形土CO2释放特征

研究了植物生长季节海北高寒草甸生态系统高寒嵩草草甸覆被下草毡寒冻雏形土的 CO2 释放速率。其结果表明 :CO2 释放速率有明显的日变化和季节动态。日最大排放速率多出现在 1 4 :0 0～ 1 6:0 0时 ,最小排放速率在 6:0 0～ 8:0 0时。植物生长季日最大振幅为 797.75mg/m2·h,最小振幅 1 97.33mg/m2·h。CO2 排放白天大于夜晚。不同物候期 CO2 释放速率不同 ,其顺序为草盛期 >枯黄期 >返青期。生长季土壤 CO2 释放速率的范围是 4 41 .72 mg/m2 · h± 1 55.2 9mg/m2· h,最大日均值为 681 .0 6mg/m2 · h( 7月 1 6日 ) ,最低值 1 76.65mg/m2 · h ( 6月 1日 )。退化草地土壤 CO2 释放速率明显低于未退化草地 ,生长季平均日均值低 1 37.4 7mg/m2·h。相关分析表明 :土壤 CO2 排放速率与气温、地表温度、土壤5cm、1 0 cm、1 5cm、2 0 cm、30 cm地温均呈显著和极显著相关关系。温度是影响土壤 CO2 释放速率的主要因子。     

沈阳城市森林小气候特征的研究

研究了沈阳城市森林不同生长期小气候温湿日变化特征.结果表明,城市森林不同生长期气温日变化趋势是早晨气温最低、午后气温最高,但受森林生态环境的影响,最高峰比太阳辐射峰值迟滞约2 h.一年四季气温日变幅为森林停止生长期(休眠期)＞生长季前期＞生长季后期＞生长季中期.森林生长季前期、中期、后期土壤温度为白天高于夜间,而停止生长期(休眠期)为夜间高于白天.不同生长期土温日振幅为上层(20 cm)＞中层(40 cm)＞下层(80 cm),而同一层不同生长期的土温日振幅为土层深20 cm时,生长季前期＞生长季后期＞停止生长期(休眠期)＞生长季中期;土层深＞40 cm(80 cm)时,生长季前期＞停止生长期(休眠期)＞生长季后期＞生长季中期.城市森林空气相对湿度日变化与气温和地温日变化则夜间的空气相对湿度高于白天,但不同生长期相对湿度值日变化为生长季中期＞生长季后期＞停止生长期(休眠期)＞生长季前期.     

农田作物层温度初步研究—以冬小麦、夏玉米为例

观测表明,充分供水的麦田作物层温度在一昼夜的大部分时间内,低于作物层顶以上1.5米处气温。8—10点叶温有时比气温稍高。叶温与气温差最大值出现在日落后至露出现前一段时间内,晴日无风天气大约出现在日落后一小时。白昼,夏玉米作物层温度高于气温,冬小麦作物层温度低于气温。夜间,小麦和玉米叶温都比气温低。土壤水分不足,蒸腾速率减小,叶温升高,叶温与气温差增大。叶温的变化反映了作物自身的水分状况。     

铁皮石斛叶片光合作用的碳代谢途径

 利用LI-6400光合测定系统测定了不同天气条件下铁皮石斛（Dendrobium officinale）叶片24h CO2吸收的动态以及CO2吸收对光强和温度的响应。晴天的白天和夜间铁皮石斛都能吸收CO2,中午CO2吸收速率为负值, CO2的交换方式具景天酸代谢途径(CAM)的特点。阴雨天,只有白天吸收CO2,夜间表现为暗呼吸,光合作用碳代谢的途径为C3途径。在多云的天气条件下,白天吸收CO2,并持续至日落后。夜间21∶00仍有CO2吸收,23∶00以后至次日凌晨处于暗呼吸状态。在500 μmol·m-2·s-1光照件下,20℃出现最大CO2吸收值。在夜间,25℃时CO2的吸收速率最高。有光和无光条件下,低温或高温引起CO2吸收速率下降均为非气孔因素所致。晴天上午,铁皮石斛叶片的表观量子产额为0.035,光合补偿点为2.9μmol·m-2·s-1,饱和光强为500μmol·m-2·s-1,强光下出现光抑制现象。叶片受到强光预先照射后,即使光照减弱光抑制效应仍保持一段时间,致使光合补偿点升高,表观量子产额下降,相同光强下的CO2吸收效率降低。结果表明：铁皮石斛为兼性CAM植物,随着环境条件的变化,其光合作用在景天酸代谢途径(CAM)与C3途径间变化。     

不同供钾水平对小麦旗叶光合速率日变化的影响

在田间栽培条件下,研究了不同供钾水平对小麦(Triticum aestivum)‘安农8903’旗叶光合速率日变化的影响。结果表明：从扬花期到灌浆中期（5月1～20日）,植株及叶片中钾含量随不同供钾水平的提高而增大,尤以施K 82.5 kg·hm-2的增幅较大（2.7倍）。在小麦籽粒的灌浆进程中,植株的含钾量不断增加,但叶片中的含钾量却呈下降趋势。扬花期到灌浆中期的小麦旗叶由于高光强、高温和较低的相对湿度,其气孔导度和净光合速率日变化均呈双峰曲线。两者皆在10∶00左右和15∶00左右各有一个峰值,前一峰值高于后一峰值,两峰之间的低谷在14∶00左右。胞间CO2浓度日变化则呈相反趋势,两个低谷出现于12∶00和15∶00,但灌浆中期时日变化曲线中只有一个低谷。土壤增施钾肥可增大小麦旗叶的气孔导度和净光合速率,减轻10%～37%由光合午休造成的CO2同化量损失,提高小麦产量。但施钾量与胞间CO2浓度之间相关性不显著。4种不同的钾素水平处理中以施用K2O 165 kg·hm-2的效果最佳。     

南方现代化温室黄瓜冬季蒸腾测量与模拟研究

 温室作物蒸腾直接影响到温室内空气温湿度,是进行温室温度和湿度优化调控所必需的信息。通过冬季温室小气候和蒸腾速率与气孔阻力的实验观测,分析了冬季南方温室黄瓜(Cucumis sativus)蒸腾速率的变化特征及其与温室小气候要素之间的定量关系,确定了南方现代温室冬季黄瓜冠层阻力rc和边界层动力学阻力ra的特征值和作物蒸腾消耗的潜热占到达冠层上方的净辐射的比例,并采用Penman-Monteith方法模拟计算了冬季温室内黄瓜作物蒸腾速率。结果表明,冬季温室内作物蒸腾速率的日变化趋势与净辐射的日变化基本一致,在正午达一天中的最大值。而空气饱和水汽压差（VPD）的日最大值则基本出现在午后1～2 h。在我国南方温室冬季高湿的环境下（VPD<2 kPa）,作物蒸腾速率日变化主要取决于太阳辐射日变化。冠层上方的净辐射和VPD及作物冠层蒸腾速率日最大值分别在350 W·m－2、2.0 kPa和200 W·m－2以下。冬季温室作物蒸腾消耗的潜热占到达冠层上方的净辐射的比例为46%。冬季黄瓜作物的rc和ra特征值分别为100 s·m-1和600 s·m-1。采用实际变化的rc与ra值和rc与ra的特征值计算的作物蒸腾速率和累积蒸腾量均与实测值基本一致。作物蒸腾消耗的潜热占到达冠层上方的净辐射的比例及rc和ra特征值的确定为研制基于作物蒸腾模型的温室环境和肥水灌溉的优化控制系统奠定了基础。但研究所确定的这些特征值在其它地区和其它类型温室是否适用,尚需进一步的实验资料来证明。     

Transpiration alters the contribution of autotrophic and heterotrophic components of soil CO2 efflux

? An unbiased partitioning of autotrophic and heterotrophic components of soil CO(2) efflux is important to estimate forest carbon budgets and soil carbon sequestration. The contribution of autotrophic sources to soil CO(2) efflux (F(A)) may be underestimated during the daytime as a result of internal transport of CO(2) produced by root respiration through the transpiration stream. ? Here, we tested the hypothesis that carbon isotope composition of soil CO(2) efflux (δ(FS)) in a Eucalyptus plantation grown on a C(4) soil is enriched during the daytime, which will indicate a decrease in F(A) during the periods of high transpiration. ? Mean δ(FS) of soil CO(2) efflux decreased to -25.7‰ during the night and increased to -24.7‰ between 11:00 and 15:00 h when the xylem sap flux density was at its maximum. ? Our results indicate a decrease in the contribution of root respiration to soil CO(2) efflux during the day that may be interpreted as a departure of root-produced CO(2) in the transpiration stream, leading to a 17% underestimation of autotrophic contribution to soil CO(2) efflux on a daily timescale.