CO2浓度增加对半干旱区春小麦生产和水分利用效率的影响

为了解CO₂浓度升高条件下春小麦生产和水分利用效率(WUE)的响应特征,在典型半干旱区定西,利用开顶式气室(OTC)试验平台开展了CO₂浓度增加模拟试验.试验设对照(390 μmol·mol^-1)、480 μmol·mol^-1和570 μmol·mol^-1 3个CO₂浓度.结果表明: CO₂浓度升高使春小麦冠层空气温度小幅上升,10 cm深处的土壤环境温度下降;CO₂浓度增加对春小麦各器官生物量和总生物量都有明显促进作用,在480和570 μmol·mol^-1浓度下,地上干物质量平均增长20.6%和41.5%,总干物质量平均增长19.3%和39.6%.生物量增加主要是由茎叶干物质量增加所致,与生育中期物质生产能力明显增强有关;在两种CO₂浓度处理下,植株根冠比分别降低7.3%和11.8%,CO₂浓度增加对春小麦地上部分干物质积累的贡献大于地下部分;CO₂浓度升高主要通过影响穗粒数来影响最终产量,在480和570 μmol·mol^-1浓度下,小麦产量分别增加了8.9%和19.9%;大气CO₂浓度升高对春小麦光合作用影响的长期效应不明显,随CO₂浓度升高,光合速率显著提高,蒸腾速率降低,蒸发蒸腾量减小.随CO₂浓度升高,叶片、群体和产量3个水平的WUE都增加,其中群体水平的WUE增幅最大,产量水平的WUE增幅最小.     

CO2浓度增加对半干旱区春小麦生产和水分利用效率的影响

为了解CO₂浓度升高条件下春小麦生产和水分利用效率(WUE)的响应特征,在典型半干旱区定西,利用开顶式气室(OTC)试验平台开展了CO₂浓度增加模拟试验.试验设对照(390 μmol·mol^-1)、480 μmol·mol^-1和570 μmol·mol^-1 3个CO₂浓度.结果表明: CO₂浓度升高使春小麦冠层空气温度小幅上升,10 cm深处的土壤环境温度下降;CO₂浓度增加对春小麦各器官生物量和总生物量都有明显促进作用,在480和570 μmol·mol^-1浓度下,地上干物质量平均增长20.6%和41.5%,总干物质量平均增长19.3%和39.6%.生物量增加主要是由茎叶干物质量增加所致,与生育中期物质生产能力明显增强有关;在两种CO₂浓度处理下,植株根冠比分别降低7.3%和11.8%,CO₂浓度增加对春小麦地上部分干物质积累的贡献大于地下部分;CO₂浓度升高主要通过影响穗粒数来影响最终产量,在480和570 μmol·mol^-1浓度下,小麦产量分别增加了8.9%和19.9%;大气CO₂浓度升高对春小麦光合作用影响的长期效应不明显,随CO₂浓度升高,光合速率显著提高,蒸腾速率降低,蒸发蒸腾量减小.随CO₂浓度升高,叶片、群体和产量3个水平的WUE都增加,其中群体水平的WUE增幅最大,产量水平的WUE增幅最小.     

大气CO2浓度上升与增温对双季稻田溶解性有机碳变化特征的影响

以大气CO₂浓度上升和温度增加为主要特征的全球气候变化是影响全人类可持续发展的热点问题。本研究采用开顶式气室(open top chamber, OTC)系统模拟大气CO₂浓度上升(EC处理，+100 ppm)和增温(ET处理，+1.5℃)的气候变化情景，对江汉平原双季稻主要生长期地表水和土壤孔隙水溶解性有机碳(DOC)浓度、芳香性指数、生物量和产量及相关因素进行观测。结果表明：与CK相比，EC处理显著增加早稻灌浆期土壤20 cm孔隙水DOC浓度，增幅为284.2%(P<0.05);EC处理显著降低早稻孕穗期和抽穗期的DOC芳香性指数，降幅分别为36.9%和31.6%(P<0.05)。EC处理显著降低早稻拔节期土壤20 cm DOC芳香性指数(-35.5%)(P<0.05)。与EC和ET处理相比，大气CO₂浓度上升与增温的叠加处理(ETEC)显著增加稻田整个生长期土壤20 cm孔隙水DOC芳香性指数，增幅为23.6%～51.4%(P<0.05)。EC和ET处理均显著增加了双季稻的地上生物量和籽粒产...     

CO2浓度升高与氮添加对三江平原湿地小叶章生长的影响

利用开顶箱薰气室,设置正常大气CO₂浓度(350 μmol·mol^-1)、高CO₂浓度(700 μmol·mol^-1)2个CO₂水平和不施氮(0 g N·m^-2)、中氮(5 g N·m^-2)和高氮(15 g N·m^-2)3个氮素水平,研究CO₂浓度升高和氮肥施用对三江平原草甸小叶章生长的影响.结果表明：随着CO₂浓度升高,小叶章物候期提前,其中抽穗期提前1～2 d,成熟期提前3 d;不施氮、中氮和高氮水平下, CO₂浓度升高使小叶章的分蘖分别增加8.2%(P<0.05)、8.4%(P<0.05)和5.5%(P>0.05);在小叶章生长初期,CO₂浓度升高对其生物量的增加有促进作用,拔节期和抽穗期小叶章地上生物量分别增加12.4%和20.9%(P<0.05);生长后期则对小叶章地下生物量的促进作用增大,腊熟期和成熟期的地下生物量分别增加20.5%和20.9% (P<0.05).小叶章生物量对高浓度CO₂的响应与供氮水平有关,供氮充足条件下, 高浓度CO₂对生物量的促进效应更大.     

CO2浓度升高与氮添加对三江平原湿地小叶章生长的影响

利用开顶箱薰气室,设置正常大气CO₂浓度(350 μmol·mol^-1)、高CO₂浓度(700 μmol·mol^-1)2个CO₂水平和不施氮(0 g N·m^-2)、中氮(5 g N·m^-2)和高氮(15 g N·m^-2)3个氮素水平,研究CO₂浓度升高和氮肥施用对三江平原草甸小叶章生长的影响.结果表明：随着CO₂浓度升高,小叶章物候期提前,其中抽穗期提前1～2 d,成熟期提前3 d;不施氮、中氮和高氮水平下, CO₂浓度升高使小叶章的分蘖分别增加8.2%(P<0.05)、8.4%(P<0.05)和5.5%(P>0.05);在小叶章生长初期,CO₂浓度升高对其生物量的增加有促进作用,拔节期和抽穗期小叶章地上生物量分别增加12.4%和20.9%(P<0.05);生长后期则对小叶章地下生物量的促进作用增大,腊熟期和成熟期的地下生物量分别增加20.5%和20.9% (P<0.05).小叶章生物量对高浓度CO₂的响应与供氮水平有关,供氮充足条件下, 高浓度CO₂对生物量的促进效应更大.     

CO2浓度升高、增温和冬小麦种植对土壤酶活性的影响

研究农田土壤酶活性对CO₂浓度升高和增温的响应,可为气候变化背景下农田生态系统养分管理提供科学依据。本研究在人工模拟气候室进行盆栽控制试验,设置了4种气候情景,分别为对照(CK,CO₂浓度400 μmol·mol^-1+正常环境温度)、CO₂浓度升高(ECO₂,CO₂浓度800 μmol·mol^-1+正常环境温度)、增温(ET,CO₂浓度400 μmol·mol^-1+增温4 ℃)及CO₂浓度和温度均升高(ECO₂+T,CO₂浓度800 μmol·mol^-1+增温4 ℃),研究有、无冬小麦生长下β--葡萄糖苷酶(βG)、β-N-乙酰葡糖苷酶(NAG)、碱性磷酸单脂酶(ALP)和多酚氧化酶(PPO)4种土壤酶活性在冬小麦拔节期(JS)、开花期(AS)、灌浆期(FS)和成熟期(MS)对CO₂浓度升高和增温的响应。结果表明:无冬小麦生长下,ECO₂与CK间4种土壤酶活性差异不显著,而ET和ECO₂+T处理对4种土壤酶活性有显著抑制作用。有冬小麦生长条件下,与CK相比,ECO₂和ECO₂+T处理对4种土壤酶活性均无显著影响;ET处理对土壤ALP和PPO活性有显著影响;ECO₂+T与ET间4种土壤酶活性有显著差异,与ET相比,ECO₂+T处理的土壤βG活性在JS期显著增加,NAG活性在JS期显著降低,ALP活性在AS和FS期显著增加,PPO活性在JS期显著降低,而在AS期显著增加。CO₂浓度升高与增温的交互作用在有、无冬小麦生长下均对土壤NAG和ALP活性有显著影响;无冬小麦生长下,增温和试验时段的交互作用对4种土壤酶活性有显著影响,而在有冬小麦生长下,增温和生育期的交互作用仅对ALP和PPO活性有显著影响;CO₂浓度升高、增温与试验时段的交互作用在无冬小麦生长下对土壤βG、ALP和PPO活性有显著影响,而在有冬小麦生长下CO₂浓度升高、增温与生育期对土壤NAG、ALP和PPO活性有显著影响。冬小麦生长对土壤βG、NAG和ALP活性在前两个生育期(JS+AS期)表现为显著抑制作用,在后两个生育期(FS+MS期)表现为显著促进作用,对土壤PPO活性在全生育期均表现为显著抑制作用。总体上,CO₂浓度升高对冬小麦土壤酶活性的影响不显著,而CO₂浓度与温度均升高对冬小麦土壤酶活性的影响在不同生育期因土壤酶种类不同而不同;此外,有、无冬小麦条件下4种土壤酶活性对CO₂浓度升高与增温的交互作用响应程度不一。     

寒地不同熟性品种水稻产量对CO2浓度和温度升高响应的模拟

选择黑龙江省作为研究区域,根据主栽水稻生育期内所需积温选取3个代表性品种,重点分析增温和大气CO₂肥效作用对不同熟性品种水稻产量的影响.采用2013年的逐日气象资料及开顶式气室(OTC)(3个CO₂浓度:390、450和550 μmol·mol^-1)试验资料对品种的遗传参数进行调试;然后采用经验证的CERES-Rice作物模型分别模拟了3个CO₂浓度水平下,伴随温度升高1、2、3和4 ℃时早、中、晚熟品种水稻产量.结果表明: 随CO₂浓度升高,不同品种水稻产量均上升;随温度升高,早熟品种产量持续下降,中、晚熟品种产量先上升再下降.若不考虑CO₂肥效作用,除了中熟和晚熟品种在增温1 ℃时会有3.1%和0.27%的小幅增产外,其余均表现为减产,其中早熟品种减产幅度最大,增温4 ℃时减产高达57.7%,而中熟和晚熟品种减产10%左右.若考虑CO₂肥效作用,450 μmol·mol^-1 CO₂浓度下,中熟和晚熟品种在增温2 ℃时仍增产0.75%和3.2%;550 μmol·mol^-1 CO₂浓度下,中熟品种在增温3 ℃时仍增产4.5%,晚熟品种在增温4 ℃时仍增产0.39%.而无论是否考虑CO₂肥效作用,早熟品种在增温作用下均表现大幅度减产.与不考虑CO₂肥效相比,大气CO₂肥效作用有效提高了水稻产量,但CO₂肥效对增产的贡献率在不同品种间差异不明显,且贡献率均小于10%.     

开放式空气CO2浓度增高影响稻田大气CO2净交换的静态暗箱法观测研究

首先介绍静态暗箱法气相色谱法观测确定陆地生态系统地气CO₂净交换通量的基本原理和方法,然后讨论在开放式空气CO₂增加(FACE)试验中应用该原理和方法观测研究大气CO₂浓度升高对稻田生态系统大气CO₂净交换通量的影响.因缺乏必要参数的实际观测值,本文只能根据暗箱观测值计算CO₂净交换通量的最小取值NEE_min.NEE_min计算结果表明,在插秧1个月之后的水稻生长期内,大气CO₂浓度升高200±40μmol·mol^-1使稻田生态系统对大气CO₂的净吸收约为对照的3倍.为根据暗箱观测准确确定NEE,还必须在FACE和对照条件下观测水稻植株的暗维持呼吸系数、地上生物量及根冠比动态.     

粳稻生育后期剑叶光合日变化和光合色素对大气CO2浓度和温度升高的响应——FACE研究

为研究水稻叶片光合色素和光合日变化对大气CO₂浓度和气温升高的响应,我们采用在开放空气中控制升高CO₂浓度和温度的方法,以常规粳稻南粳9108为试验材料,设置了环境CO₂和高大气CO₂浓度(增加200 μmol·mol^-1)、环境温度和增温(增加1～2 ℃)交互的4个处理,测定了灌浆中期和后期水稻剑叶的光合日变化特征和光合色素含量.结果表明: 水稻剑叶净光合速率(P_n)为双峰曲线,发生了光合“午休”现象;大气CO₂浓度升高提高了剑叶P_n,灌浆中期和后期平均分别增加了47.6%和39.1%;高温有降低P_n的趋势,但相关性未达到显著水平.大气CO₂浓度和温度升高导致水稻剑叶生育后期气孔导度(g_s)平均分别降低了17.0%和11.8%.高CO₂浓度水稻剑叶生育后期蒸腾速率(T_r)、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、总叶绿素和叶绿素a/b值显著降低,平均降幅分别为5.9%、50.4%、21.3%、41.4%、39.4%和21.4%,明显增加了剑叶水分利用率(WUE),平均增幅达47.9%.与之相反,生育后期增温使水稻剑叶T_r增加了10.2%,使WUE平均降低了20.4%.综上所述,大气CO₂浓度升高对粳稻生育后期剑叶P_n、g_s和光合色素含量的影响明显大于增温效应.因此,应重视大气CO₂浓度和温度对水稻光合作用和光合色素的综合效应,减弱增温的负效应.     

粳稻生育后期剑叶光合日变化和光合色素对大气CO2浓度和温度升高的响应——FACE研究

为研究水稻叶片光合色素和光合日变化对大气CO₂浓度和气温升高的响应,我们采用在开放空气中控制升高CO₂浓度和温度的方法,以常规粳稻南粳9108为试验材料,设置了环境CO₂和高大气CO₂浓度(增加200 μmol·mol^-1)、环境温度和增温(增加1～2 ℃)交互的4个处理,测定了灌浆中期和后期水稻剑叶的光合日变化特征和光合色素含量.结果表明: 水稻剑叶净光合速率(P_n)为双峰曲线,发生了光合“午休”现象;大气CO₂浓度升高提高了剑叶P_n,灌浆中期和后期平均分别增加了47.6%和39.1%;高温有降低P_n的趋势,但相关性未达到显著水平.大气CO₂浓度和温度升高导致水稻剑叶生育后期气孔导度(g_s)平均分别降低了17.0%和11.8%.高CO₂浓度水稻剑叶生育后期蒸腾速率(T_r)、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、总叶绿素和叶绿素a/b值显著降低,平均降幅分别为5.9%、50.4%、21.3%、41.4%、39.4%和21.4%,明显增加了剑叶水分利用率(WUE),平均增幅达47.9%.与之相反,生育后期增温使水稻剑叶T_r增加了10.2%,使WUE平均降低了20.4%.综上所述,大气CO₂浓度升高对粳稻生育后期剑叶P_n、g_s和光合色素含量的影响明显大于增温效应.因此,应重视大气CO₂浓度和温度对水稻光合作用和光合色素的综合效应,减弱增温的负效应.     

水稻生长及其体内C、N、P组成对开放式空气CO2浓度增高和N、P施肥的响应

采用FACE(Free Air Carbon-dioxide Enrichment)技术,研究了不同N、P施肥水平下,水稻分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期根、茎、叶、穗生长,C/N比,N、P含量及N、P吸收对大气CO₂浓度升高的响应.结果表明,高CO₂促进水稻茎、穗和根的生长.增加分蘖期叶干重,对拔节期、抽穗期和成熟期叶干重没有显著增加.降低茎、叶N含量;增加抽穗期穗N含量,降低成熟期穗N含量;对分蘖期根N含量影响不显著,而降低拔节期、抽穗期和成熟期根N含量.增加拔节期、抽穗期和成熟期叶P含量,对茎、穗、根P含量影响不显著.水稻各组织C含量变化不显著.C/N比增加.显著增加水稻地上部分P吸收;增加N吸收,但没有统计显著性.N、P施用对水稻各组织生物量没有显著影响.高N(HN)比低N(LN)增加组织中N含量,而不同P肥水平间未表现出明显差异.高N条件下高CO₂增加水稻成熟期地下部分/地上部分比.文中还讨论了高CO₂对N、P含量及地下部分/地上部分比的影响机制.     

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.     

Comparative response of seedlings of selected native dry tropical and alien invasive species to CO2 enrichment

Aims Global climate change and ongoing plant invasion are the two prominent ecological issues threatening biodiversity world wide. Among invasive species, Lantana camara and Hyptis suaveolens are the two most important invaders in the dry deciduous forest in India. We monitored the growth of these two invasive species and seedlings of four native dry deciduous species (Acacia catechu, Bauhinia variegata, Dalbergia latifolia and Tectona grandis) under ambient (375–395 μ mol mol^-1) and elevated CO₂ (700–750 μ mol mol^-1) to study the differential growth response of invasive and native seedlings.Methods Seedlings of all the species were exposed to ambient and elevated CO₂. After 60 days of exposure, seedlings were harvested and all the growth-related parameters like plant height; biomass of root, stem and leaves; total seedling biomass; R/S ratio; allocation parameters; net assimilation rate (NAR) and relative growth rate (RGR) were determined.Important findings Biomass, RGR and NAR of all the species increased under elevated CO₂ but the increase was higher in invasive species and they formed larger seedlings than natives. Therefore under the CO₂ -enriched future atmosphere, competitive hierarchies could change and may interfere with the species composition of the invaded area.     

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)．     

大气CO2浓度增加与氮肥对棉花生物量、氮吸收量及土壤脲酶活性的影响

试验设置半开顶式CO₂人工气候室,研究了不同CO₂浓度处理(360、540 μmol·mol^-1)与施氮(N)量(0、150、300 和450 kg·hm^-2)对棉花干物质的积累与分配、氮素吸收量及土壤脲酶活性的影响.多样性指数和主成分分析表明: 各施N水平下,CO₂浓度增加下棉花蕾、茎、叶和整株的总干物质积累量显著增加;2个CO₂浓度下,300 kg·hm^-2-N (N₃₀₀)处理棉花蕾、茎、叶、根及整株干物质量显著高于其他3个N肥处理,合理的氮肥施用可显著提高棉花干物质积累量.棉花蕾和茎的氮素吸收量受CO₂浓度影响显著,与360 μmol·mol^-1CO₂浓度相比,CO₂浓度为540 μmol·mol^-1条件下蕾和茎的氮含量显著增加,其中N₃₀₀处理下蕾的氮含量最高,N₁₅₀和N₃₀₀处理茎的氮含量高于N₀和N₄₅₀处理;叶的氮素吸收量受CO₂和N的交互作用影响显著,在N₀、N₁₅₀、N₃₀₀处理下,540 μmol·mol^-1CO₂浓度下叶的氮含量增加;棉花根的氮素吸收量受施N的影响显著,540 μmol·mol^-1CO₂浓度下根的氮含量随着施N量的增加显著增加.总体上,540 μmol·mol^-1CO₂浓度下棉花的氮素吸收量高于360 μmol·mol^-1 CO₂浓度,各CO₂和N组合处理下,棉花各器官的氮素积累量蕾铃最高,叶片居中,其次是茎秆,根系最低.各施N水平下,两个土层的土壤脲酶活性随着CO₂浓度升高而显著增加;不同CO₂浓度处理下,0~20 cm土层土壤脲酶活性随着施N量的增加而增加,20～40 cm土层N₃₀₀处理下的土壤脲酶活性高于其他N肥处理;CO₂和N互作下,0~20 cm土层土壤脲酶活性的平均值显著高于20~40 cm土层.大气CO₂浓度为540 μmol·mol^-1、氮肥施用量为300 kg·hm^-2可显著提高棉花干物质积累量和氮素吸收量.     

大气CO2浓度增加与氮肥对棉花生物量、氮吸收量及土壤脲酶活性的影响

试验设置半开顶式CO₂人工气候室,研究了不同CO₂浓度处理(360、540 μmol·mol^-1)与施氮(N)量(0、150、300 和450 kg·hm^-2)对棉花干物质的积累与分配、氮素吸收量及土壤脲酶活性的影响.多样性指数和主成分分析表明: 各施N水平下,CO₂浓度增加下棉花蕾、茎、叶和整株的总干物质积累量显著增加;2个CO₂浓度下,300 kg·hm^-2-N (N₃₀₀)处理棉花蕾、茎、叶、根及整株干物质量显著高于其他3个N肥处理,合理的氮肥施用可显著提高棉花干物质积累量.棉花蕾和茎的氮素吸收量受CO₂浓度影响显著,与360 μmol·mol^-1CO₂浓度相比,CO₂浓度为540 μmol·mol^-1条件下蕾和茎的氮含量显著增加,其中N₃₀₀处理下蕾的氮含量最高,N₁₅₀和N₃₀₀处理茎的氮含量高于N₀和N₄₅₀处理;叶的氮素吸收量受CO₂和N的交互作用影响显著,在N₀、N₁₅₀、N₃₀₀处理下,540 μmol·mol^-1CO₂浓度下叶的氮含量增加;棉花根的氮素吸收量受施N的影响显著,540 μmol·mol^-1CO₂浓度下根的氮含量随着施N量的增加显著增加.总体上,540 μmol·mol^-1CO₂浓度下棉花的氮素吸收量高于360 μmol·mol^-1 CO₂浓度,各CO₂和N组合处理下,棉花各器官的氮素积累量蕾铃最高,叶片居中,其次是茎秆,根系最低.各施N水平下,两个土层的土壤脲酶活性随着CO₂浓度升高而显著增加;不同CO₂浓度处理下,0~20 cm土层土壤脲酶活性随着施N量的增加而增加,20～40 cm土层N₃₀₀处理下的土壤脲酶活性高于其他N肥处理;CO₂和N互作下,0~20 cm土层土壤脲酶活性的平均值显著高于20~40 cm土层.大气CO₂浓度为540 μmol·mol^-1、氮肥施用量为300 kg·hm^-2可显著提高棉花干物质积累量和氮素吸收量.