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(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.     

FACE条件下水稻冠层蒸散和水分利用率的模拟

利用开放式CO₂浓度增高（FACE）系统平台,通过在水稻拔节期至成熟期对水稻冠层微气候及相关生理指标的连续观测,并结合能量平衡分析,模拟研究了FACE对水稻冠层蒸散和水分利用率的影响.结果表明：将水稻叶片气孔导度与光合有效辐射、饱和水气压差的定量关系与Penman-Monteith方程相结合,可以较好地模拟FACE和对照条件下的水稻蒸散量;观测期间,CO₂浓度升高使水稻的水分利用比对照减小约10 mm,结合水稻生物量增加12%,FACE条件下水稻水分利用率（WUE）增加约12%.     

春小麦对大气CO2浓度升高的响应及其对麦长管蚜生长发育和繁殖的影响

通过开顶式气室研究了春小麦对大气CO₂浓度升高(542.1±24.8和738.8±25.7 μl·L^-1 vs.382.4±248 μl·L^-1)的响应及其对麦长管蚜生长发育和繁殖的影响.结果表明,大气CO₂浓度升高有利于春小麦的生长.与对照相比,5月5日～6月14日,550和750 μl·L^-1 CO₂浓度处理春小麦的株高分别增加2.80%～14.92%和6.30%～17.56%;4月30日～6月9日,叶面积分别增加5.68%～50.52%和6.14%～83.45%;DC₅₀分别提前了0.39和0.90 d,DC₇₅也分别提前了0.53和1.02 d;茎、叶、穗以及整个地上部组织的鲜、干重均有不同程度的增加.大气CO₂浓度升高可显著提高春小麦的穗长和穗粒数,降低千粒重.与对照相比,550和750 μl·L^-1 CO₂浓度处理的麦穗长分别增加0.56%和3.20%;单株穗粒数分别增加12.5%和18%;而千粒重分别降低了2.23%和6.34%.随着大气中CO₂浓度增加,麦穗中葡萄糖、二糖、多糖、总糖、总糖与总氮的比值都显著增加,而果糖、三糖和总氮含量都显著降低.大气CO₂浓度升高可缩短麦长管蚜的产卵前期和世代历期,提高繁殖量和平均相对生长率.与对照相比,550和750 μl·L^-1 CO₂浓度处理麦长管蚜的平均相对生长率分别提高33.26%和74.34%.麦长管蚜种群的平均相对生长率与寄主麦穗中总糖和总氮的比值相关显著.     

大气CO2浓度升高对不同施氮土壤酶活性的影响

利用中国唯一的无锡FACE（Free-air CO₂ enrichment,开放式空气CO₂浓度升高）平台,研究了大气CO₂浓度升高对土壤β-葡糖苷酶、转化酶、脲酶、酸性磷酸酶、β-氨基葡糖苷酶的影响。研究发现,不同氮肥处理下大气CO₂浓度升高对某些土壤酶活性的影响不同。在低氮施肥处理中,大气CO₂浓度升高显著降低β-葡糖苷酶活性,但是在高氮施肥处理下,大气CO₂浓度升高显著增加β-葡糖苷酶活性。在低氮和常氮施肥处理中大气CO₂浓度升高显著增加了土壤脲酶活性,但在高氮水平下影响不显著。在低氮、常氮施肥处理中,大气CO₂浓度升高对土壤酸性磷酸酶活性没有影响,而在高氮施肥处理中显著增强了土壤中磷酸酶活性。大气CO₂浓度升高对土壤转化酶活性和β-氨基葡糖苷酶的活性有增加趋势,但影响不显著。研究还发现,在不同的CO₂浓度下,土壤酶活性对不同氮肥处理的响应也不同。在正常CO₂浓度下,土壤中β-葡糖苷酶活性随着氮肥施用量的增加而降低,而在大气CO₂浓度升高条件下,却随着氮肥施用量的增加而增加。在大气CO₂浓度升高条件下,高氮施肥显著增加了转化酶和酸性磷酸酶活性,而在正常CO₂浓度下,影响不显著。在大气CO₂浓度升高条件下,氮肥处理对脲酶活性的影响不大,但在正常CO₂浓度下,脲酶活性随着氮肥施用量的增加而增加。氮肥对β-氨基葡糖苷酶活性的影响不明显。     

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.     

大气CO2浓度和氮肥水平对小麦籽粒产量和品质的影响

应用FACE平台,研究了不同氮肥水平下大气CO₂浓度升高对小麦籽粒产量和品质的影响.结果表明： 大气CO₂浓度升高（FACE）和增施氮肥显著提高了小麦籽粒产量、穗数、穗粒数和生物量.但FACE处理对收获指数无显著影响.FACE处理显著降低了籽粒蛋白质、醇溶蛋白、谷蛋白、面筋含量和沉降值,显著提高了小麦籽粒淀粉及其组分含量,而氮肥处理具有相反的效应.面团稳定时间及峰值黏度、最终黏度、反弹值等黏度特征参数在FACE和高氮水平下显著增加.此外,CO₂浓度与氮肥水平互作对小麦籽粒产量和生物量有显著的正效应,但对籽粒品质无显著影响.在未来大气CO₂浓度升高的情况下,维持较高的施氮量有利于提高小麦籽粒产量,改善淀粉糊化特性,缓解小麦品质特性的下降.     

广州市红树林和滩涂湿地生态系统与大气二氧化碳交换

在生物量调查和土壤温室气体排放量测定基础上,对广州市红树林和滩涂湿地生态系统与大气CO₂交换进行研究,分析湿地植被净生产力吸收CO₂的能力和不同积水状态下(常年积水、间歇积水、无积水)湿地碳汇功能.结果表明:红树林湿地植被净生产力吸收CO₂ 33.74 t·hm^-2·a^-1,土壤排放CO₂(包括CH₄折算成CO₂的温室效应量)12.26 t·hm^-2·a^-1,湿地每年净吸收大气CO₂ 21.48 t·hm^-2,说明红树林湿地是一个强的碳汇;滩涂湿地植被净生产力吸收CO₂ 8.54 t·hm^-2·a^-1,土壤排放CO₂ 5.88 t·hm^-2·a^-1,排放CH₄ 0.19 t·hm^-2·a^-1,若按碳素折算,湿地每年吸收大气中碳素2.33 t·hm^-2,土壤排放碳素1.74 t·hm^-2包括（CH₄中的碳),系统净固定碳0.59 t·hm^-2,说明滩涂湿地是一个弱的碳汇,若将CH₄的温室效应折算成CO₂量,则土壤排放CO₂ 9.78 t·hm^-2·a^-1,排放比吸收多1.24 t·hm^-2·a^-1,对大气温室效应而言,滩涂湿地是一个弱碳源;常年积水下排放的温室气体主要是CH₄,无积水下排放的温室气体主要是CO₂;常年积水湿地碳汇功能最大,无积水湿地碳汇功能最小.     

施氮量对花铃期棉花果枝生物量累积时空变异特征的影响

试验在黄河流域黄淮棉区的河南安阳和长江流域下游棉区的江苏南京棉花大田进行, 氮素设0（N₀）、120（N₁）、240（N₂）、360（N₃）、480（N₄） kg·hm^-2 5个水平,定量分析了不同施氮量对美棉33B花铃期棉花果枝生物量累积时空变异特征的影响.结果表明： 不同施氮量下,两试验点棉株不同果枝部位营养器官、生殖器官、生物量累积时间变异特征均表现为Logistic曲线,空间变异特征存在明显差异.安阳点360 kg·hm^-2施氮量、南京点240 kg·hm^-2施氮量处理具有快速增长期起始时间早、持续时间短、最大速率大等特征,说明该施氮量水平有利于棉花生物量的快速累积,以形成较高的产量与品质;而施氮量过多或不足均不利于棉株不同果枝部位生物量的累积.可以通过不同的施氮量来调节棉株不同果枝部位快速生长期的生长特征值,以提高棉花的产量和品质.     

常规灌溉条件下嫁接和增施氮肥对温室黄瓜耗水量及水分利用效率的影响

在日光温室内研究了常规灌溉条件下,嫁接和3种施氮水平（0、110和331 kg·hm^-2）对日光温室黄瓜耗水量和水分利用效率的影响.结果表明：在嫁接和追施氮肥331 kg·hm^-时,黄瓜耗水量最高,冬春茬和秋冬茬分别为3 350和2 181 m³·hm^-2,水分利用效率也最高,两茬口分别为27.2和36.9 kg·m^-3.在施氮量相同的情况下,嫁接黄瓜的耗水量比自根黄瓜提高3%～6%,经济产量和水分利用效率则分别提高28%和209%;随着施氮量的增加,嫁接黄瓜耗水量和水分利用效率均显著增加,自根黄瓜耗水量也随施氮量的增加而增加,但水分利用效率却在施氮110 kg·hm^-2时最高.因此,嫁接栽培可显著提高黄瓜耗水量及水分利用效率,且随着施氮量的增加而显著增加;增施氮肥也可显著提高自根黄瓜的耗水量,但氮肥增施过多则将降低自根黄瓜的水分利用效率.     

模拟氮沉降对典型阔叶红松林土壤有机碳和养分的影响简

为探讨氮沉降对典型阔叶红松（Pinus koraiensis）林的影响,从2008年6月~2010年8月进行了人工模拟氮沉降实验,实验分为对照、低N、中N、高N4个处理,每个处理3个重复。所施氮肥为CO(NH₂)₂,以溶液的形式喷施,4个处理浓度分别为0、30、60、120 kg·hm^-2·a^-1。在氮沉降进行1年后,采集各处理0～20、20～40和40～60 cm的土壤样品,测定其土壤有机C、全N、碱解N和速效P、速效K。结果表明：相同处理下,有机C和全N含量随土层的加深均逐渐减少。总体上低、中N处理显著增加了土壤有机C、碱解N和速效K含量,中、高N处理显著降低了土壤速效P含量（P<0.05）,而对全N含量影响不显著（P>0.05）。土壤有机C与土壤全N、碱解N、速效P、速效K之间存在极显著正相关关系（P<0.001）。有机C和土壤养分对氮沉降的响应说明氮沉降在短期内可能影响阔叶红松林土壤碳库积累和土壤肥力水平。     

三种集约化种植体系氮素平衡及其对地下水硝酸盐含量的影响

选取中国北方3种重要的集约化种植体系小麦玉米轮作、大棚蔬菜和果园,研究了3种体系年度氮素输入输出关系、土壤硝酸盐的累积、不同体系地下水硝态氮含量的动态变化.结果表明,大棚蔬菜年度化肥氮、有机肥氮、灌水带入的氮和总氮输入量分别为135.8、1881、402和36.56kg·hm^-2,分别为小麦玉米田的25、37.5、83.8和5.8倍,为果园的2.1、10.4、6.82和4.2倍.不同系统降水输入的氮在142～189kg·hm^-2之间.3个体系氮输出量分别为280、329和121kg·hm^-2.氮素年度盈余分别为349、332.7和74.6kg·hm^-2.0～90cm土层硝态氮累积量分别为22.1～2.75、1173和613kg·hm^-2,90～180cm土层硝态氮累积量分别为2.13～2.42、10.32和976kg·hm^-2.在0～180cm剖面中,小麦玉米田各层土壤硝态氮处于相对均一分布,大棚蔬菜以表层最高,30cm以下各层也远高于大田,果园土壤硝态氮累积随土壤深度而增加.3种体系均表现出硝酸盐的明显淋洗.大棚蔬菜区浅井地下水硝态氮含量99%超过了10mg·L^-1.而大棚深井和果园浅井超标率均为5%,小麦玉米深井为1%.大棚蔬菜区地下水硝态氮含量与井深呈指数函数降低关系.     

The duration and rate of grain growth, and harvest index, of wheat (Triticum aestivum L.) in response to temperature and CO2

Winter wheat (Triticum aestivum L. cv. Hereward) was grown inthe field inside polyethylene-covered tunnels at a range oftemperatures at either 380 or 684 µmol mol^–1 CO₂.Serial harvests were taken from anthesis until harvest maturity.Grain yield was reduced by warmer temperatures, but increasedby CO₂ enrichment at all temperatures. During grain-filling,individual grain dry weight was a linear function of time fromanthesis until mass maturity (attainment of maximum grain dryweight) within each plot. The rate of progress to mass maturity(the reciprocal of time to mass maturity) was a positive linearfunction of mean temperature, but was not affected by CO₂ concentration.The rate of increase in grain dry weight per ear was 2.0 mgd^–1 greater per 1 C rise, and was 8.0 mg d^–1 greaterat 684 compared with 380 µmol mol^–1 CO₂ at a giventemperature. The rate of increase in harvest index was 1.0%d^–1 in most plots at 380 µmol mol^–1 CO₂ andin open field plots, compared with 1.18% d^–1 in all plotsat 684 µmol mol^–1 CO₂. Thus, the increased rateof grain growth observed at an elevated CO₂ concentration couldbe attributed partly to a change in the partitioning of assimilatesto the grain. In contrast, the primary effect of warmer temperatureswas to shorten the duration of grain-filling. The rate of graingrowth at a given temperature and the rate of increase in harvestindex were only independent of the number of grains per earabove a critical grain number of 23–24 grains per ear({small tilde}20 000 grains m^–2). Key words: Winter wheat, grain growth, temperature, CO₂, harvest index, critical grain number     

超高产夏玉米田土壤微生物与土壤酶的动态变化

为揭示超高产夏玉米田（产量>15 000 kg·hm^-2）土壤微生物与土壤酶活性动态变化特性,在国家玉米工程技术研究中心（山东）试验场进行夏玉米生长季农田土壤微生物与土壤酶活性研究. 在连续3年产量15 000 kg·hm^-2以上的超高产夏玉米田中选择一块超高产田（HF, 产量为20 322 kg·hm^-2）与常规生产田（CF, 产量为8920.1 kg·hm^-2）进行对比分析,主要测定0～20 cm土层土壤细菌、真菌与放线菌数量及脲酶和转化酶活性. 结果表明：播种后超高产田与常规生产田土壤微生物（细菌、真菌与放线菌）数量均表现出先升高后下降的趋势,超高产田在玉米生长后期土壤微生物数量低于常规生产田,细菌与放线菌表现尤其明显,收获期超高产田B/F值（细菌与真菌数量比）比播种期高2.03倍,比常规生产田高3.02倍,常规生产田收获期与播种期的B/F值变化不显著;超高产田土壤脲酶活性在播种31 d（拔节期）后低于常规生产田,转化酶活性播种58 d（开花期）后快速下降,低于常规生产田.     

The Effects of Elevated Atmospheric Carbon Dioxide and Water Stress on Ligth Interception, Dry Matter Production and Yield in Stands of Groundnut (Arachis hypogaea L.

Stands of groundnut (Arachis hypogaea L.), a C₃ legume, weregrown in controlled-environment glasshouses at 28 °C (±5°C)under two levels of atmospheric CO₂ (350 ppmv or 700 ppmv) andtwo levels of soil moisture (irrigated weekly or no water from35 d after sowing). Elevated CO₂ increased the maximum rate of net photosynthesisby up to 40%, with an increase in conversion coefficient forintercepted radiation of 30% (from 1–66 to 2–16g MJ^–1) in well-irrigated conditions, and 94% (from 0–64to 1·24 g MJ^–1) on a drying soil profile. In plantswell supplied with water, elevated CO₂ increased dry matteraccumulation by 16% (from 13·79 to 16·03 t ^–1) and pod yield by 25% (from 2·7 to 3·4t ha^–1).However, the harvest index (total poddry weight/above-grounddry weight) was unaffected by CO₂ treatment. The beneficial effects of elevated CO₂ were enhanced under severewater stress, dry matter production increased by 112% (from4·13 to 8·87 t ha^–1) and a pod yield of1·34t ha^–1 was obtained in elevated CO₂, whereascomparable plotsat 350 ppmv CO₂ only yielded 0·22 t ha^-1.There was a corresponding decrease in harvest index from 0·15to 0·05. Following the withholding of irrigation, plants growing on astored soil water profile in elevated CO₂ could maintain significantlyless negative leaf water potentials (P<0·01) for theremainder of the season than comparable plants grown in ambientCO₂, allowing prolonged plant activity during drought. In plants which were well supplied with water, allocation ofdry matter between leaves, stems, roots, and pods was similarin both CO₂ treatments. On a drying soil profile, allocationin plants grown in 350 ppmv CO₂ changed in favour of root developmentfar earlier in the season than plants grown at 700 ppmv CO₂,indicating that severe waterstress was reached earlier at 350ppmv CO₂. The primary effects of elevated CO₂ on growth and yield of groundnutstands weremediated by an increase in the conversion coefficientfor intercepted radiation and the prolonged maintenance of higherleaf water potentials during increasing drought stress. Key words: Arachis hypogaea, elevated CO₂, water stress, dry matter production     

改变凋落物输入对杉木人工林土壤呼吸的短期影响

从2007年1月至12月, 在长沙天际岭国家森林公园, 通过改变杉木林凋落物输入, 研究杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林群落去除凋落物、加倍凋落物土壤呼吸速率及5 cm土壤温、湿度的季节变化。结果表明: 去除和加倍凋落物对土壤温度和湿度产生的差异不显著(p>0.05), 对土壤呼吸全年产生的差异接近显著(Marginal significant)(p=0.058)。按植物生长期分别分析, 去除和加倍凋落物对土壤呼吸产生的差异, 在生长旺盛期差异显著(p=0.003), 在生长非旺盛期差异性不显著(p=0.098)。去除凋落物年均土壤呼吸速率为159.2 mg CO₂·m^-2·h^-1, 比对照处理土壤呼吸速率(180.9 mg CO₂·m^-2·h^-1)低15.0%, 加倍凋落物的土壤呼吸为216.8 mg CO₂·m^-2·h^-1, 比对照处理高17.0%。去除和加倍凋落物土壤呼吸季节动态趋势与5 cm深度土壤温度相似, 它们之间呈显著指数相关, 模拟方程分别为: y=27.33e^{0.087 2t}(R²=0.853, p＜0.001), y=37.25e^{0.088 8t}(R²=0.896, p＜0.001)。去除和加倍凋落物的Q₁₀值分别为2.39和2.43, 均比对照2.26大。去除和加倍凋落物土壤呼吸与土壤湿度之间关系不显著(p>0.05)。这一结果使我们能够在较短时间内观察到改变凋落物输入对土壤呼吸的影响, 证明凋落物是影响土壤CO₂通量的重要因子之一。