热带季节雨林冠层树种绒毛番龙眼的光合生理生态特性

采用Li-6400便携式光合作用测定仪,对西双版纳热带季节雨林冠层树种绒毛番龙眼成树树冠上、中、下3层叶片进行了测定,分析西双版纳热带季节雨林冠层树木的光合作用.结果表明,绒毛番龙眼成树具有喜光的光合特性,光饱和点较高(1 000～1 500 μmol·m^-2·s^-1),而光补偿点较低(7.7～15.3 μmol·m^-2·s^-1),对光环境有较强的适应和调节能力,光合有效辐射是影响绒毛番龙眼光合日进程的关键因子;12月,叶片处于成熟期,生长良好,光合能力较强,树冠上层净光合速率（P_n）日变化为单峰型,最大净光合速率（A_max）约为8.9 μmol CO₂·m^-2·s^-1;4月处于新老树叶更替期,光合能力下降,树冠上层P_n日变化为双峰型,中午出现“午休”现象,树冠上层A_max约为4.3 μmol CO₂·m^-2·s^-1;7月上、中层叶片P_n为单峰型,下层出现“午休”.如人为使CO₂浓度在短期内迅速升高,则绒毛番龙眼的P_n会增加,而气孔导度和蒸腾速率降低;CO₂浓度从400 μmol·mol^-1升高到800 μmol·mol^-1时,干季水分利用效率（WUE）提高约50%～100％,雨季WUE较低.     

二氧化碳和臭氧浓度升高对春小麦生长及次生代谢的影响

通过开顶式气室(OTCs)研究了OTC对照（自然CO₂浓度约342 μmol·mol^-1,O₃浓度约30 nmol·mol^-1）、高浓度CO₂（550 μmol·mol^-1）、高浓度O₃（浓度为80 nmol·mol^-1）及其交互作用（CO₂ 550 μmol ·mol^-1,O₃ 80 nmol·mol^-1）对春小麦不同发育时期生物量、总酚量、黄酮含量及成熟期产量性状的影响.结果表明：CO₂浓度增加条件下,春小麦生物量和产量性状都显著高于OTC对照（P<0.05）;而O₃浓度升高条件下,小麦生物量降低,株高、穗长、穗粒质量及千粒重也显著低于对照;CO₂和O₃交互作用下各项指标处于二者之间.说明CO₂可以缓解O₃对小麦的负效应,而O₃对CO₂的正效应具有削弱作用,但二者的作用并非简单的叠加.CO₂、O₃浓度增加及其交互作用显著增加了春小麦叶片中的总酚含量,其中两者交互作用的效应更大,但在小麦生长后期,总酚含量增加量比对照有所降低.在小麦生长前期,各处理总黄酮含量均低于对照;而在成熟期,各处理都显著高于对照.     

供氮和增温对倍增二氧化碳浓度下荫香叶片光合作用的影响

供给0～0.6 mg N的盆栽荫香(Cinnamomum burmannii)幼树分别生长在倍增CO ₂(+CO₂,731 μmol·mol^-1)和正常空气CO ₂浓度(CO ₂,365 μmol·mol^-1)的生长箱内,昼夜温度分别为25/23 ℃和32/25 ℃,自然光照下生长30 d.以生长在CO₂和25/23 ℃下的植株为对照研究增温和氮对+CO₂叶片光合作用的影响.结果表明,在+CO₂和25/23 ℃下无氮和氮处理植株的平均光合速率(Pnsat)较+CO₂和32/25 ℃下的叶片高5.1%,温度增高降低叶片Pnsat;而Pnsat随供氮而增高.在+CO₂条件下,生长在32/25 ℃下的叶片Rubisco最大羧化速率(Vcmax)和最大电子传递速率(Jmax)较25/23 ℃下的低(P＜0.05),温度增高降低+CO₂下叶片的Vcmax和Jmax在+CO2下叶片光合呼吸速率(Rp)较低,生长温度增高提升Rp.在CO₂下生长温度从25/23 ℃增至32/25 ℃,叶片的Rubisco含量(NR)和Rubisco活化中心浓度(M)降低,而供氮能增高NR和M.供氮能减缓温度增高对倍增CO₂下荫香叶片光合作用的限制.     

荔枝的光合特性

在低光强(0至0.15m mol m^-2s^-1)下,荔枝叶子的光合速率随光入射量子通量的增高而增大。在光强0.7m mol m^-2s^-1时光合速率为1.76μmol m^-2s^-1。光合作用的光补偿点约为0.02 m mol m^-2s^-1光量子。荔技叶子具有低的气孔对水分传导率。气孔对水分传导率和蒸腾速率在低光强时随入射量子通量增高而增大:而细胞间CO₂浓度随光强增高而下降。在光强高于0.2m mol m^-2 s^-1光量子时,细胞间CO₂浓度变化较少。在低光强时,叶子的水分利用效率（光合/蒸腾）随光强增高而增大。在光强高于0.2m mol m^-2 s^-1光量子时,水分利用效率明显降低。荔枝叶子的最适光合作用叶温为22-26℃。可能表明在华南夏季中午的高温限制荔枝的田间光合作用。外界CO₂浓度增高相应增高细胞间CO₂浓度。当细胞间CO₂浓度约低于230μ1.1^-1时,光合速率随细胞间CO₂浓度增高而增大。在更高的细胞间CO₂浓度对,光合速率变化则较少。荔枝叶子光合速率对叶子/空气水蒸汽压陡度的变化响应不敏感。气孔对水分传导率和细胞间CO₂浓度随叶子/空气水蒸汽压陡度增大略有降低。     

武夷山不同海拔植被土壤呼吸季节变化及对温度的敏感性

以武夷山国家级自然保护区为实验基地,研究了4种不同海拔高度上植物群落土壤呼吸速率的季节变化及其对温度的敏感性,以及与主要环境因子的关系.结果表明：4种不同海拔植物群落的土壤呼吸速率均具有明显且一致的季节变化,其中夏季土壤呼吸速率最大,为3.10～6.57 μmol CO₂·m^-2·s^-1,冬季最小,为0.27～1.15 μmol CO₂·m^-2·s^-1;土壤呼吸速率与土壤温度呈显著指数相关,不同样地土壤呼吸速率与土壤含水率和凋落物输入量的关系各不相同;高海拔地区土壤呼吸的Q₁₀值显著高于低海拔地区.在中亚热带地区,不同海拔土壤呼吸速率的季节波动主要受土壤温度的影响;在未来全球气候变暖的背景下,高海拔地区的土壤可能释放更多的CO₂.     

检疫性杂草毒莴苣的光合特征及其入侵地群落学生态调查

毒莴苣是我国东南沿海地区的新入侵杂草,也是国家进境植物的检疫对象.调查发现,毒莴苣植株高大,易在入侵地形成群落优势种;常见的伴生杂草有小飞蓬、野塘蒿、鬼针草、裂叶月见草、裂叶牵牛、狗尾草、野胡萝卜、苍耳、一年蓬、山莴苣、葎草、龙葵和钻形紫菀等.应用LCA 4光合蒸腾测定系统对毒莴苣进行净光合速率测定,结果表明：该种实测净光合速率高达21.22±0.45 μmol CO₂·m^-2·s^-1,比入侵性杂草一年蓬、野塘蒿稍低,比藜、北美车前、山莴苣等高,是一种高光效植物;根据毒莴苣的光合-响应曲线,该外来入侵种的理论光补偿点为37.58 μmol·m^-2·s^-1, 光饱和点为1 480 μmol·m^-2·s^-1,理论最大净光合速率20.81 μmol CO₂·m^-2·s^-1;毒莴苣的光合作用具有午休现象,是由于高光照和高温导致气孔阻力增加、气孔关闭,影响了植株对外的气体交换;影响净光合速率的主要因素是气孔导度、叶面光合有效辐射和叶片的蒸腾.     

钾素水平对网纹甜瓜叶片光合特性及叶绿体亚显微结构的影响

在设施基质栽培条件下,研究了营养液中120、240及360 mg·L^-1 3个钾素水平对网纹甜瓜‘甜甜1号’叶片光合特性及叶绿体亚显微结构的影响.结果表明,营养液中钾素水平过低（120 mg·L^-1）或过高（360 mg·L^-1）均导致网纹甜瓜叶片净光合速率下降,使叶绿体片层结构混乱、变形和片层数减少,但对CO₂补偿点（70 μl·L^-1）、饱和CO₂（600 μl·L^-1）、光补偿点（50 μmol·m^-2·s^-1）无显著影响.适宜的钾素水平能显著提高叶片的饱和光强、羧化效率和表观量子效率,3个指标分别为1 200 μmol·m^-2·s^-1、0.1364和0.0237.在试验条件下,提高温室内基质栽培网纹甜瓜叶片光合效率的最适钾素水平为240 mg·L^-1.     

二氧化氮对樟树幼苗生长及光合作用的影响

采用开顶式人工熏气装置,对1年生樟树幼苗进行了为期2个月不同体积分数NO₂(0.1、0.5和4.0 μl·L^-1)熏气试验,研究其对幼苗生长及光合作用的影响.结果表明:0.5和0.1 μl·L^-1 NO₂处理促进了樟树幼苗生长,而4.0 μl·L^-1 NO₂处理则抑制其生长.各处理樟树幼苗叶片净光合速率(P_n)日变化呈不对称的双峰型曲线,存在光合“午休”现象;在光合日进程中,0.5 μl·L^-1 NO₂处理使叶片P_n提高,最大值达8.542 μmol CO₂·m^-2s^-1,4.0 μl·L^-1NO₂处理的大多数时段使P_n降低,而0.1 μl·L^-1 NO₂处理对P_n的影响则依时段而不同;0.5和4.0 μl·L^-1 NO₂处理提高了叶片气孔导度(G_s)和胞间CO₂浓度(C_i)的最大值和最小值,0.1 μl·L^-1 NO₂处理提高了C_i的最大值和最小值,降低了G_s的最大值和最小值.熏气处理中、后期,0.5μl·L^-1 NO₂处理叶片的日均净光合速率显著高于其他处理.在熏气处理前期,0.5和4.0 μl·L^-1 NO₂处理使叶片最大PSⅡ的光能转换效率(F_v/F_m)显著下降;在熏气处理后期,4.0 μl·L^-1 NO₂处理的叶片F_v/F_m仍显著低于对照.     

CO2浓度倍增和UV-B辐射增强对冬季大棚番茄生长、果实品质和产量的影响

在CO₂浓度倍增(700μmol·mol^-1)条件下,对补充5个不同低剂量的UV-B辐射对大棚番茄幼苗的株高、茎粗、干重、鲜重,果实的紫外吸收物、可溶性糖、有机酸、Vc、番茄红素等含量,以及果实产量的影响进行了研究。结果表明,CO₂倍增能够明显促进番茄幼苗的生长,提高了番茄果实的紫外吸收物、可溶性糖、有机酸、Vc、番茄红素等含量以及果实的产量。在CO₂倍增条件下,补充低剂量UV-B辐射可以进一步促进番茄幼苗的生长,提高番茄果实的紫外吸收物、可溶性糖、有机酸、Vc、番茄红素等含量,说明在CO₂倍增的条件下低剂量UV-B辐射对番茄的生长有促进效应,但对果实的产量影响不大。当UV-B的辐射剂量为1.163kJ·m^-2时,这种促进效应最明显,超过这一剂量时,UV-B辐射对番茄的促进效应开始减弱。     

不同土壤水分条件下紫藤叶片生理参数的光响应

测定了不同土壤湿度下2年生紫藤叶片光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）及水分利用效率（WUE）等生理参数的光响应过程,探讨了紫藤正常生长发育所需的土壤水分和光照条件.结果表明:紫藤叶片的P_n、T_r及WUE对土壤湿度和光照强度的变化具有明显的阈值响应.维持紫藤正常生长（同时具有较高P_n和WUE）的土壤湿度范围为:体积含水量（W_v）15.3%～26.5%、相对含水量（W_r）46.4%～80.3%,最佳土壤湿度约为W_v 23.3%、W_r 70.6%.紫藤叶片对光照环境的适应性较强,在光合有效辐射强度（PAR）为600～1 600 μmol·m^-2·s^-1时,P_n和WUE具有较高水平,饱和光强在PAR为800～1 000 μmol·m^-2·s^-1.紫藤叶片光合作用非气孔限制的发生与土壤湿度与光照强度密切相关,W_v为18.4%～26.5%、W_r为55.8%～80.3%时,光合作用主要受气孔限制,光照强度的影响较小;超出此范围后,其受光照强度的影响较大,出现由气孔限制转变为非气孔限制的PAR临界值.紫藤正常生长允许的最低土壤湿度约为W_v 11.9%、W_r 36.1%,允许最高PAR约为1 000 μmol·m^-2·s^-1,是紫藤叶片光合机构受到破坏的临界点.     

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.     

水稻不同生育期磷素营养对开放式空气二氧化碳浓度增高的响应

2001年和2002年利用农田开放式空气CO₂浓度增高(FACE)系统平台,研究不同施N量条件下FACE对武香粳14号不同生育时期磷含量、磷积累、磷分配和磷效率的影响.结果表明,FACE使水稻不同生育时期植株含磷率和吸磷量显著或极显著增加,增幅分别为3.9%～20.6%和28.9%～71.4%;FACE使水稻抽穗后磷在生殖器官中的比例下降9.8%～26.3%,在营养器官中的比例增加2.2%～23.9%,均达显著或极显著水平,而FACE对抽穗前磷在叶片、茎鞘中的比例无显著影响;FACE使水稻不同生育时期单位磷的干物质生产效率、籽粒生产效率和收获指数均明显下降,降幅分别为3.7%～16.6%、6.5%～15.5%和5.4%～9.0%;氮处理以及氮与FACE处理的互作对水稻不同生育时期的磷素营养影响较小.     

大气CO2浓度增高对麦田土壤硝化和反硝化细菌的影响

硝化和反硝化细菌是土壤中与氮转化有关的微生物菌群 ,大气CO2 浓度升高可能对它们的数量产生影响。位于中国无锡的稻 麦轮作农田生态系统FACE平台 2 0 0 1年 6月开始运行。本试验在 2 0 0 3年小麦生长季研究了土壤 (0～ 5cm和 5～ 10cm土层 )中硝化和反硝化细菌在大气CO2 浓度升高条件下的变化。试验采用最大可能法 (MPN)计这两种微生物菌群的数量。结果表明 ,0～ 5cm土层硝化菌数拔节期和成熟期FACE低于对照 ,而孕穗期FACE高于对照 ,5～ 10cm土层硝化菌数越冬期与成熟期FACE低于对照 ,大气CO2 浓度升高使得麦田土壤硝化细菌数目减少。 0～ 5cm土层各个生长期反硝化菌数FACE与对照均没有明显差异 ,5～ 10cm土层反硝化菌数拔节期FACE低于对照 ,大气CO2 浓度升高对麦田土壤反硝化菌的影响不大。     

Photosynthetic acclimation in rice leaves to free-air CO2 enrichment related to both ribulose-1,5-bisphosphate carboxylation limitation and ribulose-1,5-bisphosphate regeneration limitation

Net photosynthetic rates (Pns) in leaves were compared between rice plants grown in ambient air control and free-air CO2 enrichment (FACE, about 200 micromol mol(-1) above ambient) treatment rings. When measured at the same CO2 concentration, the Pn of FACE leaves decreased significantly, indicating that photosynthetic acclimation to high CO2 occurs. Although stomatal conductance (Gs) in FACE leaves was markedly decreased, intercellular CO2 concentrations (Ci) were almost the same in FACE and ambient leaves, indicating that the photosynthetic acclimation is not caused by the decreased Gs. Furthermore, carboxylation efficiency and maximal Pn, both light and CO2-saturated Pn, were decreased in FACE leaves, as shown by the Pn-Ci curves. In addition, the soluble protein, Rubisco (ribulose-1,5-bisphosphate caboxylase/oxygenase), and its activase contents as well as the sucrose-phosphate synthase activity decreased significantly, while some soluble sugar, inorganic phosphate, chlorophyll and light-harvesting complex II (LHC II) contents increased in FACE leaves. It appears that the photosynthetic acclimation in rice leaves is related to both ribulose-1,5-bisphosphate (RuBP) carboxylation limitation and RuBP regeneration limitation.     

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.     

模拟氮沉降对华西雨屏区慈竹林土壤呼吸的影响

2007年12月至2008年11月,在华西雨屏区采用0(对照)、50、150、300kg.hm-2.a-1施氮处理和红外CO2分析法,研究了模拟N沉降对慈竹林土壤呼吸特征的影响.结果表明:慈竹林土壤呼吸速率年内季节变化呈明显的单峰型曲线,7月末最高,为(3.36±0.20)μmol.m-2.s-1,2月末最低,为(0.33±0.07)μmol.m-2.s-1.土壤呼吸速率与土壤温度之间呈极显著指数相关(P0.001),10cm深的土壤温度解释了土壤呼吸速率季节变化的91.6%;而土壤含水量与土壤呼吸之间相关性不显著(R2=0.0758).2008年6—11月根呼吸对土壤总呼吸的贡献率在46%～59%.50、150和300kg.hm-2.a-1施氮处理的年CO2释放量分别比对照低23.6%、46.7%和50.5%.0、50、150和300kg.hm-2.a-1施氮处理的土壤呼吸速率Q10值分别为3.72、3.51、2.95和2.71.     

水稻叶片光合作用对开放式空气CO2浓度增高(FACE)的响应与适应

利用便携式光合气体分析系统 (LI 6 4 0 0 ) ,比较测定了高CO2 浓度 (FACE ,free airCO2 enrich ment)和普通空气CO2 浓度下生长的水稻叶片的净光合速率、水分利用率、表观量子效率和RuBP羧化效率等光合参数 .在各自生长CO2 浓度 (380vs 5 80 μmol·mol-1)下测定时 ,高CO2 浓度 (5 80 μmol·mol-1)下生长的水稻叶片的净光合速率、碳同化的表观量子效率和水分利用率明显高于普通空气 (380 μmol·mol-1)下生长的水稻叶片 .但是 ,随着FACE处理时间的延长 ,高CO2 浓度对净光合速率的促进作用逐渐减小 .在相同CO2 浓度下测定时 ,FACE条件下生长的水稻叶片净光合速率和羧化效率明显比普通空气下生长的对照低 .尽管高CO2 浓度下生长的水稻叶片的气孔导度明显低于普通空气中生长的水稻叶片 ,但两者胞间CO2 浓度差异不显著 ,因此高CO2 浓度下生长的水稻叶片光合下调似乎不是由气孔导度降低造成的 .     

不同氮素水平下二氧化碳加富对草莓叶片光抑制的影响

用便携式调制叶绿素荧光仪和光合仪研究了强光下不同供氮水平（12、4和0.4 mmol·L^-1）和不同CO₂浓度下（700和390 μl·L^-1）丰香草莓叶片的荧光参数及净光合速率的变化.结果表明,CO₂和氮素对草莓叶片光抑制有明显的互作效应.在富CO₂下,12 mmol·L^-1供氮水平的草莓叶片净光合速率升高了62.7%,4和0.4 mmol·L^-1供氮水平则分别降低了7.4%和21.3%;12 mmol·L^-1供氮水平的F_m和F_v/F_m在强光胁迫时降辐减小,暗恢复时F_m和F_v/F_m恢复程度提高,而4和0.4 mmol·L^-1供氮水平却相反.表明氮素供应不足时草莓叶片在富CO₂环境下光合作用出现适应性下调,光抑制增强.     

Seasonal changes in temperature dependence of photosynthetic rate in rice under a free-air CO(2) enrichment

BACKGROUND AND AIMS: Influences of rising global CO(2) concentration and temperature on plant growth and ecosystem function have become major concerns, but how photosynthesis changes with CO(2) and temperature in the field is poorly understood. Therefore, studies were made of the effect of elevated CO(2) on temperature dependence of photosynthetic rates in rice (Oryza sativa) grown in a paddy field, in relation to seasons in two years. METHODS: Photosynthetic rates were determined monthly for rice grown under free-air CO(2) enrichment (FACE) compared to the normal atmosphere (570 vs 370 micromol mol(-1)). Temperature dependence of the maximum rate of RuBP (ribulose-1,5-bisphosphate) carboxylation (V(cmax)) and the maximum rate of electron transport (J(max)) were analysed with the Arrhenius equation. The photosynthesis-temperature response was reconstructed to determine the optimal temperature (T(opt)) that maximizes the photosynthetic rate. KEY RESULTS AND CONCLUSIONS: There was both an increase in the absolute value of the light-saturated photosynthetic rate at growth CO(2) (P(growth)) and an increase in T(opt) for P(growth) caused by elevated CO(2) in FACE conditions. Seasonal decrease in P(growth) was associated with a decrease in nitrogen content per unit leaf area (N(area)) and thus in the maximum rate of electron transport (J(max)) and the maximum rate of RuBP carboxylation (V(cmax)). At ambient CO(2), T(opt) increased with increasing growth temperature due mainly to increasing activation energy of V(cmax). At elevated CO(2), T(opt) did not show a clear seasonal trend. Temperature dependence of photosynthesis was changed by seasonal climate and plant nitrogen status, which differed between ambient and elevated CO(2).     

Stomatal regulation in a changing climate: a field study using Free Air Temperature Increase (FATI) and Free Air CO2 Enrichment (FACE)

This study investigates effects of climate warming (+ 2.5°C ubove ambient) and elevated CO₂ concentration (600 μmol mol^?1) on the stomatal functioning and the water relations of Lolium perenne, using Free Air Temperature Increase (FATI) and Free Air CO₂ Enrichment (FACE). Compared to growth at ambient temperature, whole-season temperature increase reduced leaf stomatal conductance, but only at the top of the canopy (-14.6 and -8.8% at ambient and elevated CO₂, respectively). However, because higher canopy temperature raised the leaf-to-air vapour pressure difference, leaf transpiration rate increased (+28% at ambient and +48% at elevated CO₂) and instantaneous leaf water use efficiency, derived from short-term measurements of assimilation and transpiration rate, declined (-11% at ambient and -13% at elevated CO₂). Nevertheless, at the stand level, growth at + 2.5°C reduced transpiration due to fewer tillers per plant and a smaller leaf area per tiller. This sparser vegetation was also more closely coupled to the atmosphere and maintained a drier internal microclimate. To assess whether the stomatal behaviour observed in this experiment could be explained by prevailing concepts of stomatal functioning, three models were applied (Cowan 1977; Ball, Woodrow & Berry 1987; Leuning 1995). The latter model accounted for the highest proportion of variability in the data (58%) and was insensitive to CO₂ and temperature regime, which suggests that the principles of stomatal regulation are not affected by changes in CO₂ or climate.