温度与降水协同作用对短花针茅生物量及其分配的影响

采用人工气候箱法模拟研究温度变化(对照、增温1.5、2.0、4.0、6.0℃)、降水变化(W-30%、W-15%、对照W0、W+15%、W+30%)(以1978—2007年6—8月的月均温和月均降水量为对照)及其协同作用对内蒙古荒漠草原优势种短花针茅生物量及其分配的影响表明:温度和降水协同作用显著影响短花针茅生物量及其分配。增温使短花针茅总生物量、叶和根生物量增加,茎生物量和根冠比分别在在增温1.5℃、4℃后随增温而减小。干旱高温使总生物量减小,增温和降水增加使总生物量、根和叶生物量增加,茎生物量在增温小于2℃时随降水增加而增加,则适当的增温和增加降水可促进短花针茅生物量的积累。短花针茅的各器官生物量分配对温度和降水协同作用的敏感性为茎生物量比叶生物量比根生物量比,最敏感性器官为茎。这表明,短花针茅可根据不同器官生物量对水热变化的敏感性,调节干物质累积分配来适应气候变化。     

CO2浓度和降水协同作用对短花针茅生长的影响

关于二氧化碳(CO2)浓度和降水等单因子变化对植物生长的影响研究已很多,但多因子协同作用的影响研究仍较少,制约着植物对全球变化响应的综合理解与预测.利用开顶式生长箱(OTC)模拟研究了CO2浓度升高(450和550 μmol/mol)和降水量变化(-30％、-15％、对照、+15％和+30％)的协同作用对荒漠草原优势植物短花针茅(Stipa breviflora)生长特性的影响.结果表明:550 μmol/mol CO2浓度下短花针茅植株的生物量和叶面积较对照显著增加,但450 μmol/mol CO2浓度下的变化不明显;降水增多导致植株生物量、叶面积、叶数和株高显著增加;CO2浓度与降水协同作用显著影响短花针茅植株生物量.CO2浓度升高在一定程度上缓解了降水减少对短花针茅的胁迫效应,但降水量减少3O％则明显抑制了CO2浓度升高带来的效应.研究结果有助于增进荒漠草原植物对未来气候变化的适应性理解,可为制定荒漠草原应对气候变化的对策提供依据.     

施肥对内蒙古短花针茅荒漠草原土壤呼吸的影响

2012年在内蒙古短花针茅荒漠草原设置了3个N肥水平（2.5、5和10 g N·m^-2）的不同NPK配施样地,并以未施肥样地为对照(CK),采用LI 8100土壤碳通量测量系统测定了样地中土壤呼吸速率的日动态和季节变化,分析土壤呼吸速率与环境因子的关系.结果表明: 在植物生长旺盛期(8月),3个N肥水平中,10 g N·m^-2处理的土壤呼吸速率显著高于其他处理,5和2.5 g N·m^-2处理的土壤呼吸速率与CK无显著差异.在植物生长初期和中期(5—9月),施P肥有利于提高土壤呼吸速率.施肥并未改变荒漠草原土壤呼吸的日动态和季节变化特征.各处理日变化最高值和最低值分别出现在10:00—14:00和03:00—05:00;季节动态的峰值均出现在8月.土壤呼吸速率与5 cm土壤温度及0～10 cm土壤含水量显著相关,其决定系数分别在0.40～0.58和0.51～0.70,说明表层土壤含水量是制约土壤呼吸变化的主要环境因子.     

放牧对短花针茅荒漠草原植物多样性的影响

放牧干扰对草原植物多样性影响机制是放牧生态学研究的核心问题。以内蒙古锡林郭勒盟苏尼特右旗的短花针茅荒漠草原的长期放牧控制实验为平台,系统研究了放牧调控下植物多样性随组织尺度转换的影响,为荒漠草原植物多样性尺度推绎提供理论基础。结果显示:1)现存草地物种数未放牧最高,适度放牧次之,重度放牧最低,差异体现在多年生杂类草和一年生草本2个功能群上,且各功能群的权重基本不受放牧强度影响;2)群落尺度,放牧强度没有显著影响丰富度指数,未放牧小区的植物Simpson生态优势度指数、Shannon-Wiener物种多样性指数与Pielou均匀度指数大于适度放牧小区,显著大于重度放牧小区(P0.05);功能群尺度,多年生禾草与一年生草本的多样性指数对放牧无显著响应,多年生杂类草的多样性指数未放牧小区最高,适度放牧小区次之。3)Godron群落稳定性指数显示,适度放牧的小区稳定性高于未放牧小区和重度放牧小区。研究表明,放牧强度的上升使短花针茅荒漠草原不同组织尺度植物多样性降低,但群落稳定性结果显示适度放牧的草地表现出了更高的稳定性,植物多样性与稳定性的权衡将是合理制定区域科学放牧强度的重要途径。     

短花针茅荒漠草原植物地上地下生物量对载畜率和降水的响应

该研究于内蒙古自治区乌兰察布市四子王旗农牧科学院基地进行,试验采用完全随机区组设计,3个区组内各自设置了对照(CK)、轻度载畜率(LG)、中度载畜率(MG)、重度载畜率(HG)处理,在每个载畜率试验小区内随机设置了4个降水梯度(自然降水、减少50%降水、增加50%降水、增加100%降水),在短花针茅荒漠草原不同载畜率试验基础上模拟降水试验,分析植物地上地下生物量对载畜率和降水变化的响应特征。结果表明:(1)4种载畜率基础上增加50%降水,短花针茅荒漠草原的植物种数显著高于减少50%降水(P0.05),但与增加100%降水无显著差异;轻度载畜率下增加50%降水时物种数最多。(2)轻度、中度载畜率下增加50%降水地上生物量显著高于减少50%降水和自然降水,但与增加100%降水无显著差异;水分改变均没有使围封、重度载畜率地上生物量出现显著变化。(3)随着载畜率的增加,根系现存量随着土层的深度增加而逐渐降低,水分增加使得根系现存量出现降低趋势。(4)根系现存量与地上生物量呈一次函数极显著正相关关系(R=0.92,P0.01)。     

放牧对短花针茅荒漠草原建群种与优势种空间分布关系的影响

采用多种分析方法探讨放牧对短花针茅荒漠草原建群种与优势种无芒隐子草、碱韭的种群空间分布关系的影响.结果表明: 短花针茅+无芒隐子草+碱韭群落的景观特征主要由草原的土壤理化性质和种群的固有属性决定.自由放牧导致的空间分布的变异程度为碱韭>无芒隐子草>短花针茅.自由放牧对短花针茅和碱韭密度的影响显著,但对无芒隐子草影响不大.随着无芒隐子草密度的增加,自由放牧区短花针茅密度呈现增大趋势,而围封区短花针茅种群密度呈现先增大后减小的趋势;自由放牧区和围封区内短花针茅密度均随碱韭密度的增加而减小.表明植物种群种间关系存在密度效应,在受到外界干扰的情况下,密度效应可能消失;因植物种对或干扰条件不同,植物种间关系可以有多种表现形式.     

不同尺度下荒漠草原建群种短花针茅的空间分布对载畜率的响应

为探讨不同尺度下短花针茅种群密度空间分布对载畜率的响应特点及差异,本研究以内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原建群物种短花针茅为对象,分析了不同尺度(1 mx1 m小尺度和5 mx10m中尺度)下对照、轻度放牧、中度放牧和重度放牧4种处理短花针茅种群的空间异质性.结果表明:与小尺度相比,中尺度的对照与轻度放牧下短花针茅种群密...     

水、氮控制对短花针茅草原土壤呼吸的影响

在自然条件下,采用自动CO2通量系统(Li-8100,Li-COR,Lincoln,NE,USA)野外测定短花针茅(Stipa breviflora)草原土壤呼吸速率,并通过回归方程分析不同水分梯度和氮素添加与土壤呼吸速率间的关系。结果表明:(1)短花针茅草原整个生长季,增雨显著提高土壤呼吸速率(P0.05),土壤呼吸速率峰值出现在温度适中,土壤含水量最大的时期(8月初)。(2)从整个生长季来看,相同降雨量下,氮素添加对土壤呼吸速率增加有抑制作用,但在降雨较少的时(5月末到6月中旬,0月份),氮素添加对土壤呼吸速率有较少的促进作用。(3)土壤含水量和土壤呼吸速率的函数模型中一元二次函数模型明显优于线性、指数等模型。一元二次模型能更好地说明土壤呼吸速率的实际变化。     

荒漠草原建群种短花针茅功能性状对长期放牧的可塑性响应

植物功能性状反映了植物对生长环境的响应和适应,将环境、植物个体和生态系统结构、过程与功能联系起来,而放牧是草原生态系统的主要土地利用方式,对草原生态系统的群落结构和生态系统功能的改变起着重要作用。该研究测定了内蒙古四子王旗长期不同放牧强度下草原建群种短花针茅(Stipa breviflora)的功能性状,探讨放牧对草原群落结构的影响。研究发现:(1)随放牧强度增加,叶片各性状指标、个体生物量、植株高度、冠(丛)幅均有显著变小、变矮的趋势。(2)通过排序构建的短花针茅性状可塑性变化谱显示,各功能性状指标的可塑性指数均在重牧区最高,轻牧区最低;茎质量、叶质量、全株地上生物量对放牧响应敏感,而茎基部直径、冠(丛)幅和比叶质量响应不敏感。(3)短花针茅对长期放牧的变异系数(CV)与其响应程度(PI)之间符合指数方程y=0.08+0.18e~(1.61 x)(R~2=0.53,P0.05),植物功能性状的变异性与性状对放牧的响应强度呈正相关关系。(4)影响地上生物量的因子中,表型功能性状中的冠(丛)幅、平均叶长、叶片数量和总叶面积的贡献率之和达到72.93%。研究认为,随着放牧强度增强,短花针茅的变异性增大、可塑性增强,这可能是短花针茅能够成为建群种的生态响应机制。     

CO2浓度升高和降水增加协同作用对玉米产量及生长发育的影响

关于[CO₂]升高和降水变化等多因子共同作用对植物的影响报道较少, 制约着人们对植物对全球气候变化响应的认识和预测。玉米(Zea mays)作为重要的C₄植物, 受[CO₂]和降水影响显著, 但鲜有[CO₂]升高和降水增加协同作用对其产量及生长发育影响的报道。该研究利用开顶式生长箱模拟[CO₂]升高(390 (环境)、450和550 μmol·mol^-1), 降水增加量设置为增加自然降水量的15% (以试验地锦州1981-2010年6至8月月平均降水量为基准), 从而形成6个处理: C₅₅₀W_+15%、C₅₅₀W₀、C₄₅₀W_+15%、C₄₅₀W₀、C₃₉₀W_+15%和C₃₉₀W₀。试验材料选用玉米品种‘丹玉39’。结果表明: [CO₂]升高和降水增加的协同作用在玉米的籽粒产量和生物产量上均达到了显著水平(p< 0.05), 二因子均起正作用, 使籽粒产量和生物产量均升高。籽粒产量在[CO₂] 390、450和550 μmol·mol^-1水平下的降水增加处理较自然降水处理分别增加15.94%、9.95%和9.45%, 而生物产量分别增加13.06%、8.13%和6.49%。因为籽粒产量的增幅略大于生物产量的增幅, 所以促进了经济系数的升高。穗部性状变化显著, 其中, 穗粒数、穗粒重、穗长和穗粗等性状值均随[CO₂]升高而升高, 且各[CO₂]水平下均表现为降水增加处理>自然降水处理, 而瘪粒数相反。但是, [CO₂]升高和降水增加的协同作用也促进了轴粗的升高, 对玉米产量的增加起着限制作用。二因子协同作用在净光合速率(P_n)和叶面积上达到了极显著水平(p< 0.01), 而在株高和干物质积累量上达到了显著水平(p< 0.05)。二因子协同作用使玉米叶片的P_n升高, 植株高度升高, 穗位高升高, 茎粗增加, 叶面积变大, 从而促进了干物质积累量的升高, 为玉米增产打下了良好的基础。这表明: 在未来[CO₂]升高条件下, 一定程度的降水增加对玉米的产量具有正向促进作用。     

气温、CO2浓度和降水交互作用对作物生长和产量的影响

气温、大气CO₂浓度和降水等气候因子是影响作物生长发育的关键因子,而不同的气候因子对作物的影响并非独立的,多气候因子交互作用对作物的影响目前已成为研究的焦点问题.研究不同气候因子交互作用的影响,其结果更接近作物生长的实际情况,有助于了解作物甚至作物生态系统对气候变化的真实响应.国内外关于不同气候因子对作物影响的报道较多,要全面总结不同气候因子交互作用对作物的影响是非常困难的.因此,本文只对近年来有关气温升高、大气CO₂浓度增加和降水变化交互作用对作物生长发育、光合生理及产量影响的研究进展做一简要评述,并提出目前研究的不足和需要解决的关键问题,以期为气候变化对作物生长发育及产量影响的研究提供参考.     

高浓度CO2对红松(Pinus koraiensis)针叶光合生理参数的影响

以开顶箱内经过6个生长季高浓度CO2处理的原位土壤种植的红松幼树为实验对象,研究了500umolmol-1CO2对针叶光合作用及相应光合参数的影响.实地条件下测定了净光合速率(PN)对光合有效辐射(PAR)及胞间CO2浓度(Ci)的响应曲线,根据光合作用的生化模型,推算出了Rubisco活性或数量限制的最大羧化速率(VCmax)和光饱和条件下由RuBP再生能力限制的最大电子传递速率(Jmzx),以及表观量子产量(AQY)和最大净光合速率(Pmzx)等.5001umolmol-1 CO2使红松针叶的VCmzx降低了4%,Jmzx和Jmzx/VCmzx比分别增加了27%和18%,均与对照差异不显著,所以红松针叶经过6个生长季高浓度C02处理仍未发生光合驯化.在各自生长条件下测定的PN-PAR响应曲线表明,500pumolmol-1CO2使Pmzx增加了94%,AQY增加了21%,Pmzx增长高于AQY和Jmzx的增加比例,说明500umolmol-1CO2使红松针叶对光的利用效率增强.500umolmol-1CO2下的最大气孔导度(gcmzx)和最大蒸腾速率(Emzx)与对照比增加了一倍,与Pmzx增加的幅度接近.500ummol mol-1 CO2下和对照条件下的Ci/C2比均随环境CO2浓度(C2)增加呈非线性下降趋势,在较低Ca处(Ca≤200umol mol-1),500umol mol-1CO2使Ci/Ca比下降了l%-7%,较高Ca处(Ca≥300umol mol-1),500umol mol-1CO2使Ci/Ca比增加了5%-20%.CO2浓度变化会改变Ci/Ca比,由于气孔的调节作用,Ci/Ca比最终还是要维持在一恒定范围,且气孔对较低的CO2浓度更敏感.     

大气CO2浓度升高对绿豆叶片光合作用及叶绿素荧光参数的影响

利用FACE系统在大田条件下通过盆栽试验研究了大气CO₂浓度升高\[CO₂浓度平均为（550±60) μmol·mol^-1\]对绿豆叶片光合生理和叶绿素荧光参数的影响.结果表明： 与对照\[CO₂浓度平均为（389±40）μmol·mol^-1左右\]相比,大气CO₂浓度升高使花荚期绿豆叶片净光合速率(P_n)和胞间CO₂浓度(C_i)分别升高11.7%和9.8%,气孔导度(G_s)和蒸腾速率(T_r)分别下降32.0%和24.6%, 水分利用效率(WUE)提高83.5%;在蕾期,CO₂浓度升高对绿豆叶片叶绿素初始荧光(F_o)、最大荧光（F_m）、可变荧光（F_v）、F_v/F_m和F_v/F_o没有显著影响;在鼓粒期,CO₂浓度升高使绿豆叶片F_o增加19.1%,F_m和F_v分别下降9.0%和14.3%,F_v/F_o和F_v/F_m分别下降25.8%和6.2%.表明大气CO₂浓度升高可能使绿豆生长后期光系统Ⅱ反应中心结构受到破坏,叶片的光合能力下降.     

CO2浓度升高和不同灌溉量对东北玉米光合特性及产量的影响

CO2和水分是植物光合作用的重要底物,大气CO2浓度升高或水分变化影响植物光合作用。玉米是重要的C4植物,目前已成为我国第一大作物。我国东北地区的玉米产量占全国玉米产量的1/3左右,对确保国家的粮食安全具有重要作用。但是,关于CO2浓度升高或水分变化共同作用对东北玉米的光合速率、水分利用效率和产量影响的研究甚少。基于开顶式生长箱(OTCs),模拟研究了CO2浓度变化(390、450、550μmol/mol)和降水变化(0、+15%(以试验地锦州1981—2010年6、7、8月月平均降水量88.7,153.9 mm和139.8 mm为基准))共同作用对玉米光合特性及产量的影响。以玉米品种丹玉39为材料,利用直角双曲线修正模型对6个处理(C550W+15%、C550W0、C450W+15%、C450W0、C390W+15%和C390W0)的光响应曲线进行了拟合。结果表明:在CO2浓度升高和灌溉的共同作用下,玉米叶片净光合速率(Pn)升高,且灌溉作用大于高CO2浓度作用;而蒸腾速率(Tr)则下降,使水分利用效率(WUE)升高。CO2浓度升高使气孔导度(Gs)降低,灌溉则使之升高,但灌溉的作用小于高CO2浓度作用;胞间CO2浓度(Ci)随CO2浓度增加而升高,灌溉对其影响不明显。高CO2浓度和灌溉共同作用下光响应参数差异明显。CO2浓度升高增加了最大净光合速率(Pnmax)和光饱和点(LSP),灌溉亦然;CO2浓度升高使得光补偿点(LCP)、光补偿点量子效率(φc)和暗呼吸速率(Rd)的灌溉处理和自然降水处理的差距变小。390、450、550μmol/mol CO2浓度下的灌溉处理与自然降水处理相比,叶面积分别增加了11.56%、3.31%和0.45%,干物质积累量分别增加了14.69%、8.09%和1.01%,最终使产量分别增加了10.47%、12.07%和8.96%。可见,在高CO2浓度下,适量的灌溉对玉米的整个光合作用过程起到了促进作用,最终表现为籽粒产量的增加。为研究者评估气候变化对中国东北地区作物光合能力和产量的影响及决策者调整适应气候变化措施方面提供依据。     

大气CO2浓度升高对农产品品质影响的研究进展

大气中不断升高的CO₂浓度以及人类饮食的营养质量是目前我们面临的两个重大问题.目前,大气中CO₂浓度已达到380 μmol·mol^-1,预测到2050年大气CO₂浓度将达到550 μmol·mol^-1.农产品的品质不仅取决于遗传基因,而且受生长环境条件的影响.大量研究表明,农作物的生长发育和产量形成都对CO₂浓度升高做出了响应,而且这种变化对农产品的品质也产生了重要影响.本文对目前国内外模拟CO₂浓度升高对农产品品质影响研究中采用的常见方法进行了比较,并综述了近年来在CO₂浓度升高对水稻、小麦、大豆和其他一些蔬菜类农产品品质影响方面的研究进展.大量试验结果表明,CO₂浓度升高条件下,大宗作物籽粒中蛋白质含量下降,微量元素总体上有下降趋势,而蔬菜类农产品的品质有一定程度改善.最后,本文根据目前研究现状对一些问题进行了讨论并提出了今后的研究方向.     

氮素对高大气CO2浓度下小麦叶片光合作用的影响

通过测定小麦拔节期叶片的光合气体交换参数和光强-光合速率（P_n）响应曲线,研究了氮素对长期高大气CO₂浓度（760 μmol·mol^-1）下小麦叶片光合作用的影响.结果表明：在长期高大气CO₂浓度下,增施氮肥能提高小麦叶片P_n、蒸腾速率（T_r）和瞬时水分利用效率（WUE_i）;与正常大气CO₂浓度相比,高大气CO₂浓度下小麦叶片的P_n和WUE_i增加,气孔导度（G_s）和胞间CO₂浓度(C_i）降低.随光合有效辐射的增强,高大气CO₂浓度下小麦叶片的P_n和WUE_i均高于正常大气CO₂浓度处理,G_s则较低,而C_i和T_r无显著变化.高氮水平下小麦叶片G_s与P_n、T_r、WUE_i呈线性正相关,G_s与C_i在正常大气CO₂浓度下呈线性负相关,但高大气CO₂浓度下二者无相关性;低氮水平下小麦叶片的G_s与P_n、WUE_i无相关性,而与C_i和T_r呈线性正相关,表明高大气CO₂浓度下低氮水平的小麦叶片P_n由非气孔因素限制.     

在高CO2浓度下四种亚热带幼树光合作用对水分胁迫的响应

在较高CO2浓度（700μl/L）下,随着光强（PAR）增高,严自高林林地植物罗伴的光合速率（Pn）增高,当叶片水热（Ψ）从－0.92kPa降低至－2.0kPa,Pn/PAR斜率从0.037降至0.017,即观量子产率（αA）降低54.0％;而来自林密度中等林地的九节和荷木,当叶片水热分别从－0.80kPa降到－2.00和-1.20kPa,αA分别降低22.2%和19.4%;来自开阔地的桃金娘叶片水势降低时,αA亦见明显降低。当叶片水势降低1kPa,罗伞叶片的光能转换效率（δ）降低0.10电子／量子或39.2%,九节和荷木,以及桃金娘相应降低0.033至0.05电子／量子。来自高林密度林地罗伞叶片水热从-0.92kPa降低至-2.00kPa,最大羧化速率（Vcmax）降低24.3%,来自林密度中等林地的九节叶片水热低1kPa,Vcmax降低7.08μmol/m^2s,荷木和疏林桃金娘则有明显高的Vcmax。叶片水势降低,Vcmax亦受明显抑制（P＜0.01）。结果表明,来自林或等林地的荷木和来自开阔林地的桃金娘有着高的Rubisco激活特性,叶片水势降低明显影响Rubisco的激活特性,来自较稀疏林地的荷木和桃金娘有较高电子传递速率（J）,叶片水势降低1kPa,J分别降低52.5和58.1μmol m^2/s,而来自高林密度林地的罗伞,J降低仅为8.9-9.0μmol m^2/s。表明阳生树种的J对水分胁迫响应敏感。研究结果表明,阳生树种有较高的Vcmax,J,δ和Г^*。叶片水势降低引起光合参数不同程度降低,但阳生树种仍维持国产高的光合参数值,这有利于阳生植物生物量的积累和保持种群的优势,从而有利于亚热带常绿阔叶林是生植物群落向中生性和耐荫顶极植物群落的演替。     

基于稳定碳同位素技术研究大气CO2浓度升高对植物-土壤系统碳循环的影响

大气CO₂浓度升高影响植物光合作用过程和生物量积累,改变植物地上和地下生物量的动态分配.土壤有机质的形成和周转依赖于植物组分的输入,因此,CO₂浓度升高所造成的植物生理和代谢的变化对土壤碳库收支平衡具有重要影响.采用稳定碳同位素(¹³C)技术研究土壤-植物系统的碳循环可阐明大气CO₂浓度升高条件下光合碳在植物各器官的分配特征和时间动态,明确光合碳在土壤中的积累、分解与迁移转化过程以及对土壤有机碳库周转的影响.本文综述了基于¹³C自然丰度法或¹³C示踪技术研究大气CO₂浓度升高对土壤-植物系统碳循环的影响,主要包括:1)对植物光合作用的同位素分馏的影响;2)对植物光合碳(新碳)分配动态的影响;3)对土壤有机碳新老碳库动态以及微生物转化过程的影响.明确上述过程及其调控机制可为预测CO₂浓度升高对陆地生态系统碳循环及源汇效应的长期影响奠定基础.