不同密度红桦幼苗苗冠结构与竞争对CO2浓度升高的响应

研究了两个种植密度下,红桦（Betula albosinensis）苗冠结构特征对CO2浓度的响应,在此基础上探讨了CO2浓度升高对植物竞争压力的影响。结果表明,冠幅、冠高、苗冠表面积和苗冠体积均受CO2浓度升高的影响而增加,但是受密度增加的影响而降低。CO2浓度升高对苗冠的促进效应在低密度条件下大于高密度处理,高密度条件下苗冠基本特征部分地受到CO2浓度升高的促进作用;升高种植密度的效应则在高CO2浓度条件下大于现行CO2浓度处理。高CO2浓度和高密度条件下,LDcpa（单位苗冠投影面积叶片数）、LDcv（单位苗冠体积叶片数）和苗冠底部枝条的枝角均低于相应的现行CO2浓度处理和低密度处理,这主要是由于冠幅和冠高的快速生长所造成的。升高CO2浓度对枝条长度的影响与枝条在主茎上所处位置有关。总之,升高CO2浓度有利于降低增加种植密度对苗冠所带来的负效应,而增加种植密度降低了升高CO2浓度的正效应。LDcpa和LDcv的降低表明,红桦在升高CO2浓度和种植密度的条件下,会作出积极的响应,从而缓解由于生长的增加所带来的竞争压力的增加。     

CO２浓度和温度升高对红桦根际微生物的影响

应用自控、封闭、独立的生长室系统,研究升高的大气CO_２浓度（环境CO_２浓度+350（±25）μmol•mol-1,EC）和温度（环境温度+2.0（±0.5）℃,ET）及其交互作用（ECT）对不同栽植密度条件下红桦根际土壤可培养微生物数量的影响。结果表明：（1）EC显著增加了高密度条件下根际细菌数量;在整个生长季中,最大的根际细菌数量增加出现在7月份;而EC对低密度处理的根际细菌数量影响不显著。除了5月和6月份,ET在其余月份均显著增加了根际细菌数量,但是与密度处理没有有意义的相关;ECT对高低密度处理的根际细菌数量均未产生有统计意义的影响。（2）EC对低密度条件下的根际放线菌数量有显著增加,而对高密度条件下的根际放线菌数量无显著影响;ET和ECT对高低密度条件下的根际放线菌数量均未产生有统计意义的影响。（3）EC和ET对高低密度条件下的根际真菌数量无显著增加,而ECT显著增加了根际真菌数量。     

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。     

浓度升高对两个种植密度下红桦生长和养分含量的影响

采用控制环境生长室,研究了CO₂浓度升高对2个种植密度下红桦幼苗生长和氮(N)、磷(P)含量的影响。试验设置CO₂浓度为350和700 μmol·mol^-12个水平,每个CO₂浓度水平下又设密度28和84株·m^-22个水平。结果表明：CO₂浓度升高,红桦株高和叶面积指数(LAI)均增加,净同化率(NAR)值增加,叶质比(LMR)和比叶面积(SLA)均下降,但相对生长率(RGR)提高。CO₂浓度增加,红桦幼苗茎枝、叶、根和总生物量提高,氮(N)、磷(P)含量降低,但单株N、P总吸收量均增加。CO₂浓度升高,氮磷利用效率(NUE和PUE)提高,氮磷累积速率(NAcR和PAcR)显著增加。CO₂浓度升高,红桦幼苗体内N、P浓度下降是由于生物量迅速增加引起的稀释效应造成的,而NUE和PUE的提高可以有效缓解CO₂浓度升高后,亚高山和高山地区森林土壤中养分元素不足对森林生产力的限制。CO₂浓度升高导致的植物生长的增加量会随植株密度的增加而降低,不同器官养分吸收量的增加量在低密度条件下比高密度条件下大得多,主要是因为高种植密度显著降低了植株各部位的干质量。     

CO2浓度升高对茴香植株生长、精油含量和组分的影响

 采用每日定时向密封人工气候室补充CO₂的方法,研究了3种CO₂浓度（平均浓度分 别为287.11、532.88和780.46 μmol·mol^-1）对茴香 (Foeniculum vulgare)生长、精油含量和组分的影响。结果表明：随着CO₂浓度的升高,茴香的株高、花序数、花序鲜重、花序干重、全株干重 和植株的干物率均有所上升;植株可溶性糖和全碳含量不断升高,而全氮和蛋白氮含量不断减少;叶色素含量呈下降趋势,叶绿素a/b比的差异 不显著;植株精油含量（分别为1.26、1.45和1.57 ml·(100 g) ^-1 DW）和单株精油产量（分别为0.019、 0.023和0.033 ml）均随之升高。从茴 香植株的精油中鉴定出22种成分,用不同浓度的CO₂处理,精油的成分种类没有差异,成分相对含量却有差别,差异达到极显著水平的有：醎蒎 烯、鈅蒎烯、月桂烯、对聚伞花素、反式葑醇乙酸酯和顺式茴香脑;含量差异达到显著水平的有：香桧烯、水芹烯、罗勒烯、鉥萜品烯、3,4- 二甲基-2,4,6_三烯、爱草脑、葑醇乙酸酯、古巴烯、 金合欢烯和吉玛烯。茴香精油的主要成分反式茴香脑的含量（分别为55.94%、57.20%和 59.5 5%）随着CO₂浓度的升高而升高,而柠檬烯含量（29.60%、30.24%和26.12%）表现出相反的趋势,二者在不同的CO₂浓度处理之间差异均不 显著。     

不同氮素水平下增温及[CO2]升高综合作用对蒙古栎幼苗生物量及其分配的影响

 蒙古栎(Quercus mongolica)是东北地区天然次生林重要组成树种, 研究该树种对未来气候变暖的响应, 可为预测未来气候变暖情况下蒙古栎林的发展动态、制定合理的经营措施提供科学参考。该文旨在探讨不同的供氮水平下, CO₂浓度和温度升高综合作用对蒙古栎幼苗生物量及其分配的影响。实验采用人工气候箱控制, 控制条件分别为温度升高4 ℃(ET)、CO₂浓度倍增(700 μmol CO₂ ·mol^–1) × 温度升高4 ℃ (ECET)和对照(正常温度, CO₂浓度为400 μmol CO₂·mol^–1) (CK), 每个控制条件幼苗的基质分别用3种氮素水平处理: N1 (15 mmol·L^–1 N)、N2 (7.5 mmol·L^–1 N)和N3 (不施氮)。研究结果显示, 1)在ET条件下, N1明显促进幼苗茎的高生长、径生长和生物量积累, 幼苗生物量的分配随氮素浓度的增加, 地下生物量所占的比例增大。2) ECET条件下N1明显促进幼苗的高生长, 但对径生长影响不显著, 对幼苗总生物量积累的影响不显著。但N1增加了地下生物量的比例。3) ET与ECET条件下幼苗叶片的碳氮比均随供氮水平降低而升高, 但ECET下碳氮比的升高是由于叶片碳含量较高引起的, 而ET条件下则是由于叶片氮含量的降低而引起的。ECET和ET条件较低的氮素供应水平综合作用对蒙古栎幼苗的生物量积累无促进作用。因此, 在未来气候变化情况下, 土壤中充足的氮供给可能将促进蒙古栎幼苗的生长, 增加其天然更新潜力, 并增加其碳库容。     

CO2浓度升高与氮沉降对南亚热带森林生态系统植物生物量积累及分配格局的影响

 CO₂浓度升高与氮沉降增加对陆地生态系统的耦合作用已成为全球变化的研究热点。应用大型开顶箱(OTC)人工控制手段研究了人工生态系统在1)高CO₂(700±20 μmol·mol^–1)+高氮沉降(100 kg N·hm^–2·a^–1)(CN); 2)高CO₂(700±20 μmol·mol^–1)+背景氮沉降(C＋); 3)高氮沉降(100 kg N· hm^–2·a^–1)＋背景CO₂(N＋); 4)背景CO₂＋背景氮沉降处理(CK) 4种处理条件下荷木 (Schima superba)、红锥(Castanopsis hystrix)、海南红豆(Ormosia pinnata)、肖蒲桃(Acmena acuminatissima)、红鳞蒲桃(Syzygium hancei)等主要南亚热带森林植物的生物量积累模式及其分配格局。连续近3年的实验结果表明: 不同处理条件下, 各参试植物生物量积累具有不同的响应特征, N＋处理显著促进荷木、肖蒲桃及红鳞蒲桃生物量的积累; C＋处理显著促进肖蒲桃、海南红豆生物量的积累; CN处理显著促进除红锥外其他物种生物量的积累, 并且具有两者单独处理的叠加效应。不同处理改变物种生物量的分配模式, N＋处理降低植物的根冠比, 促进地上部分生物量的积累; C＋处理增加红锥和红鳞蒲桃地下部分生物量的分配, 却促进荷木和海南红豆地上部分的积累; CN处理仅促进红磷蒲桃地下部分的积累。群落生物量的积累与分配格局取决于优势物种的生物量及其分配格局在群落中所占的权重。     

CO2浓度增加和不同氮肥水平对冬小麦根系呼吸及生物量的影响

 依托FACE(Free-air CO₂ enrichment)研究平台, 利用特制分根集气生长箱, 采用静态箱-GC(Gas chromatography)法, 连续两年研究 了大气CO₂浓度升高和不同氮肥水平对冬小麦拔节期、孕穗抽穗期和灌浆末期的根系呼吸及生物量的影响。两季结果表明, CO₂浓度升高和高氮 肥量均不同程度地增加了3个阶段的地上部和地下部的生物量, 这有利于增加根茬的还田量; CO₂浓度升高对冬小麦不同生长阶段的根系呼吸影 响不同, 在拔节期影响较小;孕穗抽穗期显著增加了根系呼吸, 2004~2005季分别增加33.8%(148.1 mg N&;#8226;kg^-1 干土, HN)和43.9%(88.9 mg N&;#8226;kg^-1 干土, LN), 2005~2006季分别为23.8%(HN)和28.9%(LN); 而灌浆末期显著降低了根系呼吸, 2004~2005季分别降低31.4%(HN)和23.3% (LN), 2005~2006季分别为25.1%(HN)和18.5%(LN); 高施氮量比低施氮量促进了根系呼吸; 随着作物生长根系呼吸与地下生物量呈显著线性负相 关, 高CO₂环境中的R²变小,表明随着作物生长发育高CO₂浓度降低了作物根系呼吸与地下部生物量积累间的相关性.     

植物有性生殖对大气CO2浓度变化响应的研究进展

 比较详细地概述了过去数十年关于在大气CO₂浓度升高条件下,植物有性生殖特性发生变化的主要研究成果。随着植物相对生长速率加快,植株达到有性生殖所需形体大小的时间变短,开花期提前,生殖器官的生物量也相应提高,其主要表现为开花数量、花粉和花蜜产量、果实数量与大小、种子大小与产量等均有不同程度的增加。对大多数农作物而言,种子产量的增加主要通过种子数量的增加,而与种子大小变化关系不大。通常,高浓度CO₂对豆科植物种子含氮量影响比较小, 却能显著地降低非豆科植物种子含氮量。不同类型植物的生殖生物量增加趋势存在一定的规律性,如不定型植物>定型植物,豆科植物>C₃非豆科植物>C₄植物,栽培植物>野生植物。针对国内外对CO₂浓度升高影响植物有性生殖特性的研究中存在的不足,该文提出了今后研究应该注意的问题。     

模拟大气CO2浓度和温度升高对亚高山冷杉(Abies faxoniana)林土壤酶活性的影响

采用控制环境生长室研究了川西亚高山森林生态系统中与C、N、P循环有关的土壤转化酶、脲酶、硝酸还原酶和酸性磷酸酶活性的月动态及其对模拟大气CO₂浓度增加、温度升高以及交互作用的动态响应。在一个生长季节内,土壤有机层和矿质土壤层的转化酶、脲酶、硝酸还原酶和酸性磷酸酶的活性高峰均出现在温度较高的夏季。其中,土壤有机层的转化酶活性高峰出现在6月份,但土壤矿质层的转化酶活性高峰出现在7月份,土壤有机层和矿质土壤层的脲酶和酸性磷酸酶的活性高峰均出现在7月份,而硝酸还原酶的活性高峰均出现在8月份。升高大气CO₂浓度处理(EC)对土壤有机层和矿质土壤层的转化酶、脲酶、硝酸还原酶和酸性磷酸酶活性没有显著影响。升高温度处理(ET)显著增加了土壤有机层和矿质土壤层的酶活性,并且土壤有机层的转化酶、硝酸还原酶和脲酶活性增加更显著。大气CO₂浓度增加和温度升高之间的交互作用(ECT)对土壤有机层和矿质土壤层酶活性的影响主要是温度升高引起的。     

CO2浓度升高对两个种植密度下红桦生长和养分含量的影响

采用控制环境生长室,研究了CO2浓度升高对2个种植密度下红桦幼苗生长和氮(N)、磷(P)含量的影响。试验设置CO2浓度为350和700μmol.mol-12个水平,每个CO2浓度水平下又设密度28和84株.m-22个水平。结果表明:CO2浓度升高,红桦株高和叶面积指数(LAI)均增加,净同化率(NAR)值增加,叶质比(LMR)和比叶面积(SLA)均下降,但相对生长率(RGR)提高。CO2浓度增加,红桦幼苗茎枝、叶、根和总生物量提高,氮(N)、磷(P)含量降低,但单株N、P总吸收量均增加。CO2浓度升高,氮磷利用效率(NUE和PUE)提高,氮磷累积速率(NAcR和PAcR)显著增加。CO2浓度升高,红桦幼苗体内N、P浓度下降是由于生物量迅速增加引起的稀释效应造成的,而NUE和PUE的提高可以有效缓解CO2浓度升高后,亚高山和高山地区森林土壤中养分元素不足对森林生产力的限制。CO2浓度升高导致的植物生长的增加量会随植株密度的增加而降低,不同器官养分吸收量的增加量在低密度条件下比高密度条件下大得多,主要是因为高种植密度显著降低了植株各部位的干质量。     

Soil CO2 efflux of two silver birch clones exposed to elevated CO2 and O3 levels during three growing seasons

In the present open‐top chamber experiment, two silver birch clones (Betula pendula Roth, clone 4 and clone 80) were exposed to elevated levels of carbon dioxide (CO₂) and ozone (O₃), singly and in combination, and soil CO₂ efflux was measured 14 times during three consecutive growing seasons (1999–2001). In the beginning of the experiment, all experimental trees were 7 years old and during the experiment the trees were growing in sandy field soil and fertilized regularly. In general, elevated O₃ caused soil CO₂ efflux stimulation during most measurement days and this stimulation enhanced towards the end of the experiment. The overall soil respiration response to CO₂ was dependent on the genotype, as the soil CO₂ efflux below clone 80 trees was enhanced and below clone 4 trees was decreased under elevated CO₂ treatments. Like the O₃ impact, this clonal difference in soil respiration response to CO₂ increased as the experiment progressed. Although the O₃ impact did not differ significantly between clones, a significant time × clone × CO₂× O₃ interaction revealed that the O₃‐induced stimulation of soil respiration was counteracted by elevated CO₂ in clone 4 on most measurement days, whereas in clone 80, the effect of elevated CO₂ and O₃ in combination was almost constantly additive during the 3‐year experiment. Altogether, the root or above‐ground biomass results were only partly parallel with the observed soil CO₂ efflux responses. In conclusion, our data show that O₃ impacts may appear first in the below‐ground processes and that relatively long‐term O₃ exposure had a cumulative effect on soil CO₂ efflux. Although the soil respiration response to elevated CO₂ depended on the tree genotype as a result of which the O₃ stress response might vary considerably within a single tree species under elevated CO₂, the present experiment nonetheless indicates that O₃ stress is a significant factor affecting the carbon cycling in northern forest ecosystems.     

Response of small birch plants (Betula pendula Roth.) to elevated CO2 and nitrogen supply

Small birch plants were grown for up to 80 d in a climate chamber at varied relative addition rates of nitrogen in culture solution, and at ambient (350 μmol mol^-1) or elevated (700 μmol mol^-1) concentrations of CO₂. The relative addition rate of nitrogen controlled relative growth rate accurately and independently of CO₂ concentration at sub-optimum levels. During free access to nutrients, relative growth rate was higher at elevated CO₂. Higher values of relative growth rate and net assimilation rate were associated with higher values of plant N-concentration. At all N-supply rates, elevated CO₂ resulted in higher values of net assimilation rate, whereas leaf weight ratio was independent of CO₂. Specific leaf area (and leaf area ratio) was less at higher CO₂ and at lower rates of N-supply. Lower values of specific leaf area were partly because of starch accumulation. Nitrogen productivity (growth rate per unit plant nitrogen) was higher at elevated CO₂. At sub-optimal N-supply, the higher net assimilation rate at elevated CO₂ was offset by a lower leaf area ratio. Carbon dioxide did not affect root/shoot ratio, but a higher fraction of plant dry weight was found in roots at lower N-supply. In the treatment with lowest N-supply, five times as much root length was produced per amount of plant nitrogen in comparison with optimum plants. The specific fine root length at all N-supplies was greater at elevated CO₂. These responses of the root system to lower N-supply and elevated CO₂ may have a considerable bearing on the acquisition of nutrients in depleted soils at elevated CO₂. The advantage of maintaining steady-state nutrition in small plants while investigating the effects of elevated CO₂ on growth is emphasized.     

大气CO2浓度增加对昆虫的影响

大气CO2浓度增加已经受到国内外的极大关注.CO2浓度升高不但影响植物的生长发育,而且还改变植物体内的化学成分的组成与含量,从而间接地影响到植食性昆虫,并进而通过食物链影响到以之为食的天敌.根据国内外研究进展,结合多年的研究,系统介绍了CO2浓度变化对植物-昆虫系统影响的研究方法,论述了CO2浓度变化对植食性昆虫、天敌的作用规律及作用机理,探讨了CO2浓度变化对植物-植食性昆虫系统影响的特征,分析了未来研究发展的趋势及其存在的问题.     

不同植物叶片水分利用效率对光和CO2的响应与模拟

植物叶片水分利用效率的高低取决于气孔控制的光合作用和蒸腾作用两个相互耦合的过程,模拟水分利用效率对环境变化的响应特征和机制是理解生态系统碳循环和水循环及其耦合关系的基础。研究通过人工控制光强和CO₂浓度,对叶片水分利用效率进行了研究。提出了植物水分利用效率在光强和CO₂浓度共同作用下的估算模型。数据分析表明,该模型在包括C3和C4植物、草本和木本植物在内的9种植物上能很好地模拟水分利用效率对光强和CO₂浓度共同作用的响应。该模型可以用于估算CO₂浓度升高条件下光合速率的提高和蒸腾速率的降低对水分利用效率提高的贡献量。CO₂浓度变化条件下,水分利用效率在不同植物之间有巨大差异,研究区域尺度植物的水分利用效率时至少需要将植物区分为C4植物和C3植物,其中C3植物区分为草本和木本植物3种生态功能型才能较为准确地估算植物的整体水分利用效率。应用本研究提出的水分利用效率估算模型和植物水分利用效率生态功能型分类标准,可以为建立以植物的水分利用效率为基本参数的陆地生态系统水循环模型和陆地生态系统生产力模型提供重要依据。     

高浓度二氧化碳处理后凤梨光合作用的恢复

对紫星凤梨和丹尼斯凤梨在高CO₂浓度［T₁(600±40) μmol·mol^-1, T₂(900±40) μmol·mol^-1］下处理150 d后转移到大气环境中30 d内的光合作用、光合关键酶活性等的恢复情况进行了研究. 在大气环境中紫星凤梨T₁、T₂处理的净光合速率分别比对照低7.41%和13.33%,丹尼斯凤梨T₁处理净光合速率接近于对照, 而T₂处理略高于对照;两种凤梨T₁、T₂处理叶片中淀粉与可溶性糖的积累在恢复30 d时接近对照组的水平,Rubisco与乙醇酸氧化酶活性与对照的差别减小,但仍低于对照.     

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.     

开放式空气CO2浓度增高对水稻生长发育影响的研究进展

地球大气中CO₂浓度不断升高已是不争的事实.CO₂浓度升高势必对植物的生长发育过程产生深刻的影响.水稻是世界上最重要的作物之一,也是中国第一大作物.结合气室条件下的研究结果,从光合作用、水分关系、生育期、叶片和根系生长、物质生产与分配、化学组分以及产量和品质等方面,重点收集和整理了开放式空气中CO₂浓度增高 (FACE) 对水稻生长发育影响的研究进展,并讨论了该领域有待深入研究的方向.