大气CO2浓度升高对森林食叶昆虫的潜在影响

评述了大气CO₂浓度升高对森林食叶昆虫的影响,昆虫对森林取食为害水平的潜在变化,以及研究中的主要实验方法.大气CO₂浓度升高通过引起叶片化学变化进而影响食叶昆虫个体的取食和生长;但物种对环境变化反应的特异性、植物化学对高浓度CO₂的反应强度、昆虫对植物生理变化的敏感性和适应性、研究周期的长短、其它环境因子的协同效应以及不同实验中植物生长条件和研究方法的差异均将影响昆虫反应的方向和强度;CO₂气体浓度增高本身可能不足以对食叶昆虫个体的新陈代谢构成影响;大气CO₂浓度升高也可能影响森林食叶昆虫种群的大小.     

CO2浓度升高对红松和长白松土壤呼吸作用的影响

以开顶箱法研究了CO₂浓度升高对红松和长白松土壤呼吸作用的影响.结果表明,500 μmol CO₂·mol^-1使红松和长白松土壤呼吸速率明显降低,土壤表面CO₂浓度升高导致CO₂扩散受阻可能是土壤呼吸受到抑制的主要原因.500 μmol CO₂·mol^-1下两树种土壤表面CO₂浓度明显高于对照箱和裸地条件下的CO₂浓度,增加幅度在40～150 μmol·mol^-1之间;对照箱内长白松土壤表面CO₂浓度略高于裸地,差异不显著,红松差异显著500 μmol CO₂·mol^-1下的长白松土壤全氮及总有机碳含量略高于对照组,差异不显著,红松裸地的碳氮含量明显低于500 μmol CO₂·mol^-1 及对照箱内土壤碳氮含量;500 μmol CO₂·mol^-1 及开顶箱的微环境对地下3 cm处土壤温度没有明显影响.     

植物气孔对大气CO2浓度和温度升高的反应——基于在CO2浓度和温度梯度中生长的10种植物的观测

许多研究表明 ,大气 CO2 浓度 ([CO2 ])的升高会导致植物气孔密度 (Stom atal Density,SD)和气孔指数 (Stom atal Index,SI)降低。这一关系成为推测地质历史时期大气 [CO2 ]变化的重要古生物指标之一。但是 ,[CO2 ]不是唯一影响 SD和 SI的环境因素。研究利用温度梯度和温度 [CO2 ]梯度技术 ,以 7种美国中西部地区弃耕地常见草本植物和 3种美国东部落叶阔叶林优势木本植物为材料 ,其中草本包含豆科、非豆科 C3和 C4 功能型 ,就它们的 SD,SI,表皮细胞密度 (Epidermal Cell Density,ECD)和气孔孔径长度 (Stomatal Aperture L ength,APL)对 [CO2 ]和温度升高的反应进行了研究。结果表明 ,沿 [CO2 ]梯度 ,所研究物种的 SD比 SI反应敏感 ,SD显示出与 [CO2 ]正相关、负相关和无显著相关性 ,SI显示出与 [CO2 ]正相关和无显著相关性 ;沿温度梯度 ,所研究物种的 SI比 SD反应敏感 ,SI显示出与温度正相关、负相关和无显著相关性 ,SD显示出与温度正相关和无显著相关性。 ECD和 APL对 [CO2 ]和温度梯度也有不同的响应。这说明 ,除 [CO2 ]外 ,温度也对 SD,SI,ECD和 APL有显著的影响。所以在用气孔特征重建地质历史时期 [CO2 ]的变化趋势时 ,除准确建立气孔参数与 [CO2 ]关系外 ,还应考虑大气温度对这一关系的影响     

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.     

大气CO2浓度升高对香蕉光合作用及光合碳循环过程中叶氮分配的影响

生长在高CO₂浓度(700±5μl·L^-1)1周的香蕉叶片,其光合速率(Pn,μmol·m^-2·s^-1)为5.14±0.32,较生长在大气CO₂浓度(356±301μl·L^-1)的高22.1%,而生长在较高CO₂浓度下8周,叶片Pn较生长在大气CO₂浓度的低18.1%,表现香蕉叶片对较长期高CO₂浓度的驯化和光合作用抑制.生长在高CO₂浓度的香蕉叶片有较低光下呼吸速率(R_d),而不包括光下呼吸的CO₂补偿点则变幅较小.最大羧化速率(Vcmax)和电子传递速率(J)分别较生长在大气CO₂浓度的低30.5%和14.8%,根据气体交换速率计算的表观量子产率(α,mol CO₂·mol^-1光量子),生长在较高CO₂浓度下8周的叶片为0.014±0.01,而生长在大气CO₂浓度下的为0.025±0.005.较高CO₂浓度下叶片的表观量子产率降低44%.光能转换效率electrons·quanta^-1)亦从0.203降低至0.136.生长在较高CO₂浓度下香蕉叶片的叶氮在Rubicos分配系数(PR)、叶氮在生物力能学组分分配系数(P_B)和叶氮在光捕组分的分配系数(P_L)均较生长在大气CO₂浓度低,表明在高CO₂浓度下较长期生长(8周)的香蕉叶片多个光合过程受抑制,光合活性明显降低.     

CO2浓度升高对干旱胁迫下小麦光合作用和抗氧化酶活性的影响

在CO₂浓度分别为350μmol·mol^-1和倍增浓度(700μmol·mol^-1)的两个开顶式生长室内,研究了干旱胁迫下小麦(Triticum aestivum L.)光合作用和抗氧化酶活性的变化.结果表明,CO₂浓度升高显著提高了小麦的净光合速率,降低了蒸腾速率,提高了气孔阻力和水分利用效率.倍增CO₂浓度明显提高了SOD、POD及CAT酶活性,增强了小麦的抗氧化保护能力和抗旱性.     

岷江冷杉根际土壤微生物对大气CO2浓度和温度升高的响应

应用自控、封闭、独立的生长室系统,研究了川西亚高山岷江冷杉根际土壤微生物数量对大气CO₂浓度升高 (环境CO₂浓度+350(±25)μmol·mol^-1,EC)和温度升高(环境温度+2.2(±0.5)℃,ET)及其CO₂浓度和温度同时升高 (ECT)的响应.结果表明,1)同对照(CK)相比,在6月、8月和10月,EC处理的根际细菌数量分别增加了35%、164%和312%,ET处理增加了30%、115%和209%,而EC和ET处理对根际放线菌和根际真菌数量影响不显著;ECT处理的根际放线菌数量分别增加了49%、50%和96%,根际真菌数量增加了151%、57%和48%,而ECT对根际细菌数量影响不显著.2)3种处理对非根际土壤微生物数量影响均不显著.3)在EC、ET和ECT处理下,微生物总数的根际效应明显,其R/S值分别为1.93、1.37和1.46(CK的R/S值为0.81).     

红松幼苗对CO2浓度升高的生理生态反应

研究了用开顶箱控制CO₂浓度在500和700μmol·mol^-1左右时红松幼苗的生理生态反应.结果表明,高浓度CO₂(500、700μmol·mol^-1CO₂)和对照(对照开顶箱、裸地)条件下,红松幼苗的净光合速率与气孔导度之间的变化不同.红松幼苗在500μmol·mol^-1CO₂条件下,RuBPcase活性最高,呈现光合上调反应,日平均净光合速率最大,叶绿素及可溶性糖含量最高;而生长在700μmol·mol^-1CO₂的红松幼苗呈现光合下调反应,光合作用明显低于对照植株,其酶活性及物质含量均最低.     

大气CO2升高和蚯蚓活动对土壤C、N的影响

以加倍CO2浓度（750μmol/mol）处理和正常CO2浓度（370μmol/mol）生长下的棉花凋落叶为试验材料,以威廉腔蚓Metaphire guillemi（Michaelsen,1895）和不同的CO2浓度（750μmol/mol和370μmol/mol）为作用因子,分析了蚯蚓、CO2浓度通过叶片分解对土壤C、N含量的影响。结果表明：接种蚯蚓和加入凋落叶的联合作用对有机C有显著提高作用。接种蚯蚓对土壤全N含量影响不显著,但CO2浓度升高和蚯蚓联合作用对土壤全N含量有显著影响。CO2、叶片、蚯蚓3因子联合作用对土壤C、N含量有显著提高作用,且与蚯蚓和叶片联合作用对土壤C、N含量的影响相比,其效果更显著。结果显示,CO2浓度的升高通过改变植物凋落物C含量及其营养成分,影响了其潜在的降解有效性,同时大气CO2浓度的升高影响凋落物在蚯蚓体内降解过程,从而对凋落物的有效降解产生显著影响,最终改变土壤C、N含量。     

Interactive effects of elevated C02 and temperature on the anatomical characteristics of leaves in eleven species

The anatomical features of leaves in 11 species of plants grown in a temperature gradient and a temperature + CO2 gradient were studied.The palisade parenchyma thickness,the spongy parenchyma thickness and the total leaf thickness were measured and analyzed to investigate the effects of elevated temperature and CO2 on the anatomical characteristics of the leaves.Our results show that with the increase of temperature,the leaf thickness of C4 species increased while the leaf thickness of C3 species showed no constant changes.With increased CO2,seven out of nine C3 species exhibited increased total leaf thickness.In C4 species,leaf thickness decreased.As for the trend on the multi-grades,the plants exhibited linear or non-linear changes.With the increase of temperature or both temperature and CO2 for the 11 species investigated,leaf thickness varied greatly in different plants (species) and even in different branches on the same plant.These results demonstrated that the effect of increasing CO2 and temperature on the anatomical features of the leaves were species-specific.Since plant structures are correlated with plant functions,the changes in leaf anatomical characteristics in elevated temperature and CO2 may lead to functional differences.     

Interactive effects of elevated CO2 and temperature on the anatomical characteristics of leaves in eleven species

The anatomical features of leaves in 11 species of plants grown in a temperature gradient and a temperature + CO₂ gradient were studied. The palisade parenchyma thickness, the spongy parenchyma thickness and the total leaf thickness were measured and analyzed to investigate the effects of elevated temperature and CO₂ on the anatomical characteristics of the leaves. Our results show that with the increase of temperature, the leaf thickness of C₄ species increased while the leaf thickness of C₃ species showed no constant changes. With increased CO₂, seven out of nine C₃ species exhibited increased total leaf thickness. In C₄ species, leaf thickness decreased. As for the trend on the multi-grades, the plants exhibited linear or non-linear changes. With the increase of temperature or both temperature and CO₂ for the 11 species investigated, leaf thickness varied greatly in different plants (species) and even in different branches on the same plant. These results demonstrated that the effect of increasing CO₂ and temperature on the anatomical features of the leaves were species-specific. Since plant structures are correlated with plant functions, the changes in leaf anatomical characteristics in elevated temperature and CO₂ may lead to functional differences. Translated from Acta Ecologica Sinica, 2006, 26(2): 326–333 [译自: 生态学报]     

人工针叶林林下11种植物叶片解剖特征对不同生境的适应性

人工林内两种主要生境（林窗和林内）的光照条件存在着显著差异,而这种差异也是影响人工林林下植物叶片形态和结构的重要环境因子。对川西米亚罗林区60a人工云杉林2种不同生境（林窗和林内）的11种植物比叶重、叶片解剖结构及气孔特征等进行了比较研究,结果显示：林窗生境中11种供试植物比叶重（LMA）均显著大于林内生境;多数阔叶物种叶片厚度（LT）、栅栏组织厚度（PT）、栅栏组织厚度／海绵组织厚度（PT／ST）、栅栏细胞层数在林窗生境中更大或更多,但叶表皮细胞厚度（UET、LET）、海绵组织厚度（ST）在两种生境中无显著差异;林窗生境中生长的各物种栅栏细胞均为长形且长度大于林内生长的相同物种;不同物种气孔密度（SD）对两种生境有一致的响应趋势,但显著程度有异,除三褶脉紫菀外10种植物的气孔长径（SL）受两种生境影响不大,这与气孔特性受多种环境因素制约,且各种因素对气孔作用效应和作用方面不同有关。结合各物种喜光特性综合分析后认为同一群落的林下植物对光生境具有一定程度的趋同适应性;从可塑性方面分析发现叶片光合组织的可塑性大于非光合组织,且各物种叶片平均可塑性与喜光特性基本吻合。     

Interactive effects of elevated CO2 and temperature on the anatomical characteristics of leaves in eleven species

The anatomical features of leaves in 11 species of plants grown in a temperature gradient and a temperature + CO₂ gradient were studied. The palisade parenchyma thickness, the spongy parenchyma thickness and the total leaf thickness were measured and analyzed to investigate the effects of elevated temperature and CO₂ on the anatomical characteristics of the leaves. Our results show that with the increase of temperature, the leaf thickness of C₄ species increased while the leaf thickness of C₃ species showed no constant changes. With increased CO₂, seven out of nine C₃ species exhibited increased total leaf thickness. In C₄ species, leaf thickness decreased. As for the trend on the multi-grades, the plants exhibited linear or non-linear changes. With the increase of temperature or both temperature and CO₂ for the 11 species investigated, leaf thickness varied greatly in different plants (species) and even in different branches on the same plant. These results demonstrated that the effect of increasing CO₂ and temperature on the anatomical features of the leaves were species-specific. Since plant structures are correlated with plant functions, the changes in leaf anatomical characteristics in elevated temperature and CO₂ may lead to functional differences.     

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.     

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.     

大气二氧化碳浓度升高对银杏叶片内源激素的影响

采用开顶箱系统,研究了银杏叶片内源激素脱落酸(ABA)、吲哚乙酸(IAA)、玉米素核苷(ZR)和赤霉素(GA₃)对大气CO₂浓度升高(环境CO₂浓度+350 μmol·mol^-1,EC)的响应.结果表明,EC处理能使ABA含量降低,与对照(CK)相比, ABA含量最大降低63.0%(处理后120 d).EC处理使叶片IAA和ZR含量增加,而且随着处理时间的延长,差异均达显著水平;IAA含量在处理后100 d为CK的2倍,ZR含量在处理后80 d时为CK的2.5倍.EC处理使叶片GA₃峰值提前出现. (IAA+GA₃+ZR)/ABA比值随着银杏的生长逐渐降低,在处理后期(处理后40～120 d)明显高于CK,表明大气CO₂浓度升高可促进银杏的生长发育.     

高CO2浓度对长白山阔叶红松林主要树种的影响

组成长白山阔叶红松林的主要树种红松、云杉、落叶松、大青杨、白桦、椴树、水曲柳和色木的幼树,盆栽于模拟自然光照和人工调节CO₂浓度为700μl·L^-1、400μl·L^-1的气室内两个生长季,以生长在400μl·L^-1下的幼树为对照组,在各自生长条件下测定,高CO₂浓度下生长的红松、云杉、落叶松、大青杨、白桦、椴树、水曲柳和色木的高生长比对照组的幼树提高10%～40%.高CO₂浓度的幼树与对照CO₂下的幼树相比各树种蒸腾速率升降不一,但水分利用效率均有不同程度的提高,不同树种的可溶性糖和叶绿素含量对高CO₂浓度反应不一,反映出幼树对高CO₂浓度适应的复杂性.长期高CO₂浓度环境下生长的阔叶树对CO₂变化反应较针叶树敏感,供试树种均发生光合驯化现象.