大气二氧化碳倍增对短葶飞蓬生长和有效成分积累的影响

通过对人工倍增CO₂浓度（800±100） μmol·mol^-1与正常CO₂浓度（400±25） μmol·mol^-1条件下短葶飞蓬植株生物量、体内灯盏乙素和总咖啡酸酯含量及产量的比较,探讨了CO₂浓度升高对药用植物短葶飞蓬生物量、有效成分含量及产量的影响.结果表明：CO₂浓度倍增条件下,短葶飞蓬植株生物量增加了22%;总咖啡酸酯及灯盏乙素含量分别增加23%和26%,产量分别增加37.6%和45.3%.不同器官的生物量及有效成分含量对CO₂浓度升高的响应不同.在CO₂浓度倍增条件下,短葶飞蓬植株含氮量减少47.2%,与次生代谢有效成分含量的变化呈反比,符合“碳素/营养平衡假说”;植株生物量与次生代谢产物含量的变化呈正相关,植株生长与次生代谢产物积累之间没有表现出权衡关系.说明合理施用CO₂是可实现短葶飞蓬的优质高产.     

自由大气CO2浓度升高对夏大豆生长与产量的影响

IPCC报告指出到本世纪中期全球大气CO2浓度将比目前的浓度增加50%.CO2浓度升高将影响大豆的生长及产量.有关大气CO2浓度对大豆影响的研究大多在温室或开顶式气室中进行的,利用FACE (Free Air CO2 Enrichment)系统对大豆生长发育受CO2浓度升高影响的试验首次在中国进行,FACE圈中心的CO2浓度维持在(550±60)μmol·mol-1,对照浓度(389±40)μmol·mol-1.这是继美国SoyFACE之后世界第二个利用FACE系统对大豆生长发育进行的研究,研究表明:大气CO2浓度升高提高了两个大豆品种全生育期的叶、茎、荚重及地上部分总重,收获后地上部分总干重平均提高52.30%;大豆叶面积对CO2浓度升高的响应存在品种差异,中黄35促进叶面积增加而中黄13抑制叶面积的增加.CO2浓度升高使鼓粒期大豆比叶重增加,中黄35比叶重增加23.08%到达显著水平.CO2浓度升高使大豆节数、分枝数、茎粗提高,特别是茎粗收获期中黄35增加7 18%,中黄13增加26.33%,均到达显著或极显著水平;大气CO2浓度升高使两个品种产量平均增加30.93%,产量的增加主要是由于CO2浓度升高提高了大豆单株荚数和百粒重.大气CO2浓度升高对大豆各器官占地上部分重量的比例影响不明显,对大豆收获指数的影响未达显著水平.大气CO2浓度升高对大豆的影响品种差异明显.结论与美国SoyFACE的研究结果基本一致,如FACE系统下大豆生物量、产量都较对照增高,但变化幅度较SoyFACE的结果高.     

CO2浓度增加对半干旱区春小麦生产和水分利用效率的影响

为了解CO₂浓度升高条件下春小麦生产和水分利用效率(WUE)的响应特征,在典型半干旱区定西,利用开顶式气室(OTC)试验平台开展了CO₂浓度增加模拟试验.试验设对照(390 μmol·mol^-1)、480 μmol·mol^-1和570 μmol·mol^-1 3个CO₂浓度.结果表明: CO₂浓度升高使春小麦冠层空气温度小幅上升,10 cm深处的土壤环境温度下降;CO₂浓度增加对春小麦各器官生物量和总生物量都有明显促进作用,在480和570 μmol·mol^-1浓度下,地上干物质量平均增长20.6%和41.5%,总干物质量平均增长19.3%和39.6%.生物量增加主要是由茎叶干物质量增加所致,与生育中期物质生产能力明显增强有关;在两种CO₂浓度处理下,植株根冠比分别降低7.3%和11.8%,CO₂浓度增加对春小麦地上部分干物质积累的贡献大于地下部分;CO₂浓度升高主要通过影响穗粒数来影响最终产量,在480和570 μmol·mol^-1浓度下,小麦产量分别增加了8.9%和19.9%;大气CO₂浓度升高对春小麦光合作用影响的长期效应不明显,随CO₂浓度升高,光合速率显著提高,蒸腾速率降低,蒸发蒸腾量减小.随CO₂浓度升高,叶片、群体和产量3个水平的WUE都增加,其中群体水平的WUE增幅最大,产量水平的WUE增幅最小.     

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浓度增加对半干旱区春小麦生产和水分利用效率的影响

为了解CO₂浓度升高条件下春小麦生产和水分利用效率(WUE)的响应特征,在典型半干旱区定西,利用开顶式气室(OTC)试验平台开展了CO₂浓度增加模拟试验.试验设对照(390 μmol·mol^-1)、480 μmol·mol^-1和570 μmol·mol^-1 3个CO₂浓度.结果表明: CO₂浓度升高使春小麦冠层空气温度小幅上升,10 cm深处的土壤环境温度下降;CO₂浓度增加对春小麦各器官生物量和总生物量都有明显促进作用,在480和570 μmol·mol^-1浓度下,地上干物质量平均增长20.6%和41.5%,总干物质量平均增长19.3%和39.6%.生物量增加主要是由茎叶干物质量增加所致,与生育中期物质生产能力明显增强有关;在两种CO₂浓度处理下,植株根冠比分别降低7.3%和11.8%,CO₂浓度增加对春小麦地上部分干物质积累的贡献大于地下部分;CO₂浓度升高主要通过影响穗粒数来影响最终产量,在480和570 μmol·mol^-1浓度下,小麦产量分别增加了8.9%和19.9%;大气CO₂浓度升高对春小麦光合作用影响的长期效应不明显,随CO₂浓度升高,光合速率显著提高,蒸腾速率降低,蒸发蒸腾量减小.随CO₂浓度升高,叶片、群体和产量3个水平的WUE都增加,其中群体水平的WUE增幅最大,产量水平的WUE增幅最小.     

大气CO2浓度升高对稻田土壤氮素的影响

利用中国稻/麦轮作FACE(Free-Air Carbon=Dioxide Enrichment)试验平台,研究大气CO₂浓度升高200 μmol·mol^-1(周围大气中CO₂浓度约370 μmol·mol^-1)对稻季各生育期不同深度土壤溶液NH₄⁺-N和NO₃^--N浓度的影响.结果表明：高CO2浓度条件下耕层土壤溶液NH₄⁺-N浓度在水稻生育前期有所增加,但在生育后期明显下降;大气CO₂浓度升高增加了稻季5、15、30、60和90 cm处土壤溶液NO₃^--N浓度,分别比对照平均提高了46.5%、36.8%、23.3%、103.7%和42.7%,在60和90 cm处差异分别达到统计上的极显著和显著水平.     

大气CO2浓度升高对水稻秸秆化学组成的影响

水稻秸秆是生物能源生产的潜在材料,大气二氧化碳(CO2)浓度升高改变水稻秸秆的量和质,从而改变其生物能源的生产潜力.本试验水稻秸秆来自中国自由大气CO2富集平台(FACE),选取FACE平台(试验组CO2浓度控制在570μmol·mol^-1左右,比对照组高200μmol·mol-1)3种水稻品种‘武运粳27’、‘Y两优900’和‘日本晴N16’,通过对秸秆化学组成进行分析,探讨CO2浓度升高对水稻秸秆质量的影响.结果表明:大气CO2浓度升高显著提高了水稻秸秆C含量和C/N;增加了秸秆中非结构碳水化合物含量;CO2浓度升高使武运粳27、Y两优900和N16秸秆中释放的总糖分别增加8.8%、6.7%和9.9%;CO2浓度升高显著提高N16秸秆生物量,但对其他两种水稻秸秆生物量没有显著影响;N16的总糖产量在CO2浓度升高下增加最显著,达到19.2%.表明CO2浓度升高可以改善水稻秸秆质和量,从而提高生物燃料利用潜能.     

CO2浓度升高对沉水克隆植物生长速率及营养元素积累的影响

 研究在不同CO2浓度下水生克隆植物刺苦草（Vallisneria spinulosa）整个生活周期中生长的动态变化及对营养元素积累情况。在不损伤植物体的前提下,采用刺苦草形态学指标组合史估计了植株生物量的动态变化。结果表明：刺苦草鳞茎的萌发不受CO2浓度变化的影响。在高浓度CO2即(1000±50) μmol·mol-1下,刺苦草源株地上部分生长速率在整个生长前期和中期都远远高于低浓度CO2即(400±20) μmol·mol-1,而在后期则出现相反的现象,其中一个原因是因为高浓度CO2下后期光合物质向地下大量转移形成鳞茎引起地上部分生长减慢。但高浓度CO2下克隆株中的初级和次级分株生长速率均高于低浓度CO2。在两种CO2浓度下相同克隆植株构件中的总碳含量没有明显差异;除鳞茎外,根、叶、匍匐茎中的总磷含量随CO2浓度升高显著增加;由于各构件生物量增加有明显差异,导致叶和鳞茎因为生物稀释作用而使其含氮量降低了12%～14%,但根和茎中含量基本保持不变。在高浓度CO2中植株总生物量显著升高,所以总碳、总氮和总磷吸收量均显著大于在低浓度CO2中的吸收量。研究结果揭示,大气CO2浓度升高对沉水克隆植物生长的促进,有利于提高水生克隆植物在群落中的竞争能力;水生植物克隆生长将增加水生生态系统中碳的沉积;水环境中N、P含量将直接影响到水生克隆植物生长。     

大气CO2浓度升高对植物的直接影响-国外十余年来模拟实验研究主要手段及基本结论

 本文针对国外近十几年来在CO2浓度升高对植物的直接影响方面所开展的生理生态学研究方法、动态、基本结论、存在问题等内容做了简要的介绍。大气CO2浓度在过去200年内已增加了80μmol·mol-1,生长在高CO2环境下的植物,其生理生态、形态及化学成分等方面将会发生相应的变化。表现在光合作用速率出现不同程度的提高;呼吸作用受抑制;气孔密度减少,水分利用效率增加;生物量及产量增加;一些关键蛋白质及酶、非结构性碳水化合物含量增加;组织中的氮、硫等元素含量降低;根系及花的发育也随CO2浓度的升高而提前等。不同光合途径(C3、C4及CAM)及不同植被类型(自然植被、栽培植被)的植物随CO2浓度发生的上述指标的变化在长期反应与短期反应方面具有很大的差异。另外,实验控制条件如温度、光照、水分、养分甚至实验装置(如花盆)的大小对预测结果也有很大的影响。     

外来入侵植物飞机草和本地植物异叶泽兰对大气CO_2浓度升高的响应

大气CO2浓度升高影响外来植物入侵,研究外来入侵植物和本地植物对大气CO2浓度升高响应的差异,有助于准确预测和管理外来植物入侵。基于封顶式CO2生长室,模拟大气CO2浓度变化(对照和700μmol/mol),比较研究了外来入侵植物飞机草(Chromolaena odorata)和本地植物异叶泽兰(Eupatorium heterophyllum)形态、生长、生物量分配和光合特性对大气CO2浓度升高响应的差异。结果表明:(1)在当前大气CO2浓度下,飞机草总生物量、株高、基径和总叶面积高于异叶泽兰,分枝数低于异叶泽兰;CO2浓度升高,飞机的总生物量、株高、基径、分枝数和总叶面积分别增加了92%、41%、60%、325%和148%,高于异叶泽兰的32%、14%、30%、64%和79%,飞机草生长优势进一步提高。(2)无论在高或低CO2浓度下,飞机草根生物量分数(RMF)都低于异叶泽兰,叶生物量分数(LMF)和茎生物量分数(SMF)都高于异叶泽兰;CO2倍增两种植物RMF均降低,LMF和SMF均升高,但这2个参数对CO2倍增响应的种间差异不显著。(3)无论在高或低CO2浓度下,飞机草和异叶泽兰的净光合速率差异均不显著,CO2倍增对两种植物的净光合速率的促进作用相似。上述结果表明,在未来大气CO2浓度升高的条件下,飞机草的入侵性可能提高,入侵危害将加剧。     

大气CO2浓度升高对稻田土壤氮素的影响

利用中国稻/麦轮作FACE(Free-Air Carbon-Dioxide Enrichment)试验平台,研究大气CO2浓度升高200μmol·mol-1(周围大气中CO2浓度约370 μmol·mol-1)对稻季各生育期不同深度土壤溶液NH+4-N和NO-3-N浓度的影响.结果表明:高CO2浓度条件下耕层土壤溶液NH+4-N浓度在水稻生育前期有所增加,但在生育后期明显下降;大气CO2浓度升高增加了稻季5、15、30、60和90 cm处土壤溶液NO-3-N浓度,分别比对照平均提高了46.5%、36.8%、23.3%、103.7%和42.7%,在60和90 cm处差异分别达到统计上的极显著和显著水平.     

大气 CO2 浓度升高缓解高浓度 NH4+ 对坛紫菜(Porphyra haitanensis)生理特性的胁迫作用

研究不同 CO2 浓度与 NH4+ 浓度交互作用对坛紫菜(Porphyra haitanensis)生长与光合作用的影响。经过 7 d 培养 , 结果表明 120 μmol·L− 1 NH4+ 浓度最有利于坛紫菜的生长 , 此时坛紫菜的光合色素含量、最大光化学量子产量(Fv/Fm), 最大相对电子传递速率(rETRm)也最高; 同时, 升高的 CO2 浓度促进了坛紫菜的生长与光合作用。 NH4+浓度高于 120 μmol·L− 1, 坛紫菜的生长随 NH4+ 浓度增高而降低 ; 坛紫菜的光合活性也受到抑制。但是, 在高 CO2 浓度培养条件下 , 坛紫菜生长与光合活性随 NH4+ 浓度增高而降低的速率变慢。 本研究表明 , 大气 CO2 浓度升高能缓解高浓度 NH4+对坛紫菜所造成的生理胁迫作用。     

烟草在PVYN病毒与烟蚜作用下对高CO2浓度的响应

以CO2浓度为主处理因子,研究了加倍CO2浓度和对照大气CO2浓度条件下,烟蚜、马铃薯Y病毒N株(PVYN)以及二者共同作用下烟草各指标的响应。结果表明,在当前CO2浓度条件下,PVYN、烟蚜及两者联合作用对烟草生物量影响不显著;而在未来高CO2浓度条件下,PVYN、烟蚜及两者联合作用对烟草生物量影响很大。CO2浓度升高后,PVYN和蚜虫二者联合作用显著降低烟草产量,危害加重,高CO2的"肥料"作用被极大地削弱。在有烟蚜、PVYN以及两者共同作用时烟草的化学物质及主要的次生代谢物烟碱的含量对CO2浓度升高的响应也发生一定的变化,表现在:高CO2浓度条件下,蚜虫、蚜虫与PVYN共同作用显著增加了烟草的含氮量;显著减少了烟叶含糖量;PVYN及其与蚜虫共同作用显著升高叶片可溶性蛋白含量;当高CO2浓度下,各处理的烟草烟碱含量均显著下降,而且PVYN感染的烟叶烟碱含量无论在哪一种CO2浓度条件下,都比无毒无虫的对照烟叶烟碱含量升高。结果显示,烟蚜和马铃薯Y病毒N株(PVYN)对烟草的产量、营养物质及防御物质都有影响;CO2浓度升高对烟草的生长有促进作用,增加了烟草的产量,但蚜虫的危害和PVYN感染使烟草产量下降,在高CO2浓度条件下,烟蚜和PVYN共同作用相对于目前CO2浓度对烟草产量的危害加重。     

大气CO2浓度升高对红桦幼苗根系的影响

应用封闭式生长室系统,研究了CO2浓度升高对红桦(Betula albosinensis)幼苗的根/冠、粗根和细根的干质量、非结构性碳水化合物类含量、碳含量和碳/氮、氮和磷的含量及氮磷吸收量的影响。结果表明:CO2浓度升高使红桦幼苗粗根和细根的干质量增加,同时根/冠值显著升高,表明CO2浓度升高使红桦幼苗生物量向根系的分配增加;与对照相比,粗根的还原糖、蔗糖和总可溶性糖含量显著增加,而在细根中没有显著变化;粗根、细根的淀粉和总的非结构性碳水化合物含量显著增加;CO2浓度升高下粗根和细根的碳含量有升高的趋势但未达到显著水平,同时氮含量降低,碳/氮值升高;氮的吸收量在粗根和细根中均无显著变化。上述结果表明,CO2浓度升高下红桦幼苗根系氮含量下降是由非结构性碳水化合物(主要是淀粉)含量升高和(或)根系生物量增加产生的稀释效应引起的。     

连续两个生长季大气CO2浓度升高对银杏希尔反应活力和叶绿体ATP酶活性的影响

近年来,随着温室气体浓度不断上升,有关CO2浓度升高对植物影响的研究已取得一定进展,但CO2浓度升高对植物光合作用的影响需要从生理生化水平上进一步深入的研究.以沈阳城市森林树种银杏(Ginkgo biloba L.)为研究对象,利用开顶式气室研究连续两个生长季大气CO2浓度升高对银杏光合特性的影响.结果表明,在大气CO2浓度为700μmol·mol-1条件下,与对照相比,第1个生长季CO2处理的银杏叶片净光合速率极显著增加(P<0.01),希尔反应活力极显著增大(P<0.01)、Ca2+/Mg2+-ATP酶活性显著(P<0.05)或极显著增强(P<0.01)、光合产物淀粉的含量极显著增多(P<0.01);第2生长季CO2处理的银杏叶片净光合速率显著增加(P<0.05),希尔反应活力在通气60d时极显著(P<0.01)增大,Ca2+/Mg2+-ATP酶活性在处理30d时显著降低(P<0.05),淀粉含量增多.与第1个生长季相比,第2个生长季CO2处理的银杏叶片净光合速率降低,希尔反应活力减小,Ca2+/Mg2+-ATP酶活性减弱,叶绿素含量增多,淀粉含量减少.试验中出现了光合适应现象.     

开放式空气CO2浓度增高影响稻田-大气CO2净交换的静态暗箱法观测研究

首先介绍静态暗箱法 气相色谱法观测确定陆地生态系统地 气CO2 净交换通量的基本原理和方法 ,然后讨论在开放式空气CO2 增加 (FACE)试验中应用该原理和方法观测研究大气CO2 浓度升高对稻田生态系统 大气CO2 净交换通量的影响 .因缺乏必要参数的实际观测值 ,本文只能根据暗箱观测值计算CO2 净交换通量的最小取值NEEmin.NEEmin计算结果表明 ,在插秧 1个月之后的水稻生长期内 ,大气CO2浓度升高 2 0 0± 4 0 μmol·mol-1使稻田生态系统对大气CO2 的净吸收约为对照的 3倍 .为根据暗箱观测准确确定NEE ,还必须在FACE和对照条件下观测水稻植株的暗维持呼吸系数、地上生物量及根冠比动态 .     

高CO2浓度对红掌的生长和光合作用的影响

以开顶式塑料薄膜温室为设施,研究了红掌叶片光合速率、植株生长和光合酶活性对高CO2浓度的响应.结果表明处理30d时,处理组T1(700±100 μmol CO2 mol-1)的株高、单叶面积、株鲜重分别比对照组(大气CO2浓度360±30 μmol CO2 mol-1)增加了12.8%、2.39%、29.2%,而处理组T2(1 000±100 μmol CO2 mol-1)的株高、单叶面积、株鲜重分别比对照增加了8.7%、1.81%、27.2%.在各自处理条件下测定的T1和T2的净光合速率分别比对照增加27.0%和33.8%,且在对照条件下测定的各处理组的净光合速率也均高于对照.处理组的气孔导度与蒸腾速率下降,但却促进了叶片中可溶性糖和淀粉积累,而叶绿素含量并没有明显变化.高浓度CO2能促进Rubisco活性增加,而乙醇酸氧化酶活性则明显下降.     

CO2浓度升高与氮添加对三江平原湿地小叶章生长的影响

利用开顶箱薰气室,设置正常大气CO₂浓度(350 μmol·mol^-1)、高CO₂浓度(700 μmol·mol^-1)2个CO₂水平和不施氮(0 g N·m^-2)、中氮(5 g N·m^-2)和高氮(15 g N·m^-2)3个氮素水平,研究CO₂浓度升高和氮肥施用对三江平原草甸小叶章生长的影响.结果表明：随着CO₂浓度升高,小叶章物候期提前,其中抽穗期提前1～2 d,成熟期提前3 d;不施氮、中氮和高氮水平下, CO₂浓度升高使小叶章的分蘖分别增加8.2%(P<0.05)、8.4%(P<0.05)和5.5%(P>0.05);在小叶章生长初期,CO₂浓度升高对其生物量的增加有促进作用,拔节期和抽穗期小叶章地上生物量分别增加12.4%和20.9%(P<0.05);生长后期则对小叶章地下生物量的促进作用增大,腊熟期和成熟期的地下生物量分别增加20.5%和20.9% (P<0.05).小叶章生物量对高浓度CO₂的响应与供氮水平有关,供氮充足条件下, 高浓度CO₂对生物量的促进效应更大.     

CO2浓度升高与氮添加对三江平原湿地小叶章生长的影响

利用开顶箱薰气室,设置正常大气CO₂浓度(350 μmol·mol^-1)、高CO₂浓度(700 μmol·mol^-1)2个CO₂水平和不施氮(0 g N·m^-2)、中氮(5 g N·m^-2)和高氮(15 g N·m^-2)3个氮素水平,研究CO₂浓度升高和氮肥施用对三江平原草甸小叶章生长的影响.结果表明：随着CO₂浓度升高,小叶章物候期提前,其中抽穗期提前1～2 d,成熟期提前3 d;不施氮、中氮和高氮水平下, CO₂浓度升高使小叶章的分蘖分别增加8.2%(P<0.05)、8.4%(P<0.05)和5.5%(P>0.05);在小叶章生长初期,CO₂浓度升高对其生物量的增加有促进作用,拔节期和抽穗期小叶章地上生物量分别增加12.4%和20.9%(P<0.05);生长后期则对小叶章地下生物量的促进作用增大,腊熟期和成熟期的地下生物量分别增加20.5%和20.9% (P<0.05).小叶章生物量对高浓度CO₂的响应与供氮水平有关,供氮充足条件下, 高浓度CO₂对生物量的促进效应更大.     

水稻田稗草叶片光合作用对开放式空气CO2浓度增高(FACE)的适应

于分蘖、拔节和抽穗 3个时期在空气CO2 浓度 (380 μmol·mol-1)下测定稻田中稗草叶片的净光合速率 (Pn) ,发现在开放式CO2 浓度增高 (FACE)条件下生长的稗草叶片后 2个时期的Pn显著低于普通空气中生长的对照 ,比对照下降约 2 0 % ,说明FACE条件下稗草叶片光合作用对高CO2 浓度发生了明显的适应 .同时 ,叶片的气孔导度 (Gs)和胞间CO2 浓度 (Ci)的下降更为明显 .与对照相比 ,叶片可溶性蛋白含量明显降低 ,拔节期只有对照的 6 2 .4 % ;高CO2 浓度下生长的稗草叶片Rubisco含量也降低 ,分蘖期和拔节期分别为对照的 87%和 84 % ,但其差异未达到显著水平 .可以认为 ,长期生长在高CO2 浓度下的C4植物稗草叶片光合作用的适应是叶片气孔部分关闭和可溶性蛋白含量下降的结果 .