干旱胁迫和CO2浓度升高条件下白羊草的光合特征

采用盆栽控制试验,研究了黄土丘陵区乡土种白羊草在不同水分水平(80％ FC和40％ FC)和CO2浓度(375和750 μmol·m-2·s-1)处理下的光合生理变化特征.结果表明:干旱胁迫使白羊草的最大净光合速率(Pnmax)、表观量子效率(AQE)、气孔导度(gs)、蒸腾速率(Tt)、最大光化学效率(Fv/Fm)、潜在光化学效率(Fv/Fo)和光合色素含量降低,丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)含量升高.水分充足条件下,与正常大气CO2浓度相比,大气CO2浓度倍增下白羊草的PnmaxMDA和Pro含量无显著差异.干旱胁迫下,CO2浓度升高提高了白羊草的最大荧光(Fm)、Fv/Fm、Fv/Fo、叶绿素含量和AQE,Pnmax比正常CO2浓度下高23.3％,差异达到显著水平,而MDA和Pro含量均显著降低.CO2浓度升高对干旱胁迫引起的白羊草光合能力下降有一定的补偿作用,减轻了干旱胁迫对白羊草的伤害.     

短期CO2浓度升高和干旱胁迫对白羊草土壤碳氮和微生物根际效应的影响

采用人工气候室和盆栽控水试验研究黄土丘陵区典型草本植物白羊草在倍增CO₂浓度(800 μmol·mol^-1)下和充分供水(75%～80%的田间持水量)、轻度干旱胁迫(55%～60%的田间持水量)和重度干旱胁迫(35%～40%的田间持水量)下根际和非根际土壤碳氮含量和微生物群落结构及其根际效应.结果表明: CO₂浓度升高和干旱胁迫对白羊草根际和非根际土壤有机碳、全氮和水溶性有机碳(DOC)含量及其根际效应均无显著影响.轻度干旱胁迫下CO₂浓度升高显著促进了根际土壤水溶性有机氮(DON)的消耗,导致DOC/DON升高,提高了DON的负根际效应和DOC/DON的正根际效应.干旱胁迫和CO₂浓度升高对土壤总磷脂脂肪酸(总PLFA)和细菌PLFA的根际效应无显著影响.CO₂浓度升高条件下干旱胁迫显著提高了根际土壤G⁺/G^- PLFA,降低了非根际土壤G⁺/G^- PLFA,导致其根际效应显著提高,表明根际微生物群落由自养微生物群落向异养微生物群落的转变.     

CO2浓度升高对木荷幼苗光合特征的影响

IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)报告预测,到2100年CO₂浓度会出现430～480、580～720、720～1000和>1000μmol·mol^-1 4种不同情景,而目前同时探究所有CO₂情景下植物响应情况的研究很少。本试验利用开顶式气室分别探究自然大气浓度(约400μmol·mol^-1)、550、750和1000μmol·mol^-1 4个CO₂水平在生长季内对一年生木荷(Schima superba)幼苗气体交换参数、光合色素含量及生物量的影响。结果表明：熏气期间,550、750和1000μmol·mol^-1浓度下木荷幼苗净光合速率分别平均提升32.7%、66.7%、82.7%,胞间CO₂浓度分别平均增加60.3%、126.2%、223.9%,而高浓度CO₂对净光合速率的提升作用随着熏气时间延长,可能受叶片氮含量减少等非...     

CO2浓度升高对干旱胁迫下谷子细胞结构和抗逆生理的影响

在未来气候进一步变暖的背景下干旱发生的频率也将增加,而CO₂浓度升高和干旱均会对作物生长造成影响。本研究对不同CO₂浓度(环境大气CO₂浓度、环境大气CO₂浓度+200μmol·mol^-1)和水分处理(土壤含水量为45%～55%和70%～80%的田间土壤最大持水量,分别为适宜土壤含水量和轻度干旱)下谷子叶片细胞结构、光合生理、抗氧化酶、渗透调节物质和产量的变化进行分析。结果表明：CO₂浓度升高增加了谷子叶肉细胞叶绿体内淀粉粒个数、单个淀粉粒面积和淀粉粒总面积。与仅轻度干旱处理相比,轻度干旱条件下CO₂浓度升高处理孕穗期谷子叶片净光合速率增加37.9%,但对该时期水分利用效率无显著影响,灌浆期谷子叶片净光合速率和水分利用效率分别增加15.0%和44.2%;孕穗期谷子叶片过氧化物酶(POD)活性和可溶性糖含量分别增加39.3%和8.0%,脯氨酸含量下降31.5%,灌浆期谷子叶片POD活性增加26.5%,丙二醛(MDA)和脯氨酸含量分别下降...     

大气CO2浓度升高对干旱条件下冬小麦叶片光合适应的影响

大气CO2浓度升高是全球气候变化的主要特征,但大气CO2浓度长期升高条件下冬小麦叶片发生光合适应的机制尚不十分清楚.本研究以盆栽冬小麦'郑麦9023,为试验材料,在人工气候控制室内设置2个CO2浓度(400和600 μmol·mol-1)、2个水分条件(田间持水量的80％±5％和55％±5％),测定拔节期和抽穗期的光合...     

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.     

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CO     

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.     

温度和CO2浓度升高对甜椒光合生理和虫害发生的影响

全球温度和CO₂浓度持续性升高对农业活动产生了显著影响。研究甜椒光合生理对气候变化的响应,可为甜椒等茄科蔬菜在应对未来气候变化的栽培管理措施及果实加工提供科学依据。本研究利用控制气室,采用盆栽试验研究模拟温度升高(常温+2℃)和CO₂浓度升高(600μmol·mol^-1)下甜椒品种‘甜椒115’光合生理及虫害发生的响应。结果表明:温度和CO₂浓度升高均可使甜椒净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、叶片蒸腾速率(T_r)和水分利用率(WUE)极显著增加,温度升高后胞间二氧化碳浓度(Ci)降低;升温可显著增加叶绿素a、叶绿素b的含量,而CO₂浓度升高导致甜椒光合色素含量降低,温度和CO₂浓度对甜椒果实Vc含量交互作用显著;温度与CO₂浓度升高对甜椒产量(鲜重)无显著影响,但会影响其产量构成因素;温度和CO₂浓度升高后甜椒蚜虫及其他虫害加重;温度和CO     

CO2浓度升高对凤梨叶片生长和光合特性的影响

研究了CO2浓度升高对开顶式气室中凤梨叶片的生长与光合生理的影响。结果表明:高CO2浓度(1000±100μmolmol-1)下生长的凤梨植株的株高、叶面积、鲜重和干重均高于对照(360±30μmolmol-1),处理90d时分别为对照的120.19%、119.22%、177.91%和161.04%;凤梨叶片的净光合速率也增加了136%-259%,且促进了叶片中可溶性糖和淀粉的积累,但叶绿素含量则下降了33.91%。高CO2浓度处理的凤梨叶片中RuBP羧化酶活性没有明显变化,乙醇酸氧化酶活性则明显下降。     

冬小麦幼苗生长和化感物质对CO2和O3浓度升高的响应

利用开顶式气室(OTC), 采用盆栽试验研究了CO₂浓度为550 μL·L^-1、O₃浓度为60 μL·L^-1及CO₂浓度为550 μL·L^-1+O₃浓度为60 μL·L^-1对7个冬小麦品种幼苗生物量和化感物质丁布(DIMBOA)的影响.结果表明：在高CO₂浓度下,冬小麦幼苗地上生物量与丁布含量在品种间存在显著差异,品种碧蚂1号幼苗和根干质量比对照（CO₂浓度为370 μL·L^-1,O₃浓度为40 μL·L^-1）增加了36.8%和24.7%;丁布含量增幅为5.7%~184.6%.除碧蚂1号和陕139外,高浓度O₃导致冬小麦生物量降低,但使所有品种丁布含量显著增加,变幅为0.5~3倍.交互作用下所有品种根干质量降低,长武134地上部质量、根质量和丁布含量降幅最大,分别为82%、27.9%和35.5%;与长武134、远丰175和兰考217丁布含量降低相反,陕139丁布含量增加84.6%.聚类分析显示,不同处理和不同品种均显著影响丁布含量,陕139、兰考217和长武134在高CO₂和O₃浓度处理下聚为一类,而陕139在所有处理中丁布含量均表现为增加.表明化感物质丁布可以作为气候变化条件下,尤其是CO₂和O₃变化下抗性育种的特定指标.     

6种草本植物对干旱胁迫和CO2浓度升高交互作用的生长响应

以CO2浓度升高为主要标志的全球气候变化及由其引起的极端气候变化对陆地生态系统产生了重要的影响。利用步入式CO2生长室模拟研究了CO2浓度变化(400和700μL/L)和干旱胁迫(水分充足CK:100%FC(田间持水量);中度干旱MS:40%FC;重度干旱SS:20%FC)的交互作用对草本植物网果酸模(Rumex chalepensis)、野豌豆(Vicia sepium)、泥胡菜(Hemmistepta lyrata)、风轮菜(Clinopodium chinense)、藜(Chenopodium album)和玉米石(Sedum album)生长特性的影响。结果表明:CO2浓度升高总体上刺激了网果酸模、野豌豆、泥胡菜、风轮菜和藜这5种C3植物在任何水分条件下的生长,也刺激了玉米石在水分条件较好下的生长;干旱胁迫总体上抑制了所有6种植物的生长,但中度干旱胁迫有刺激CAM植物玉米石生长的趋势。CO2浓度升高能否缓解干旱的负面影响具有明显的种间差异:CO2浓度升高减缓了干旱胁迫对泥胡菜和风轮菜的负面影响,这种缓解作用在网果酸模和野豌豆中显著降低,对藜没有明显的促进作用,对干旱下的玉米石的生长却起到了抑制作用。CO2浓度升高总体上增加了根质量分数和干物质含量;干旱胁迫明显提高了6种草本植物的根生物量的分配比例,降低了干物质含量;但CO2浓度升高和干旱胁迫的交互作用可导致不同的物种产生不同的响应,说明植物能够通过调节生物量分配和植株本身的水分含量保持能力来适应CO2浓度和干旱胁迫的交互影响,这种调节能力取决于植物在碳的吸收和水分散失之间的平衡"trade-off"。研究结果有助于增进草本植物对未来气候变化的适应性理解,为评估和预测全球气候和水文变化对植物的生理生态影响提供理论依据。     

开放式空气CO2浓度增高条件下旱地土壤气体CO2浓度廓线测定

设计了一套适合于FACE(free-air CO₂ enrichment)平台的旱地土壤气体CO₂浓度廓线测定方法,并将其应用于田间实验.在江苏省无锡市郊区具有太湖地区典型水稻土的稻麦轮作农田,对FACE和对照麦田以及裸土0～30cm土层的土壤气体CO₂浓度廓线进行了观测研究.结果表明,所采用的方法满足进行旱地农田土壤气体CO₂浓度廓线研究的要求;在0～30cm土层中,上层土壤气体中的CO₂向上垂直扩散要比下层土壤快;在作物旺盛生长期,大气CO₂浓度升高200±40μmol·mol^-1使0～30cm土层的土壤气体CO₂浓度显著提高14%±5%(t检验P<0.001).     

华北平原农田CO2浓度变化特征

旨在了解农田CO2浓度长期动态变化特征、趋势、浓度增量分布模式等,收集了2007—2018年中国气象局固城生态与农业气象试验站开路式涡相关CO2浓度观测数据。研究了华北平原农田CO2浓度的年际、年内、昼夜和CO2通量等动态变化特征,对比分析了华北平原农田CO2浓度与城市站和大气本底站CO2浓度变化趋势及差异。结果表明,近十多年来华北平原农田CO2年平均浓度显著升高31.0 μmol/mol（r=0.263, P<0.01）,年均增幅(2.58 μmol/mol)与全球和瓦里关本底站大气CO2浓度增幅接近,但农田CO2浓度年际和年内季节变化波动巨大,日平均浓度和逐时平均浓度标准差分别为33.7和33.5 μmol/mol。夜间CO2平均浓度395.8 μmol/mol,比白天高36.2 μmol/mol（10.1%）,8月最高差值达到74.4 μmol/mol（20.6%）。在作物生长季节,5月和8—9月白天CO2浓度出现的两个谷值准确地对应了CO2通量动态变化的两个峰值,表明4—9月昼间CO2浓度和通量动态变化很好地反映了华北平原冬小麦和夏玉米生长过程、农事活动和农田碳交换的关系。农田CO2浓度动态变化与城市、湿地和大气本底站的变化特征不同,表明其动态变化的形成机制有差异。农田CO2浓度昼夜及季节变化特征为研究和评估CO2浓度升高影响作物生长和产量提供指导依据。     

分期施氮与CO2浓度升高对小麦光合及其物质积累和产量的互作效应

采用开顶式气室和盆栽方法,以冬小麦品种‘小偃22’为材料,探讨了分期施氮与CO2浓度升高对小麦抽穗期和灌浆中期旗叶光合、地上部物质积累和产量的互作效应.结果显示:(1)不施氮条件下CO2浓度升高对小麦旗叶叶绿素含量(SPAD)和可溶性蛋白含量、光合能力、地上部花后干物质和氮素累积量、籽粒产量的影响不明显(P>0.05)或产生显著负效应;在施氮(300mg/kg土)条件下各指标均不同程度增加,且大多数达到显著水平.(2)与氮肥全部基施相比,分期施氮时CO2浓度升高使灌浆期旗叶光合能力、地上部花后干物质和氮素累积以及产量增加的幅度较大,其中以播前、返青期和孕穗期施氮比例为5∶3∶2时最明显.研究表明,适当分期施氮可能更有利于发挥CO2浓度升高对冬小麦的增产作用.     

大气CO2浓度升高与森林群落结构的可能性变化

大气ＣＯ２浓度升高的所引起的森林生态系统稳定性的变化会导致森林在结构和功能上的变动,概述了大气ＣＯ２浓度升高和陆地森林生态系统可能性变化之间的相互关系的研究情况。由于大气ＣＯ２浓度升高出现了额外多的Ｃ,供应,讨论了以这些额外多的Ｃ经大气－植物－土壤途径的流动走向,来研究大气ＣＯ２浓度的升高,与森林结构的相互作用,探讨了大气ＣＯ２浓度升高对森林植物生长、冠层结构、引发的生物量增量的分配、凋落物质量和     

磷和CO2浓度变化对苦草光合生理的影响

为了阐明CO₂浓度和水环境要素变化对沉水植物生长的影响, 采用室外模拟的方法, 研究了不同磷和CO₂浓度条件下苦草叶片(Vallisneria natans)光合生理特征。实验结果表明, 当水体磷浓度处于较高水平时, 苦草叶片荧光参数V_j、M_o降低, 参数ABS/CS_o、DI_o/CS_o、TR_o/CS_o、RC/CS、P_ET显著升高, 其他荧光参数则无显著变化; 高浓度的CO₂在显著降低苦草叶片V_j、ABS/RC、DI_o/RC、ABS/CS_o、DI_o/CS_o的同时, 也显著提高了苦草叶片ψ_o、φ_Eo、ET_o/RC、PI_ABS、F_v/F_m、P_TR、P_ET的参数值, 而对其他荧光参数无显著影响; 在磷与CO₂交互作用方面, 磷与CO₂在V_j、M_o、ψ_o、TR_o/CS_o、RC/CS和P_ET处存在显著的交互作用, 其他荧光参数不显著。可见, 磷或CO₂浓度变化均能显著影响苦草叶片光合生理状态, 高浓度的CO₂可有效改善苦草叶片PSⅡ反应中心光化学性能、电子传递能力及单位有活性反应中心能量的分配, 从而提高苦草叶片的光合能力; 高浓度的磷可在一定程度上改善苦草叶片PSⅡ受、供体状态及电子传递性能。此外, 磷和CO₂存在交互作用, 协同影响苦草叶片的光合能力。     

树木根系衰老研究的意义与现状

树木根系是树木重要的组成部分,具有养分和水分的吸收、传输和储存、树体的固定与支撑等重要的生理功能．在树木根系形成以后,常常遭遇到养分和水分胁迫,因此,其养分和水分的吸收功能尤其重要,在森林土壤中,养分和水分具有很大的时间和空间异质性,随着养分和水分在时间和空间上的变化,树木及时地主动调整其碳在根系中的分配,从而导致部分根系衰老或死亡,在林学上,树木根系衰老与养分和水分吸收关系密切,因而与树木生产力有直接的关系．在生态系统乃至全球尺度上,树木根系衰老影响碳循环和养分循环,因为根系对碳的消耗占树木通过光合作用所固定的碳的比例相当大,且含有丰富的养分．树木根系衰老受许多环境因子的影响,生物因子有真菌、细菌、病毒、土壤小型动物等,非生物因子有水分、温度、土壤养分、重金属等,这些因子对树木根系衰老的影响机制并不相同,尽管在树木根系衰老研究领域取得了长足的进步,提出了许多不同的假设,但仍有许多问题尚未解决,这些假设也需要更多的实验来验证,运用细胞学、生物化学、土壤科学、遗传学等多学科的交叉研究可进一步揭示根系衰老的本质。     

不同CO2浓度变化下干旱对冬小麦叶面积指数的影响差异

叶面积指数是作物生长状况的一个重要表征参数,也是研究陆地生态系统的一个重要的参数.当今世界温室气体排放逐年上升,气候变暖趋势明显,对气候变化敏感的农业将受到影响.在全球变化的背景下,采用农业技术转移决策支持系统(DSSAT)系统,通过在黄淮海平原典型站点模拟3种CO2浓度条件下冬小麦在水分充足和水分亏缺2种情境下的生长过程,分析不同CO2浓度下水分亏缺对冬小麦叶面积指数的影响差异.研究发现,CO2浓度升高对叶面积指数增长有促进作用,且在干旱情况下对叶面积指数的正效应比湿润情况下更为明显,在CO2浓度倍增条件下,发生水分亏缺的作物叶面积指数数倍增长.研究结论有助于分析CO2浓度变化对农作物生长过程的影响,为农田水分管理提供依据,又为估算叶面积指数提出了一种模型的方法.     

根际CO2浓度富集对番茄光合生理的影响

本文采用气雾法栽培方式,研究了60 d根际CO₂浓度富集处理对番茄光合生理的影响.结果表明： 2500 μL·L^–1及以上CO₂浓度处理下,番茄植株叶片叶绿素含量、叶面积显著降低,叶片Mg²⁺ ATPase、Ca²⁺ ATPase和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)活性显著减少,而根系PEPC活性显著增加,叶片净光合速率、气孔导度和胞间CO₂浓度均显著降低.表明根际高CO₂浓度条件下,根系PEPC活性增强、叶片固定CO₂的能力减弱、叶片Mg^2+ ATPase和Ca²⁺ ATPase活性显著降低,根际长期高CO₂浓度处理可能是导致植株光合生理指标下降的原因之一.