木本植物对CO2浓度和温度升高的相互作用的响应

CO2浓度和温度是影响木本植物生长和发育的两个关键因子,二者在全球变化中的相互作用对木本植物生长和发育具有显著的影响。大多数研究表明：CO2浓度增加和温度升高的相互作用可能影响木本植物的生长发育,促进光合作用;呼吸作用对CO2浓度增加和温度升高的相互作用存在长期和短期响应差异;二者的相互作用促进生物量增加和生产力的增长。木本植物对CO2浓度和温度升高的相互作用的响应程度因植物种类而异。     

植物暗呼吸作用对大气CO2浓度升高的响应

植物暗呼吸作用对ＣＯ２浓度升高的响应目前存在两种截然相反的观点：一种认为暗呼吸作用将随着ＣＯ２浓度的升高而下降,可能的原因有胞间ＣＯ２浓度升高、呼吸酶活性改变及暗固定ＣＯ２作用的加强等直接原因;另一种认为暗呼吸作用将随ＣＯ２浓度的升高而提高,影响因素可归结为碳水化合物含量增加、高ＣＯ２浓度刺激其他呼吸途径和生长加快等间接原因。由于目前国际上在实验手段、材料及呼吸作用表达方式等方面的不一致性,这些观点尚难定论,需要更多的实验数据来进一步验证。     

大气CO2浓度和温度升高对作物生理生态的影响

论述了大气CO2浓度和温度升高下的植物生长,光合作用,产量以及水分养分利用效率等方面的研究进展,未来高CO2浓度下,光合作用速率有不同程度的提高,生物量和产量增加;气孔导度降低,水分利用效率（WUE）提高,一般地上部分和根系尤其是细根生物量增加,凋落物量随之增加,C/N比率提高,植物残体的腐解速率降低,CO2浓度升高后,会给根际微生物带来更多的底物,从而提高了微生物活性,加速养分的矿化过程,改善植物的养分状况。     

丛枝菌根真菌对大气CO2浓度升高和增温响应研究进展

全球变化深刻影响着陆地生态系统生物多样性及生态功能。丛枝菌根(AM)真菌可与绝大多数陆生植物根系形成互惠共生体,在协助宿主养分吸收、促进植物生长、维持植物多样性等方面发挥着重要作用。本文主要分析了大气CO₂浓度升高(eCO₂)和增温对森林和草地生态系统AM真菌群落组成及其功能的影响。eCO₂主要通过影响宿主植物、土壤碳(C)输入等方式间接影响AM真菌,可增加AM真菌的多度和活性,影响AM真菌的多样性与群落组成。增温可直接或间接地(通过宿主植物和土壤途径)影响AM真菌,显著改变森林土壤AM真菌的群落组成,但对草地土壤AM真菌群落组成的影响尚无定论。我们提出了当前研究中存在的主要问题及未来应重点关注的内容。本文旨在明晰AM真菌对eCO₂和增温的响应和适应,增进对AM真菌介导的土壤生态功能的认识,为利用AM真菌缓解全球变化、增强土壤功能的韧性和全球变化的生态系统适应性提供依据。     

大气CO2浓度升高对光合作用的影响

众多的事实表明,大气的CO_2浓度正不断地升高,从工业化革命时期的270—280ppm 上升到现在的350ppm 左右,平均每年以1.2—1.4ppm 的速率递增,预计21世纪中后期大气CO_2浓度将上升为现在的两倍。CO_2作为温室气体,必然给全球的生态环境带来深刻的变化,因此,植物如何对大气CO_2浓度的升高作出响应,已引起各国科学家的普遍关注,因此此课题已成为目前比较活跃的研究领域。CO_2是光合作用的原料,故弄清楚光合作用如何对大气CO_2浓度升高作出响应,对于了解未来大气CO_2浓度升高对植物的影响尤其重要。本文将讨论大气CO_2浓度升高对光合作用的影响,及其影响的机制。     

大气CO2浓度和温度升高对水稻叶片及群体光合作用的影响

大气ＣＯ２浓度升高对植物光合作用的影响研究多集中在单叶水平,在高ＣＯ２及高温下对植物单叶及群体光合进行比较的研究少有报道,而群体水平的研究则是预测生态系统反应所不可缺少的。采用田间开顶式培养室研究了大气ＣＯ２浓度和温度升高对水稻（ＯｒｙｚａｓａｔｉｖａＬ．）叶片及群体光合作用的影响。发现ＣＯ２浓度和温度对水稻叶片光合作用有协同促进作用,而对群体光合作用的促进则随时间的推移而减弱;单叶光合受到的促进作用大于群体光合;叶面积指数只在营养生长期受到促进,冠层叶片含氮量受ＣＯ２影响降低。群体呼吸（包括茎杆）增加及冠层叶片早衰可能是后期ＣＯ２对群体光合促进作用下降的原因。     

大气CO2浓度升高对土壤微生物的影响

自人类进入工业化时代以来,由于化石燃料的燃烧和森林的大面积破坏,大气中ＣＯ２的浓度已由工业革命以前的２８０μｌ·Ｌ－１增加到现在的３５０μｌ·Ｌ－１,仅从１９５７年至今的几十年间,大气中ＣＯ２的浓度就增加了２０％,预计到下个世纪下半叶,大气中ＣＯ２的...     

大气中CO2浓度升高对植物的影响

大气中CO_2浓度升高以及由此所引起的温室效应已成为人们普遍关注的议题。在未来的世界里,CO_2浓度将持续上升。预计到21世纪中叶,CO_2浓度可能达到700ppm。一些试验结果表明;CO_2浓度升高对多数植物的个体生长发育有促进作用,其中包括种子的发芽率提高,幼苗生长加快,叶面积增大,根系数量增多,气孔数量减少,茎干生长轮加宽,开花期提早,种子产量提高等。但是,CO_2浓度升高对植物也有不利影响。在高CO_2浓度环境中,由于过量产生的碳水化合物在叶片中的积累和矿物质的不平衡,许多植物在生长后期生长缓慢或出现负增长;个体生长发育规律的变化将导致一些增长种群逐渐向衰退种群过渡;C_3类杂草的加速生长将引起农业欠收;群落结构与组成的变化将促使一些植物走向绝灭;植物残渣中碳氮比的改变将引起生态系统生产力的下降等。因此,对于今后大气中CO_2浓度升高的影响还要做大量的研究。     

不同生育阶段夜温升高对双季水稻产量的影响

利用两间玻璃温室内夜间不同的温度条件,研究了水稻不同生育阶段的夜温升高对双季早、晚稻产量的影响.结果表明：播种-幼穗分化（一次枝梗分化期）期间夜温升高,有利于双季水稻的分蘖,植株有效穗数显著增加,平均夜间最低温度每升高1 ℃,双季早、晚稻的产量分别提高10.02%～13.18%和6.52%～7.78%（P＜0.01）;幼穗分化-抽穗（10%稻穗抽出剑叶鞘）期间夜温升高,导致颖花退化,使每穗发育颖花数减少,平均夜间最低温度每升高1 ℃,双季早、晚稻的产量分别下降3.76%～6.67%和3.66%～6.94%（P＜0.01）;灌浆结实期（抽穗-成熟）夜温升高,双季早稻的结实率和产量显著下降,而双季晚稻的结实率和产量显著提高,平均夜间最低温度每升高1 ℃,双季早稻的产量下降2.07%～5.61%（P＜0.05）,双季晚稻的产量提高1.63%～2.28%（P＜0.05）.表明不同生育阶段的夜温升高对双季水稻产量的影响存在明显差异.     

不同尺度上植物叶气孔导度对升高CO2的响应

植物叶气孔导度对大气CO2浓度升高的响应可表现在以下几个层面：在叶水平上,叶气孔导度和气孔密度下降;在植物个体水平上,单位叶面积蒸腾下降,植株的水分利用率升高;在生态系统水平上,蒸散降低,土壤泾流和土壤水分含量增加;在全球尺度上,扩大了温室气体的增温效应,同时也降低了全球降雨量增加的趋势。正是因为植物叶气孔导度的变化会影响全球水循环,所以它在全球变化中起着非常重要的作用。但目前的研究结果还不能外推到更大的尺度上去。     

Responses of wheat and rice to factorial combinations of ambient and elevated CO2 and temperature in FACE experiments

Elevated CO₂ and temperature strongly affect crop production, but understanding of the crop response to combined CO₂ and temperature increases under field conditions is still limited while data are scarce. We grew wheat (Triticum aestivum L.) and rice (Oryza sativa L.) under two levels of CO₂ (ambient and enriched up to 500 μmol mol^?1) and two levels of canopy temperature (ambient and increased by 1.5–2.0 °C) in free‐air CO₂ enrichment (FACE) systems and carried out a detailed growth and yield component analysis during two growing seasons for both crops. An increase in CO₂ resulted in higher grain yield, whereas an increase in temperature reduced grain yield, in both crops. An increase in CO₂ was unable to compensate for the negative impact of an increase in temperature on biomass and yield of wheat and rice. Yields of wheat and rice were decreased by 10–12% and 17–35%, respectively, under the combination of elevated CO₂ and temperature. The number of filled grains per unit area was the most important yield component accounting for the effects of elevated CO₂ and temperature in wheat and rice. Our data showed complex treatment effects on the interplay between preheading duration, nitrogen uptake, tillering, leaf area index, and radiation‐use efficiency, and thus on yield components and yield. Nitrogen uptake before heading was crucial in minimizing yield loss due to climate change in both crops. For rice, however, a breeding strategy to increase grain number per m² and % filled grains (or to reduce spikelet sterility) at high temperature is also required to prevent yield reduction under conditions of global change.     

川西亚高山红桦幼苗土壤蔗糖酶活性对温度和大气二氧化碳浓度升高的响应

研究了不同月份、不同密度下川西亚高山丘桦（Betula　albo—sinensis）幼苗土壤蔗糖酶活性对温度升高（ET）、大气CO2浓度升高（EC）及其复合作用（ETC）的响应．结果表明：ET处理下,各月份土壤蔗糖酶活性均表现出不同程度的提高,其中5、6、9和10月份达到显著水平（P〈0．05）;EC处理下,各月份土壤蔗糖酶活性均显著提高,各月份土壤蔗糖酶活性表现为高密度根际土壤（HR）〉低密度根际土壤（LR）〉高密度非根际土壤（HN）〉低密度非根际土壤（LN）;不同月份的土壤蔗糖酶活性对ETC和遮荫（CS）处理的响应不同,其响应动态与季节变化、植物密度以及蔗糖酶在土壤中的位置密切相关．     

Acclimation of nitrogen uptake capacity of rice to elevated atmospheric CO2 concentration

Background and Aims: Nitrogen (N) is a major factor affecting yield gain of cropsunder elevated atmospheric carbon dioxide concentrations [CO₂].It is well established that elevated [CO₂] increases root mass,but there are inconsistent reports on the effects on N uptakecapacity per root mass. In the present study, it was hypothesizedthat the responses of N uptake capacity would change with theduration of exposure to elevated [CO₂]. Methods: The hypothesis was tested by measuring N uptake capacity inrice plants exposed to long-term and short-term [CO₂] treatmentsat different growth stages in plants grown under non-limitingN conditions in hydroponic culture. Seasonal changes in photosynthesisrate and transpiration rate were also measured. Key Results: In the long-term [CO₂] study, leaf photosynthetic responsesto intercellular CO₂ concentration (Ci) were not affected byelevated [CO₂] before the heading stage, but the initial slopein this response was decreased by elevated [CO₂] at the grain-fillingstage. Nitrate and ammonium uptake capacities per root dry weightwere not affected by elevated [CO₂] at panicle initiation, butthereafter they were reduced by elevated [CO₂] by 31–41% at the full heading and mid-ripening growth stages. In theshort-term study (24 h exposures), elevated [CO₂] enhanced nitrateand ammonium uptake capacities at the early vegetative growthstage, but elevated [CO₂] decreased the uptake capacities atthe mid-reproductive stage. Conclusions: This study showed that N uptake capacity was downregulated underlong-term exposure to elevated [CO₂] and its response to elevated[CO₂] varied greatly with growth stage.     

粳稻生育后期剑叶光合日变化和光合色素对大气CO2浓度和温度升高的响应——FACE研究

为研究水稻叶片光合色素和光合日变化对大气CO₂浓度和气温升高的响应,我们采用在开放空气中控制升高CO₂浓度和温度的方法,以常规粳稻南粳9108为试验材料,设置了环境CO₂和高大气CO₂浓度(增加200 μmol·mol^-1)、环境温度和增温(增加1～2 ℃)交互的4个处理,测定了灌浆中期和后期水稻剑叶的光合日变化特征和光合色素含量.结果表明: 水稻剑叶净光合速率(P_n)为双峰曲线,发生了光合“午休”现象;大气CO₂浓度升高提高了剑叶P_n,灌浆中期和后期平均分别增加了47.6%和39.1%;高温有降低P_n的趋势,但相关性未达到显著水平.大气CO₂浓度和温度升高导致水稻剑叶生育后期气孔导度(g_s)平均分别降低了17.0%和11.8%.高CO₂浓度水稻剑叶生育后期蒸腾速率(T_r)、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、总叶绿素和叶绿素a/b值显著降低,平均降幅分别为5.9%、50.4%、21.3%、41.4%、39.4%和21.4%,明显增加了剑叶水分利用率(WUE),平均增幅达47.9%.与之相反,生育后期增温使水稻剑叶T_r增加了10.2%,使WUE平均降低了20.4%.综上所述,大气CO₂浓度升高对粳稻生育后期剑叶P_n、g_s和光合色素含量的影响明显大于增温效应.因此,应重视大气CO₂浓度和温度对水稻光合作用和光合色素的综合效应,减弱增温的负效应.     

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、-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-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-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。     

Response of Norway spruce root system to elevated atmospheric CO2 concentration

Root structure parameters, root biomass and allometric relationships between above- and belowground biomass were investigated in young Norway spruce (Picea abies [L.] Karst.) trees cultivated inside the glass domes with ambient (AC, 375 μmol(CO₂) mol^?1) and elevated (EC, A + 375 μmol(CO₂) mol^?1) atmospheric CO₂ concentrations ([CO₂]). After 8 years of fumigation, a mean EC tree in comparison with AC one exhibited about 37 % higher belowground biomass. The growth of primary root structure was unaffected by elevated [CO₂]; however, the biomass of secondary roots growing on the primary root structure and the biomass of secondary roots growing in the zone between the soil surface and the first primary root ramification were significantly higher in EC comparing with AC treatment about 58 and 70 %, respectively. The finest root’s (diameter up to 1 mm) biomass as well as length and surface area of both primary and secondary root structures showed the highest difference between the treatments; advancing EC to AC by 43 % on average. Therefore, Norway spruce trees cultivated under well-watered and rather nitrogen-poor soil conditions responded to the air elevated [CO₂] environment by the enhancement of the secondary root structure increment, by enlargement of root length and root absorbing area, and also by alternation of root to aboveground organ biomass proportion. Higher root to leaf and root to stem basal area ratios could be beneficial for Norway spruce trees to survive periods with limited soil water availability.     

紫花苜蓿叶性状对干旱的阶段性响应

通过盆栽控水试验,研究了不同生育时期陇东苜蓿(Medicago sativa L.cv.Longdong)叶性状对不同程度干旱的响应。结果表明:(1)随干旱加重,叶干物质含量(LDMC)、叶氮含量(LN)、比叶重(LMA)、叶厚(LT)上升,叶面积(LA)减小,叶磷含量(LP)无明显变化,叶绿素含量(Chl)和叶长宽比(L/W)波动较大。(2)随生育时期的延长,LT、LDMC、L/W和LA变化不明显,LN下降,LP呈倒"V"型趋势,LMA和Chl波动较大。(3)L/W与LN、LT显著负相关;LDMC与LT、LMA显著正相关;LMA与LT、LN显著正相关,与L/W、LP显著负相关;LN与LT显著正相关;LA与LP显著正相关,与LDMC、LMA、LN显著负相关;Chl与其他叶性状均不相关。尽管干旱下陇东苜蓿不同生育时期叶性状响应并未表现出一致的变化,叶性状的差异性变化还是部分反映了陇东苜蓿适应干旱而采取的综合策略。从不同生育时期的差异性反应角度出发,探讨干旱下的叶性状响应是阐明优良牧草紫花苜蓿水分适应性的新的尝试。