大气CO_2浓度和温度升高对超级稻生长发育的影响

利用稻田FACE(Free Air gas Concentration Enrichment)系统,设置对照(Ambient,环境空气)、CO2浓度增高(EC,比Ambient增200μmol·mol-1)、温度增高(ET,比Ambient增2℃)和CO2浓度与温度同步增高(EC+ET)4个处理,研究其对超级杂交籼稻Ⅱ优084生长发育的影响。结果表明:与Ambient相比,EC或EC+ET使水稻抽穗和成熟期推迟1~3d,但ET对生育期没有影响;EC、EC+ET使水稻成熟期单茎干重分别增加49%、40%,均达显著水平,但ET则呈相反趋势;与Ambient相比,EC使成熟期叶片、茎鞘、稻穗及地上部干重分别增加40%、69%、30%和39%,均达极显著水平;ET使对应部位干重分别减少11%、21%、31%和26%,除茎鞘外均达显著或极显著水平;EC+ET使对应部位干重分别增加40%、47%、10%和18%,除稻穗外均达显著水平;抽穗期和抽穗后20 d各器官干重及地上部总重对各处理的响应趋势一致,但幅度明显小于成熟期;与生物量不同,各处理对结实期物质分配比例影响较小;EC、EC+ET使水稻成熟期茎鞘非结构性碳水化合物浓度和含量显著增加,但ET表现出相反趋势。综上所述,大气CO2浓度和温度同时升高情形下,超级稻Ⅱ优084收获期茎鞘同化物浓度和含量、各器官干重以及地上部生长总量均明显增加,但增幅略小于单独CO2浓度升高环境下生长的水稻。     

大气CO_2浓度升高对稻田土壤溶液中阴离子浓度的影响

利用中国稻/麦轮作FACE(Free-Air Carbon Dioxide Enrichment)试验平台,研究了大气CO2浓度升高对稻季各生育期耕层土壤溶液中Cl-、CO32-、HCO3-、SO42-、NO3-和溶解无机磷(DIP)等阴离子浓度的影响,探讨了稻田生态系统土壤元素地球化学循环对大气CO2浓度升高的响应。结果表明:大气CO2浓度升高降低了土壤溶液SO42-浓度,提高了HCO3-浓度,与5cm处相比,其在15cm处的影响程度更大;大气CO2浓度升高有增加土壤溶液NO3-和溶解无机磷(DIP)的趋势;对CO32-和Cl-未表现出明显的规律性影响。文章还分析了大气CO2浓度升高对土壤溶液阴离子浓度产生影响的可能机理。     

大气CO_2浓度升高对铅污染芦苇克隆生长的影响

芦苇分布广、耐性强,被广泛应用于污染修复,无性繁殖是其种群繁衍和维持的主要方式。在大气CO_2浓度升高的背景下,重金属污染将如何影响芦苇的克隆生长还不清楚。本实验以芦苇为研究对象,在人工气候室模拟大气CO_2浓度(380±20μmol·mol~(-1))和倍增浓度(760±20μmol·mol~(-1)),设置铅处理浓度0、300、500、1500、3000 mg·kg~(-1),探讨在铅污染以及CO_2倍增的双重影响下芦苇的克隆繁殖响应。随着铅处理浓度增加,根茎数和根茎长度、根茎节芽、根茎顶芽和总芽数显著减少,分蘖节芽数呈先增加后减少但均大于对照,根茎子株数显著增加,分蘖节子株数和总子株数无显著变化,芦苇各器官铅含量显著增加。CO_2浓度倍增条件下,相同浓度铅处理芦苇的根茎数、根茎长度、各类型芽数和子株数显著增加或呈增加趋势;芦苇吸收、积累的总铅含量增加,主要积累在根,但无性繁殖器官根茎和光合器官茎和叶中铅含量显著减少。以上结果表明,大气CO_2浓度升高能减缓铅污染对芦苇克隆生长的负面影响,增强芦苇的克隆生长和种群稳定,主要通过增强构件成本较低的集群生长模式、增加根茎延伸促进芦苇游击生长模式和有效的铅分配策略。     

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CO_2浓度升高对辣椒光合作用及相关生理特性的影响

研究大气CO_2浓度升高对辣椒光合作用及相关生理特性的影响,揭示大气CO_2浓度变化与辣椒光合作用及生理指标之间的关系,为辣椒的栽培管理及果实加工提供理论参考。利用OTC(open-top chamber)系统,采用盆栽试验,研究CO_2浓度增高200μmol·mol-1对辣椒形态指标、叶片生理指标、光合参数、光合色素、维生素C(Vc)含量、糖类化合物和产量的影响。结果表明:大气CO_2浓度升高促进了辣椒生长,增加株高、产量和植株总生物量。叶片净光合速率(Pn)、胞间CO_2浓度(Ci)和水分利用效率(WUE)明显提高;开花坐果期气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)增加,结果期气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)下降;大气CO_2浓度升高促进辣椒叶和辣椒果实中Vc含量的显著升高,叶片中叶绿素和糖类化合物含量也显著增加;CO_2浓度升高能改善辣椒叶片光系统,增加光合作用,促进辣椒代谢物质的积累,有利于辣椒的生长发育。     

桃蚜取食行为对大气CO_2浓度升高的响应

【目的】近年来随着人类活动的增加,温室气体尤其是大气CO_2浓度升高造成的虫害爆发已成为国际上关注的焦点,因此,研究拟南芥Arabidopsis thaliana上桃蚜取食行为的变化对大气CO_2浓度升高的响应意义重大。【方法】本研究以拟南芥和绿色桃蚜Myzus persicae为研究对象,利用野生型拟南芥Col-0,茉莉酸途径信号传导缺失突变体(jar1)、水杨酸途径信号传导缺失突变体(npr1)、乙烯途径信号传导缺失突变体(ein2-5)为材料,以大气CO_2浓度升高为影响因子,利用刺吸式电位仪(EPG)记录了桃蚜在不同处理的拟南芥上的取食波形。【结果】研究结果发现:CO_2浓度升高缩短了Col-0和jar1植株上蚜虫首次刺探时间和首次到达韧皮部的时间,却延长了npr1和ein2-5上蚜虫首次到达韧皮部的时间,降低了jar1植株上蚜虫总的刺探时间且增加了其总的取食韧皮部时间,但没有改变其它基因型植株上蚜虫总的刺探和取食时间;同时增加了野生型植株上蚜虫的刺探频率,却没有影响其它基因型植株上的刺探频率。【结论】CO_2浓度升高降低了野生型植株和jar1植株抗性,有利于蚜虫到达韧皮部;却增加了npr1和ein2-5上的植物抗性,从而不利于蚜虫到达韧皮部。     

大气CO2浓度升高对稻麦根系周围土壤C、P、K的影响

利用FACE(free air carbon dioxide enrichment)技术平台,在两种氮肥施用(低氮,LN和常规氮,NN)水平下,研究CO2浓度升高对水稻和小麦收获后根际和非根际土壤可溶性碳、有机磷、速效磷和速效钾的影响.结果表明,相对于对照CO2浓度处理,高CO2浓度处理在显著增加作物生物量的前提下,土壤速效磷和速效钾不但没有降低反而增加,增加幅度小麦季大于水稻季,根际大于非根际;水稻季土壤可溶性碳含量增加,且NN水平下水稻和小麦季进入土壤的可溶性碳增加,导致土壤有机磷降低幅度低于LN水平,且水稻季根际土壤大于非根际土壤,有机磷的降低是保证有效磷升高的一个重要因素,增加氮肥施用将有利于土壤有机磷的增加,对维持土壤磷的供给有积极作用,有利于作物对高CO2浓度的持续响应.     

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CO_2浓度升高与森林群落结构的可能性变化

大气 CO2 浓度升高所引起的森林生态系统生态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、凋落物质量和根质量的变化造成的土壤生态过程的变化、微生物共生体、有机质周转率、营养循环的潜在效应以及气温上升对森林植物产生的可能性影响 ,这些受影响的生物要素和生态过程 ,会引起群落内植物间对资源原有的竞争关系发生变化 ,对资源竞争的格局发生变化最终将会导致森林结构的改变。     

大气CO_2浓度升高对西花蓟马生长发育及其寄主四季豆营养成分的影响

为了阐明大气CO2浓度升高对西花蓟马种群动态的影响,利用人工气候箱研究了CO2浓度倍增条件下西花蓟马生长发育、繁殖及其寄主植物四季豆叶片营养成分的变化。结果表明:CO2浓度升高显著影响了四季豆叶片的营养成分含量,其粗蛋白含量明显下降,而总糖、组织淀粉、可溶性蛋白和游离氨基酸含量却显著升高。与对照CO2浓度(400!L·L-1)相比,800μL·L-1CO2浓度处理下的西花蓟马卵期、1龄若虫期、2龄若虫期的发育历期均显著缩短,而单雌平均产卵量增加了9.74%(P0.05)。高CO2浓度处理下西花蓟马的净生殖率(R0)、内禀增长率(rm)、周限增长率(λ)比对照依次升高了7.40%、8.86%和1.32%(P0.05);而平均世代周期(T)、种群加倍时间(DT)比对照分别降低了1.42和0.38d(P0.05)。西花蓟马R0、rm、λ与四季豆粗蛋白含量呈显著负相关,而与总糖/粗蛋白、淀粉呈显著正相关;西花蓟马T、DT与四季豆粗蛋白含量呈显著正相关,而与总糖/粗蛋白、淀粉、游离氨基酸呈显著负相关。说明未来高CO2浓度的大气环境会改变四季豆叶片的营养成分,并影响西花蓟马的生长发育与繁殖。     

大气CO_2浓度升高对植物-植食性昆虫的作用机制

大气二氧化碳浓度升高及其伴随的全球变暖引起国内外科学家的极大关注。CO2浓度升高主要通过改变植物的初级和次级代谢产物,影响以之为食的昆虫。本文结合作者近年来的研究成果,着重于以CO2浓度升高为作用因子,以植物和植食性昆虫的相互关系为对象,比较了咀嚼式口器昆虫与刺吸式口器昆虫对大气CO2浓度升高的响应特征,分析了不同取食类型昆虫-植物对大气CO2浓度升高的响应机制。     

CO_2浓度升高对水体硝化、反硝化作用的影响研究进展

大气CO_2浓度升高潜移默化地影响着水体生态系统的碳循环过程.然而,该过程如何影响与其耦合的氮循环过程仍不明确.水体硝化、反硝化过程作为水体氮循环的重要环节,必然会对大气CO_2浓度升高产生一系列的响应.本文总结了国内外关于大气CO_2浓度升高对水体理化性质、硝化作用、反硝化作用及N形态转化影响方面的研究工作,发现大气CO_2浓度升高会降低水体的p H,增加水中CO_2和HCO_3^-含量,但对富营养化与寡营养化水体中硝化、反硝化作用的影响具有明显差异.大气CO_2浓度升高抑制寡营养化水体的硝化作用和反硝化作用,降低N2_O的释放通量,抑制富营养化水体的硝化作用,但当水体pH在7～9时,可能促进反硝化作用,增加N2_O的释放通量,最终可能导致水体中NH_4^+的积累及NO_3^-浓度的降低,影响水体中微生物的多样性.在此基础上提出目前相关研究存在的瓶颈问题及值得深入探讨的科学问题,为进一步深入理解温室效应背景下全球CO_2浓度升高对水体生态系统N循环的影响提供参考.     

大气CO2浓度升高对粘虫生长发育和繁殖的影响

为明晰大气CO_2浓度升高对粘虫Mythimna separata(Walker)生长发育和繁殖的影响,在人工气候箱800μL/L与400μL/L两种不同CO_2浓度下,用人工饲料连续饲养粘虫3代后,分析其发育历期、体重、存活率等种群参数的变化。结果表明:不同CO_2浓度处理下各世代的粘虫均能正常发育,各虫态的发育历期为:幼虫成虫蛹卵,幼虫1-3代的发育历期在两种CO_2浓度下差异达极显著水平(P0.001);CO_2浓度倍增条件下的蛹重和成虫体重较对照条件下明显下降;CO_2浓度倍增对粘虫的性比影响不大,但可导致粘虫雌成虫寿命缩短,单雌平均产卵量和单雌日均产卵量下降。高CO_2浓度下第1代粘虫种群的平均世代周期(T)和种群加倍时间(DT)分别延长了1.19和1.24 d,1-2代粘虫的净生殖率(R0)、内禀增长率(rm)和周限增长率(λ)呈下降趋势,至第3代略有回升,但未达到显著性差异水平(P0.05);高CO_2浓度条件下粘虫1-3代的存活率分别为44%、31%和33%,分别较对照条件下对应世代粘虫的存活率低10%、27%和22%,其中第2、3代粘虫的存活率在两种CO_2浓度条件下差异显著(P0.05),第1代粘虫在高CO_2浓度下存活率明显下降,至第3代时逐渐趋于稳定,说明随着世代的延长,粘虫对高CO_2浓度的适应能力增强。     

大气CO2浓度升高对植物根系的影响

植物长期生长在CO2浓度不断升高的环境中,其结构和功能都将受到影响,这种影响不仅表现在植物的地上部分,同时也表现在植物的地下部分(根系),尤其是细根的长度、直径、产量、周转以及根与枝的分配模式等方面。植物根系结构和功能的改变影响植物地上部分和生态系统物质循环中的碳动态及土壤中碳库的变化。目前有关大气CO2浓度升高对根系动态影响的研究报道主要包括大气CO2浓度升高对根系结构(直径、分枝、长度、数量等)和根系生理(周转率、产量、碳分配模式等)的影响2个方面。目前,该领域研究还存在一些不足,例如在CO2浓度升高条件下,对植物根系内部的调控机制,以及由其引起的物质循环和能量流动的动态变化的了解较少;至今没有令人信服的证据说明大气CO2浓度升高使根系周转升高还是降低。今后应加强研究在CO2浓度升高条件下根系的周转变化和光合产物分配模式变化,CO2浓度升高和外界环境因素的共同作用对根系的影响,以及采用不同研究方法和研究对象在不同立地条件下开展升高CO2浓度对根系影响的对比研究等。     

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。     

CO_2浓度升高对粘虫幼虫体内酶活性的影响

【目的】阐明大气CO_2浓度升高对粘虫Mythimna separata(Walker)幼虫不同龄期体内酶活性的影响机制。【方法】测定分析了人工气候箱内不同CO_2浓度(800mL/L和400mL/L)条件下,粘虫幼虫体内4种解毒酶[羧酸酯酶(Car E)、乙酰胆碱酯酶(Ach E)、微粒体多功能氧化酶(MFO)和谷胱甘肽-S-转移酶(GST)]、3种保护酶[超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)]和4种蛋白酶(总蛋白酶、强碱性类胰蛋白酶、弱碱性类胰蛋白酶和类胰凝乳蛋白酶)活性的变化。【结果】(1)粘虫不同龄期幼虫体内4种解毒酶的活力均随着CO_2浓度升高而显著上升(P<0.05);(2)粘虫幼虫体内的保护酶中SOD酶活性在CO_2浓度为800mL/L条件下低于对照(CO_2浓度为400mL/L)条件下的酶活性,其中4至6龄幼虫的下降趋势较为显著(P<0.05),而POD、CAT酶活性均呈上升趋势,800mL/L浓度下的CAT活力均显著高于对照(P<0.05);(3)高CO_2浓度条件下粘虫总蛋白酶的酶活性随着龄期的增加呈现先上升后下降的趋势,强碱/弱碱性类胰蛋白和类胰凝乳蛋白3种酶的比活力均低于400mL/L CO_2浓度下的比活力,其中类胰凝乳蛋白酶比活力显著低于对照条件下的比活力(P<0.05)。【结论】在高CO_2浓度条件下,粘虫幼虫体内的大多数酶系活力呈现下降趋势,大部分解毒酶和蛋白酶活性受到抑制,SOD、CAT和POD 3种保护酶的动态平衡受到干扰而影响其正常的生理代谢,机体受损伤并随龄期的增加而加重。     

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。     

大气CO2浓度和气温升高对麦田节肢动物群落的影响

为了预测气候变化对麦田节肢动物群落多样性的影响, 本研究在麦田开放环境中设置4种处理, 分别是高温(高于当时气温2℃和当前CO₂浓度)、高CO₂浓度(500 μL/L和当时气温)、高温+高CO₂浓度和对照(当前CO₂浓度和气温)等, 采用定期随机抽样方法调查节肢动物群落的多样性, 用经典的多样性指数对整体节肢动物群落以及不同食性节肢动物群落多样性进行分析。共采到节肢动物3纲10目42科52种。仅“高温”和“高温+高CO₂”处理显著增大节肢动物群落的均匀度, 其余处理均无显著影响。“高温+高CO₂”处理的影响随小麦生长发育期不同而略有差异, 在苗期可增大Shannon-Wiener多样性指数, 而在后期使该指数减小; “高温+高CO₂”与“高温”处理的群落多样性较为相似。对不同食性节肢动物群落的分析表明, 与对照相比, 植食性昆虫群落在“高CO₂”下丰富度显著增大; 寄生性昆虫群落的多度在“高温”下显著增大; 腐食性等节肢动物群落的多度在“高CO₂+高温”和“高温”处理下有所增大、均匀度在“高温”下略降低, 但均未达统计上的显著水平; 捕食性节肢动物群落不受影响。本研究说明, CO₂浓度和气温升高不同程度地影响麦田节肢动物群落的物种多样性, 两类因素同时升高与各自单独升高的影响不完全一致。