杉木人工林不同深度土壤CO2通量

土壤CO₂通量具有明显的时间和空间变异性。土壤温度和含水量是影响土壤CO₂通量的重要因素,同时,不同深度的土壤CO₂通量对温度和含水量变化的响应差异较大,因此,研究土壤CO₂通量和影响因素随土壤深度的变化,对于准确评估土壤碳排放具有重要意义。选择福建三明杉木人工林(Cunninghamia lanceolata)作为研究对象,利用非散射红外CO₂浓度探头和Li-8100开路式土壤碳通量系统,并使用Fick扩散法计算了0-60cm深度土壤CO₂的通量,结果表明:(1)5种扩散模型计算的表层(5cm)CO₂通量与Li-8100测量结果均具有显著相关性(P<0.01),Moldrup气体扩散模型计算结果较好。(2)土壤CO₂浓度随深度的增加而升高,但60cm深度以下土壤CO₂浓度开始降低;不同深度土壤CO₂浓度的日变化均呈现单峰型;0-60cm土壤CO₂通量日通量均值变化范围为0.54-2.17μmol m^-2 s^-1;(3)指数拟合分析显示,5、10cm和60cm深度处土壤CO₂通量与温度具有显著相关性,Q₁₀值分别为1.35、2.01和4.95。不同深度土壤含水量与CO₂通量的相关性不显著。     

CO2浓度升高与硝化抑制剂对冬小麦田间N2O排放量的影响

以冬小麦中麦175为供试品种,利用农田开放式CO_2浓度增高(FACE)系统,研究未来大气高CO_2浓度对冬小麦田间N_2O排放的影响,以及施用硝化抑制剂(2-氯-6-三氯甲基吡啶)是否可以起到抑制冬小麦田间N_2O的排放量升高的潜能。试验结果表明:CO_2浓度升高显著提高冬小麦田间N2O的排放增幅达到67.6%,追肥灌溉后小麦田N_2O排放量较大,随着冬小麦生育进程的推进N_2O的排放量逐渐减少,硝化抑制剂对中麦175田间N_2O排放量的影响并不明显。因此,在未来高CO_2浓度环境条件下,可以通过采取相应的耕作制度和栽培技术措施等来降低冬小麦田N_2O的排放量。试验结果对冬小麦田间是否选择施用2-氯-6-三氯甲基吡啶来控制N_2O的排放起到一定的参考作用。     

高CO2浓度对杂交水稻光合作用日变化的影响——FACE研究

大气二氧化碳(CO_2)浓度增高导致全球变暖,但作为光合作用底物促进绿色作物的光合作用。为了明确高CO_2浓度对杂交水稻结实期光合日变化的影响,2014年利用稻田FACE(Free Air CO_2Enrichment)平台,以生产上曾创高产纪录的两个杂交稻新组合甬优2640和Y两优2号为供试材料,设置环境CO_2和高CO_2浓度(增200μmol/mol)两个水平,测定杂交稻抽穗期和灌浆中期光合作用日变化和成熟期生物量。结果表明,高CO_2浓度环境下两组合抽穗期叶片净光合速率均大幅增加(全天平均52%),但灌浆中期的平均增幅减半,其中Y两优2号这种光合下调表现更为明显。大气CO_2浓度升高使两杂交稻组合抽穗和灌浆中期叶片气孔导度均大幅下降,导致蒸腾速率下降而水分利用效率大幅增加,Y两优2号气孔导度和蒸腾速率对CO_2的响应上午大于下午,而甬优2640表现相反。尽管大气CO_2浓度升高使杂交稻结实期不同时刻胞间CO_2浓度均大幅增加,但对气孔限制值特别是胞间CO_2与空气CO_2浓度之比多无显著影响,两品种趋势一致。大气CO_2浓度升高对甬优2640地上部生物量及其组分的影响明显大于Y两优2号,CO_2与品种间多存在互作效应。以上结果表明,与甬优2640相比,Y两优2号最终生产力从高CO_2浓度环境中获益较少可能与该品种生长后期存在明显的光合适应有关,但这种光合适应似乎不是由气孔限制造成的。     

剪叶疏花条件下高浓度CO2对汕优63生长和产量的影响

利用稻田FACE(Free Air CO_2Enrichment)系统平台,以杂交稻汕优63为供试材料,二氧化碳设环境CO_2浓度(Ambient)和高CO_2浓度(Ambient+200μmol/mol),抽穗期源库改变设剪叶(剪除剑叶)和疏花处理(相间剪除1次枝梗),以不处理为对照(CK),研究大气CO_2浓度升高对不同源库处理水稻产量形成及物质生产的影响。结果表明:CK条件下,大气CO_2浓度升高使汕优63籽粒产量显著增加32%,这主要与单位面积总颖花量大幅增加(+26%)有关,结实能力亦呈增加趋势但未达显著水平。大气CO_2浓度升高使抽穗期剪叶处理水稻的籽粒产量平均增加55%,明显大于对照水稻,这主要与受精率(+28%)、饱粒率(+23%)和所有籽粒平均粒重(+19%)大幅增加有关。相反,对抽穗期疏花处理水稻而言,高CO_2浓度环境下籽粒产量的增幅(+25%,P=0.07)明显小于对照水稻,这主要与结实能力的响应略有下调有关。与产量响应类似,大气CO_2浓度升高使对照、剪叶和疏花条件下最终生物量分别增加39%、43%和28%,除疏花处理外均达显著水平。抽穗期剪叶和疏花处理本身使水稻籽粒产量分别降低40%和45%,前者主要是结实能力大幅下降所致,而后者与总颖花量减半相关。以上结果表明,大气CO_2浓度升高使杂交水稻生产力大幅增加,人为减小源库比(如剪叶)可增强CO_2肥料效应,而增加源库比(如疏花)则可使这种肥料效应减弱。     

微藻固定CO2研究进展

空气中CO₂ 浓度升高所导致的温室效应已成为重大的环境问题 ,受到人们普遍关注。概述了高效固定CO₂ 微藻藻种的筛选和培养方法 ,分析了微藻固定CO₂ 的无机碳利用形式和浓缩机制 ,讨论了高效光生物反应器设计和运行目标 ,简要介绍了微藻 (酶 ) 膜生物反应器集成新技术。并认为今后的研究方向主要是在进一步探索微藻固定CO₂ 有关机理的基础上 ,构建高效固定CO₂ 的转基因微藻 ,开发高效膜生物反应集成系统。     

生物黑炭对旱地土壤CO2、CH4、N2O排放及其环境效益的影响

采用土柱室内模拟的方法,通过添加0%、0.5%、2%、4%、6%、8%生物黑炭于土壤中,测定土壤CO2、CH4、N2O排放通量,探讨生物黑炭对旱地土壤CO2、CH4、N2O排放及其环境效益的影响。结果表明:室内模拟土柱培养期内,施用生物黑炭能显著增加CO2排放,且生物黑炭添加百分数(x)与CO2累积排放量(y)之间满足线性方程:y=12.591x+235.02(R2=0.834,n=24);当生物黑炭添加量达到2%及以上时,基本抑制了CH4的排放和显著减少土壤N2O排放,并显著减少CH4和N2O的综合温室效应,当其达到4%以上时,CH4和N2O的综合温室效应降幅更大并趋于稳定,但施用少量生物黑炭(0.5%)可显著促进N2O排放,对减少CH4和N2O综合温室效应并无明显效果。生物黑炭表观分解率随其添加量的增加逐渐减少,生物黑炭添加比例越高,积累于土壤中的碳越多,从投入生物黑炭量与固碳量和减排比角度综合考虑,农业生产中推荐生物黑炭施用量为20 t/hm2,其固碳减排效果俱佳。     

高浓度CO2对树木生理生态的影响研究进展

大气CO2浓度升高已成为世界范围内的重要环境问题。CO2浓度升高势必会对植物的生理生态变化产生重要影响。综述了国内外有关高浓度CO2对树木生理生态影响研究的最新进展,具体包括高浓度CO2对树木生长发育、光合和呼吸作用、抗氧化系统、树木代谢物质、挥发性有机化合物以及树木凋落物等方面的影响。高浓度CO2一般会促进树木地上植株的生长和发育,但也因树种差异而有所不同。最新研究表明,高浓度CO2促进了树木细根周转,树木根系生长在大气CO2浓度升高条件下表现为促进作用,这种作用加快了全球森林生态系统的C循环。高浓度CO2虽然在一定程度上促进树木光合速率的增加,但长期熏蒸也往往会发生光合驯化,这种现象产生的生理学机制目前仍无定论。高浓度CO2对树木呼吸作用尤其是根系呼吸的影响将是未来研究的重点和难点。高浓度CO2一般会提高树木抗氧化酶活性与抗氧化剂含量,但不同树种响应高浓度CO2的过程和机理也有所差异。研究表明,高浓度CO2一般对树木凋落物的分解产生不利影响,但也因树种而异。需要强调的是,目前关于树木地下部分、树木对高浓度CO2的适应机理和重要过程(碳氮水耦合及基因调控等)以及多个树种包括不同类型树种及不同品种之间比较研究较少;关于某一重要生理生态机制(如根系生理代谢)尤其是多个生态因子复合条件下缺乏长期深入的研究。在此基础上给出了大气CO2浓度升高下树木生理生态学研究的未来发展方向,包括高CO2浓度条件下树木根系生理代谢及机制、树木碳氮水耦合的生理过程及机制、不同生态因子复合作用对树木生理影响机制以及树木分子作用机理等方面的研究。这些研究不仅将丰富森林树木应对未来气候变化的有关科学理论,也为全球气候变化背景下实现森林树种生态功能的优化选择及森林生态系统的可持续发展与经营提供重要的生理生态学理论依据和参考。     

土壤CO2及岩溶碳循环影响因素综述

全球碳循环已成为全球气候变化的核心问题之一,岩溶作用对大气CO2浓度的调节以及其与土壤CO2的密切关系也受到了国内外普遍关注。岩溶作用消耗土壤CO2对大气碳库起到了重要的减源作用,对土壤CO2进行研究将有利于进一步揭示岩溶碳循环过程。因此从气候条件、土壤理化性质、土地利用类型等方面综述了土壤CO2的影响因素以及其对岩溶碳循环的影响,并提出其它酸参与到岩溶碳循环中将会减弱岩溶碳汇效应。由于各个因素之间往往相互联系,共同影响土壤CO2和岩溶碳循环,在研究岩溶碳汇时,需以地球系统科学和岩溶动力系统理论为指导,综合考虑大气圈、水圈、岩石圈、生物圈中各种因素的影响。     

超临界CO2技术萃取蛋黄磷脂

采用新型物理分离技术──超临界CO₂萃取法,提取天然蛋黄粉中的磷脂.在40MPa,先去除蛋黄粉中甘油三酯和胆固醇,再萃取磷脂.结果显示,磷脂纯度为95%,N/P比值为1.003,λ_max=214nm,薄层层析显示磷脂着色点清晰,并去除了绝大部分甘油三酯和胆固醇.此法操作简单、产品质量高、安全和不污染环境,还可得到天然纯蛋黄油和蛋白.     

地质封存CO2泄漏对玉米根系形态的影响

碳捕集与封存（Carbon Capture and Storage,CCS）是应对全球气候变化、实现煤炭清洁利用的有效手段之一,但是地质封存的CO₂存在泄漏的风险,可能对农田生态系统产生重大威胁,影响我国粮食安全。根系生长是地上部和地下部相互作用、相互促进的统一过程,其形态特征对作物生产力有显著影响,但CCS泄漏对植物根系的影响评估尚不多见。本文以玉米为研究对象,采用盆栽底部通入CO₂的方法模拟不同CO₂泄漏情景,研究CK（0 g m^-2 d^-1）和G1000（1000 g m^-2 d^-1）和G2000（2000 g m^-2 d^-1）三种泄漏情景下CO₂对玉米根系形态的影响。结果表明：CO₂泄漏对玉米根系形态有明显的影响,随着泄漏量的增大总根长从40290.81 cm减少至21448.18 cm,减少46.77%,其中细根大幅减少;CO₂泄漏造成玉米明显减产,最大减产率达26.64%;玉米的地上部生物量较地下部生物量对CO₂泄漏更加敏感。综合来看,随着CO₂泄漏量增大,对玉米根的生长、地上部生物量、地下部生物量以及产量有显著的抑制作用。作物根系形态对封存CO₂泄漏的响应可为CCS泄漏监测和生态修复提供系统科学依据。     

开放式空气二氧化碳浓度增高对小麦物质生产与分配的影响

2001—2003年,利用农田开放式空气CO₂浓度增高 (FACE) 技术平台,以冬小麦宁麦9号为供试材料,研究开放式条件下CO₂浓度增高对小麦整个生育期干物质生产与分配的影响.结果表明：与对照相比,FACE处理使小麦播种-越冬始期的干物质生产量略有增加（10.8%),使越冬始期-拔节期、拔节期-孕穗期、孕穗期-抽穗期显著增加,分别增加了31.6%、40.5%、27.2%,使抽穗期-成熟期略有减少(-5.5%),使成熟期生物产量显著增加(13.6%);FACE处理对小麦播种-越冬始期的平均叶面积系数(LAI)和净同化率(NAR)均无显著影响,但使越冬始期-抽穗期LAI显著增加,NAR稍有增加,使抽穗期-抽穗后20 d NAR显著下降;FACE处理使不同生育时期叶片占全株质量的比例下降,而使茎鞘占全株质量的比例增加;FACE小麦抽穗期和成熟期茎鞘可溶性糖和淀粉含量及总量均明显增加.     

Changes in CH4 and CO2 emissions from soils under flooded conditions after being exposed to FACE (free-air CO2 enrichment) for three years

To evaluate the variations of CO₂ and CH₄ emissions from FACE (free-air CO₂ enrichment, F) soils three years after rice-wheat rotation FACE treatment, incubation experiments in the laboratory with laboratory and elevated CO₂ concentration (1000 μl L?1) were carried out under flooded conditions at 25°C. Results show that soil organic carbon is increased by 11% after exposure to FACE treatment for three years. The results indicate that at laboratory and elevated CO₂, the cumulative CO₂ emissions from FACE soils are 35% and 22% higher than those from the ambient soils, whereas the cumulative CH₄ emissions from FACE soils are 2.6 and 2.3 times that of ambient soils. Thus, there is a larger ratio of cumulative emissions of CH₄ to CO₂ in the soil F. The elevated CO₂ concentration during the incubation stimulates the cumulative CO₂ emission significantly, but its stimulation on CH₄ emission is not statistically significant. The results indicate that the elevated atmospheric CO₂ concentration stimulates the turnover rates of soil organic matter, with a net increase in soil organic matter content, and alters the CH₄/CO₂ ratio.     

Changes in CH4 and CO2 emissions from soils under flooded conditions after being exposed to FACE (free-air CO2 enrichment) for three years

To evaluate the variations of CO₂ and CH₄ emissions from FACE (free-air CO₂ enrichment, F) soils three years after rice-wheat rotation FACE treatment, incubation experiments in the laboratory with laboratory and elevated CO₂ concentration (1000 μl L?1) were carried out under flooded conditions at 25°C. Results show that soil organic carbon is increased by 11% after exposure to FACE treatment for three years. The results indicate that at laboratory and elevated CO₂, the cumulative CO₂ emissions from FACE soils are 35% and 22% higher than those from the ambient soils, whereas the cumulative CH₄ emissions from FACE soils are 2.6 and 2.3 times that of ambient soils. Thus, there is a larger ratio of cumulative emissions of CH₄ to CO₂ in the soil F. The elevated CO₂ concentration during the incubation stimulates the cumulative CO₂ emission significantly, but its stimulation on CH₄ emission is not statistically significant. The results indicate that the elevated atmospheric CO₂ concentration stimulates the turnover rates of soil organic matter, with a net increase in soil organic matter content, and alters the CH₄/CO₂ ratio.     

Seasonal changes in the effects of free-air CO2 enrichment (FACE) on growth, morphology and physiology of rice root at three levels of nitrogen fertilization

Over time, the relative effects of elevated [CO₂] on the aboveground photosynthesis, growth and development of rice (Oryza sativa L.) are likely to be changed with increasing duration of CO₂ exposure, but the resultant effects on rice belowground responses remain to be evaluated. To investigate the impacts of elevated [CO₂] on seasonal changes in root growth, morphology and physiology of rice, a free‐air CO₂ enrichment (FACE) experiment was performed at Wuxi, Jiangsu, China, in 2002–2003. A japonica cultivar with large panicle was exposed to two [CO₂] (ambient [CO₂], 370 μmol mol⁻¹; elevated [CO₂], 570 μmol mol⁻¹) at three levels of nitrogen (N): low (LN, 15 g N m⁻²), medium (MN, 25 g N m⁻²) and high N (HN, 35 g N m⁻²). Elevated [CO₂] increased cumulative root volume, root dry weight, adventitious root length and adventitious root number at all developmental stages by 25–71%, which was mainly associated with increased root growth rate during early growth period (EGP) and lower rate of root senescence during late growth period (LGP), while a slight inhibition of root growth rate occurred during middle growth period (MGP). For individual adventitious roots, elevated [CO₂] increased average length, volume, diameter and dry weight early in the season, but the effects gradually disappeared in subsequent stages. Total surface area and active adsorption area per unit root dry weight reached their maxima 10 days earlier in FACE vs. ambient plants, but both of them together with root oxidation ability per unit root dry weight declined with elevated [CO₂] during MGP and LGP, the decline being larger during MGP than LGP. The CO₂‐induced decreases in specific root activities during MGP and LGP were associated with a larger amount of root accumulation during EGP and lower N concentration and higher C/N ratio in roots during MGP and LGP in FACE vs. ambient plants. The results suggest that most of the CO₂‐induced increases in shoot growth of rice are similarly associated with increased root growth.     

自由空气中臭氧浓度升高对大豆的影响

人类活动导致的大气和气候变化将极大地改变作物未来的生长环境,其中一个显著的变化就是近地层空气污染物臭氧浓度的迅速上升:从工业革命前低于10nL/L上升到现在的50nL/L(夏季每天8h平均),最新预测这一浓度将在2015-2050年增加20%-25%,本世纪末将增加40%-60%。目前大气背景臭氧浓度已经超过敏感植物的伤害阀值(即40nL/L),广泛地造成农作物减产,而未来臭氧浓度增加将使这种影响变得更为严重。与封闭式和开顶式试验相比,FACE(free-air gas concentration enrichment)研究使用标准的作物管理技术,在完全开放的农田条件下运行,代表了人类对未来大气环境的最好模拟。作为人类食物蛋白的重要来源,大豆是世界上种植面积最大的双子叶植物,也是1年生C3作物的模式作物,同时也被认为对臭氧污染最为敏感的作物之一。美国伊利诺伊大学的大豆FACE(SoyFACE)是世界上第1个利用FACE技术开展农作物对高浓度臭氧(模拟本世纪中叶近地层臭氧浓度)响应和适应的多学科合作研究。在阐述气室研究的局限性和介绍SoyFACE运行特点的基础上,首次综述了FACE情形下高浓度臭氧对大豆光合特性、冠层结构、物质生产与分配、产量及其构成因素以及虫害等方面的影响,并比较了FACE与气室研究结果的异同点。SoyFACE研究清楚地表明臭氧对未来粮食安全的影响必须作为一个重要的全球变化因子来加以考虑。利用FACE技术深入开展臭氧及其与其它全球变化因子的互作对世界主要粮食作物的影响、机制和调控的系统研究,是该领域未来优先考虑的方向。     

Comparison of gas use efficiency and treatment uniformity in a forest ecosystem exposed to elevated [CO2] using pure and prediluted free-air CO2 enrichment technology

A direct comparison of treatment uniformity and CO₂ use of pure and prediluted free-air CO₂ enrichment (FACE) systems was conducted in a forest ecosystem. A vertical release pure CO₂ fumigation system was superimposed on an existing prediluted CO₂ fumigation system and operated on alternate days. The FACE system using prediluted CO₂ fumigation technology exhibited less temporal and spatial variability than the pure CO₂ fumigation system. The pure CO₂ fumigation system tended to over-fumigate the upwind portions of the plot and used 25% more CO₂ than the prediluted CO₂ fumigation system. The increased CO₂ use by the pure CO₂ system was exacerbated at low wind speeds. It is not clear if this phenomenon will also be observed in plots with smaller diameters and low-stature vegetation.     

开放式空气CO2浓度增高对水稻产量形成的影响

在大田栽培条件下 ,研究开放式空气CO2 浓度增加 (FACE) 2 0 0 μmol·mol-1的处理对水稻产量及产量构成因素的影响 .结果表明 ,FACE处理对水稻株高和主茎叶片数没有明显影响 ,但使水稻生育进程加快 ,全生育期显著缩短 ,增加施N量可减缓FACE处理对水稻全生育期缩短的程度 ;FACE处理能显著增加分蘖数 ,极显著增加穗数 ,提高结实率 ,但使每穗颖花数显著减少 ;FACE处理能显著提高水稻产量 ,在高N条件下增产幅度更大 ;提高FACE处理的每穗颖花数和单位面积颖花数能极显著提高水稻产量 ,增加施N量是提高FACE处理每穗颖花数和单位面积颖花数的重要措施 .