大气CO_2浓度升高对植物的直接影响——国外十余年来模拟实验研究之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。     

春小麦水分利用效率日变化及其生理生态基础的研究

采用光合速率和蒸腾速率之比 (Pn/Tr)表示植物水分利用效率 (WUE) ,发现在两种不同水分处理下春小麦拔节期 .WUE日变化中都有上午高于下午值 ,且 8∶0 0～ 1 0∶0 0为明显峰值的特征 ,这种特征与Pn、Tr日变化存在的上、下午值不对称性和反向性 (Pn为上午高于下午 ,Tr相反 )紧密相关 ,水分胁迫处理中 ,Pn、Tr值均有降低 ,但不同品种的WUE反应不一 .研究表明 ,叶水势 ( ψw)、气孔阻力 (Rs)等生理因素和空气相对湿度 (RH)、光照 (Q)及冠层温度 (Tc)等生态因子 ,通过对Tr和Pn的不同影响而同WUE显著相关 ,40 %RH是WUE变化的一个重要阈值 .     

田间不同条件下玉米叶片的气孔阻力及与光合,蒸腾作用的关系

以玉米 1 7个自交系和 1 0个杂交种为试材 ,在田间条件下研究了不同光强、不同叶位、不同生育期、不同源库比例和株间差异状态下的气孔阻力及其与光合 (PH)、蒸腾(TR)和叶片水分利用效率 (WUE)的关系 ,结果表明 ,不同自交系之间RS具有显著的差异 ,相差最大可达 2 .3倍以上 ;光照条件变弱、穗叶位差增加、生育期推延和源 /库比例改变等均可引起RS值的增加 ;在各种情况下导致RS变化的同时也引起TR和PH产生相应的变化 ,RS与TR、PH表现出显著或极显著的负相关 ,且相关系数rRS TR>rRS PH;RS与WUE的相关关系在不同的条件下表现出不稳定性     

Spatio-temporal characteristics of vegetation water use efficiency and their relationships with climatic factors in alpine and subalpine area of southwestern China

水分利用效率(WUE)是深入理解生态系统水碳循环及其耦合关系的重要指标。为了揭示气候变化背景下区域尺度不同植被类型的响应和适应特征, 对中国西南高山亚高山地区2000-2014年的9种植被类型的WUE时空特征及其影响因素进行探究。该研究基于MODIS总初级生产力(GPP)、蒸散发(ET)数据和气象数据, 估算西南高山亚高山区植被WUE, 采用趋势分析及相关分析等方法, 分析了研究区植被WUE与气温、降水及海拔的关系。主要结果: (1)西南高山亚高山区2000-2014年植被WUE多年均值为0.95 g·m^-2·mm^-1, 整体呈显著增加趋势, 增速为0.011 g·m^-2·mm^-1·a^-1; 空间上WUE呈东南高西北低的分布, 85.84%区域的WUE呈增加趋势。(2)西南高山亚高山区各植被类型WUE多年均值表现为常绿针叶林>稀树草原>常绿阔叶林>有林草原>农田>落叶阔叶林>混交林>郁闭灌丛>草地; 时间上, 各植被类型WUE均呈上升趋势。(3)西南高山亚高山区89.56%区域的WUE与气温正相关, 92.54%区域的WUE与降水量负相关; 各植被类型中, 草地WUE与气温的相关性最高, 有林草原WUE与降水量的相关性最高。(4)西南高山亚高山区典型的地带性顶极植被常绿针叶林的WUE具有较强的海拔适应性及应对气候变化的能力。     

半干旱区膜上覆土穴播对春小麦旗叶光合作用和水分利用的影响

在甘肃定西大田定位试验的基础上,2012—2013年连续2年比较了全膜覆土穴播(PMS)、覆膜穴播(PM)和露地穴播(CK)春小麦旗叶的SPAD值、叶绿素荧光参数、光合气体交换参数以及叶面积指数(LAI)、产量、耗水量和水分利用效率.结果表明: PMS提高了小麦旗叶SPAD值,扬花后显著高于PM,增加了10.0%～21.5%,较CK增加了3.2%～21.6%.PMS的旗叶最大光化学效率(F_v/F_m)、PSⅡ实际光化学效率(Φ_PSⅡ)和光化学猝灭系数高于PM和CK,较PM最高分别提高了6.1%、9.6%和30.9%,并在灌浆期达到显著差异;而PMS的非光化学猝灭系数(q_N)值最低,并在抽穗期与PM达显著差异水平,2012和2013年分别降低了23.8%和15.4%.PMS的气孔导度(g_s)较PM和CK高,在灌浆期与PM达到显著差异,2012和2013年分别提高了17.1%和21.1%;PMS的蒸腾速率(T_r)较PM提高了5.4%～16.7%,光合速率(P_n)增加了11.2%～23.7%,旗叶瞬时水分利用效率(WUE_i)提高了5.6%～7.2%(除2013年抽穗期外),并在2012年扬花期达到显著差异.PMS的LAI高于PM和CK,尤其在季节性干旱的2013年达到显著差异.因此,PMS提高了叶片SPAD值,增强了旗叶对光合能量的同化能力和气体交换强度,使更多的光合能量进入光化学同化方向,降低了热耗散,使P_n增加,提高了旗叶WUE_i,基于较高的光合速率和群体LAI,最终提高小麦产量和水分利用效率.     

氮添加对沙质草地微生物呼吸与根系呼吸的影响

土壤呼吸可以细化为根系呼吸和微生物呼吸,二者对氮添加的响应有所不同.本文以科尔沁沙质草地为研究对象,探讨氮添加对土壤CO₂排放的影响,并细化为微生物呼吸和根系呼吸的响应特征.结果表明: 在观测期(5—10月),土壤呼吸、微生物呼吸月动态均呈先升高后降低的趋势;微生物呼吸是土壤呼吸的主要贡献者,占82.6%;观测期内根系呼吸贡献率随月份而变化,根系呼吸贡献率两个峰值分别出现在5月(占49.4%)和8月(占41.9%),6个月的平均贡献率为17.4%;在10 ℃条件下,根系呼吸较微生物呼吸对氮添加的响应更为敏感,微生物呼吸速率在氮添加后降低了3.9%,而根系呼吸降低了17.7%;氮添加提高了土壤呼吸、微生物呼吸温度敏感性Q₁₀值,也提高了二者对土壤水分变化的敏感程度.     

不同小麦品种吸收利用氮素效率的差异及有关机理研究：I.吸收？…

用盆栽试验研究了１２个冬小麦品种在低、高氮条件下的籽粒产量差异,及吸收和利用氮素的效率对其影响。结果证明在低氮处理中吸收效率和利用效率（ＵｔＥＧ）的共同影响导致了产量差异,但利用效率的影响更大;高氮处理则主要是吸收效率的影响,利用效率的影响较小。研究还发现能高效吸收或利用氮素的品种多为矮秆品种,因此高产品种多为矮秆。在低氮处理中的高产品种具有高效吸收或高效利用的特点;高氮处理中的高产品种主要具有高     

不同小麦品种（系）吸收利用氮素效率的差异及有关机理研究：Ⅲ. …

用盆载试验研究了１２个冬小麦品种（系）在成熟期以生物学产量为基础的利用效率（ＵＥＢ＝生物产量／吸氮量）、收获系数、氮素收获系数和籽粒氮浓度对以籽粒产量为基础的利用效率（ＵｔＥＧ＝籽粒产量／吸氮量）箱关分析证明,这４个因子对４ｔＥＧ的影响各不相同。无论是低氮还是高氮处理,ＵｔＥＧ与ＵｔＥＢ和收获指数呈正相关,而与籽粒氮浓度呈负相关,与氮素收获指数的相关性较差。从相关系数的高低判断,在这４个因籽粒氮浓     

谷子叶片光合速率日变化及水分利用效率

通过降低空气湿度（ 从约３０ ％ 减少到５ ％ ） 、增加ＣＯ２ 浓度（ 从４００ μｌ ＣＯ２／Ｌ增加到７３０ μｌ ＣＯ２／Ｌ） 、烫叶鞘破坏韧皮部等处理对谷子叶片光合速率日变化和水分利用效率（ＷＵＥ） 进行了研究, 发现中午光合速率降低与光合产物积累有关; 虽然低大气相对湿度（５ ％ ） 使光合速率有所降低,但提高了ＷＵＥ。而烫叶鞘使光合物质积累既抑制了光合速率,又降低了ＷＵＥ。     

我国主要类型生态系统结构功能与提高生产力途径研究──KJ85－06项目1991～1995研究进展简介

KJ 85-06项目是“八五”期间由中国科学院资助的最大的生态学研究计划.19个研究所、20个试验站、530余名科技人员参加了该项计划,5年总经费1000万元.研究工作取得了重大进展,迄今已发表论文450余篇、专着3部,尚有大量论文与多部专着将陆续出版.本文简要介绍了有关主要研究进展,并就生态系统优化管理研究和生态过程、人类活动影响联网研究提出了两点主张.