大气CO_2浓度富集对华北平原农田土壤可溶性碳含量的影响

由温室气体排放导致的气候变化是当前全球关注的热点问题之一。化石燃料燃烧、水泥生产、土地利用变化等人类活动向大气中排放大量CO2，进而引起全球变暖和地球系统碳循环过程的显著变化。研究表明，

CO_2浓度增高对北方水稻籽粒灌浆特性的影响

利用FACE(Free air CO2enrichment)试验平台,选取北方主栽品种松粳9号和稻花香2号为试材,研究CO2浓度增高(600μmol/mol)对不同水稻品种籽粒灌浆特性的影响。在FACE条件下,松粳9号的籽粒最大灌浆速率增幅为18.0%,平均灌浆速率增幅为17.6%,灌浆前期延长0.88 d,灌浆中期和后期缩短了2.04,1.44 d,总灌浆时间缩短2.60 d。稻花香2号经过FACE处理后到达最大灌浆速率的时间比对照晚4.27 d,并且最大灌浆速率低于对照6.8%,平均灌浆速率低于对照7.7%,灌浆前期比对照延长2.45 d,中期延长3.63 d,后期延长2.56 d。千粒质量和籽粒灌浆参数的相关性分析表明,粒重和灌浆速率的关系更为密切。说明不同水稻品种的灌浆特性对CO2浓度升高的响应存在差异,松粳9号的主要响应方式是灌浆速率的提高,而稻花香2号则是灌浆持续时间的延长。

二氧化碳浓度增高对作物影响研究方法(FACE)的问题与讨论

综述了全球范围内CO2浓度增高对作物影响的主要研究方法,讨论了开放式CO2富集系统(Free-airCO2Enrichment,FACE)的原理结构特点、先进性和不足。文章认为,FACE系统是当前研究CO2肥效作用最接近自然状况的模拟系统,对研究作物生理生态、品质与环境关系等问题具有重要的适用性和先进性。但该系统也存在着CO2浓度与自然变幅不吻合、与温度等环境因子不匹配等人为调控的局限性。作者结合近年来对FACE系统和半开放式梯度实验系统(CO2-Temperature Gradient Chambers,CTGC)的使用和调试,对2个系统做了比较。建议FACE系统与CTGC系统配合使用,更利于解决模拟环境真实性,提高实验精度;在FACE系统中,建议把CO2的目标浓度改为幅度值以解决与自然变幅相符合的问题。在研究对象方面,建议开展作物世代研究和环境综合研究,以求精确阐明CO2浓度增高对作物影响机理与影响程度,为准确判断气候变化背景下粮食生产和粮食安全提供科学依据。

大气二氧化碳体积分数、氮肥、移栽密度对汕优63稻米矿质元素的影响——FACE研究

作为光合作用的底物,大气二氧化碳(CO2)体积分数升高可促进水稻生长发育,但对稻米矿质元素体积分数的影响及其与栽培条件的关系尚不明确。2011年,利用中国稻田开放式空气CO2浓度增高(free air CO2enrichment,FACE)系统平台,以敏感水稻品种汕优63为供试材料,二氧化碳设置环境CO2浓度、高CO2浓度(增加200μmol/mol),施氮量设置低氮(15 g/m2)、高氮(25 g/m2),移栽密度设置低密度(16穴/m2)、中密度(24穴/m2)、高密度(36穴/m2),研究不同栽培条件下大气CO2浓度升高对杂交稻成熟稻米矿质元素浓度的影响。结果表明,大气CO2浓度增高200μmol/mol使成熟稻米的钾、镁浓度平均值分别下降9.4%、7.0%,均达显著或极显著水平;对稻米中钙、钠、铜、铁、锰、锌浓度的影响均未达显著水平。稻米元素浓度对大气CO2浓度升高的响应,在不同施氮水平和移栽密度条件下的趋势基本一致,表现在二氧化碳处理、施氮量、移栽密度对稻米大量元素、微量元素浓度多不存在互作效应。

水稻不同生育期磷素营养对开放式空气二氧化碳浓度增高的响应

2001年和2002年利用农田开放式空气CO2浓度增高(FACE)系统平台,研究不同施N量条件下FACE对武香粳14号不同生育时期磷含量、磷积累、磷分配和磷效率的影响.结果表明,FACE使水稻不同生育时期植株含磷率和吸磷量显著或极显著增加,增幅分别为3.9%～20.6%和28.9%～71.4%;FACE使水稻抽穗后磷在生殖器官中的比例下降9.8%～26.3%,在营养器官中的比例增加2.2%～23.9%,均达显著或极显著水平,而FACE对抽穗前磷在叶片、茎鞘中的比例无显著影响;FACE使水稻不同生育时期单位磷的干物质生产效率、籽粒生产效率和收获指数均明显下降,降幅分别为3.7%～16.6%、6.5%～15.5%和5.4%～9.0%;氮处理以及氮与FACE处理的互作对水稻不同生育时期的磷素营养影响较小.

西北半干旱雨养农业区薯麦轮作FACE平台简介

在黄土高原半干旱雨养农业区薯麦轮作田地建立气象部门首家FACE系统(Free Air CO2 En-richment),即CO2浓度的控制和监测系统平台,由中国气象局兰州干旱气象研究所建在定西半干旱生态环境与试验基地。该平台由CO2气体供应装置、控制系统、释放系统3大部分组成,它是利用计算机网络系统对平台的CO2浓度进行监测控制,根据作物冠层高度的CO2浓度、风向、风速、昼夜的变化调节CO2气体的释放速度及方向,实现FACE圈的CO2浓度高于周围大气CO2浓度某一数值。该平台旨在研究雨养农业区CO2浓度升高及其与温度、水分、养分等偶合对农作物生长过程、生理生态特征、生物量、产量等的影响,为该地区适应未来不同气候变化情景提供科学依据。

FACE条件下休闲和秸秆还田对稻麦轮作农田麦季土壤酶活性的影响

利用中国唯一的江都FACE(Free-airCO2 enrichment,开放式空气CO2浓度升高)平台,研究了大气CO2浓度升高下休闲(fallow,不种作物,但翻耕和施肥与其他处理相同)和秸秆还田对土壤脱氢酶、β-葡萄糖苷酶、转化酶、芳基硫酸酯酶和荧光素二乙酸酯水解(FDA)的影响。研究结果表明:大气CO2浓度升高对于休闲土壤酶活性没有影响。在没有秸秆还田的情况下,大气CO2浓度升高刺激了土壤中脱氢酶、β-葡萄糖苷酶、转化酶、芳基硫酸酯酶的活性和FDA水解,增加幅度分别达到了14.88%、19.41%、11.69%、17.12%和4.47%。除转化酶外,秸秆还田使土壤酶活性增加。随着秸秆还田量的增加,FACE效应先增加后消失。