高CO_(2)浓度对草地贪夜蛾和斜纹夜蛾幼虫在小麦和人工饲料上种间竞争的影响

大气中CO_(2)浓度增加直接或间接影响昆虫的发生和为害,可能会影响入侵害虫的危害性及其与本地近缘种的互作关系。然而,CO_(2)浓度升高对入侵害虫草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda及其本地近缘种斜纹夜蛾Spodopteralitura种间竞争的影响尚不清楚。本研究模拟环境条件,设置了CO_(2)正常浓度(400μL/L)和倍增浓度(800μL/L),将草地贪夜蛾幼虫与斜纹夜蛾幼虫以25/5、20/10、15/15、10/20和5/25的比例混合,分别在寄主植物小麦和人工饲料上饲养,比较研究了CO_(2)浓度升高对其种间竞争关系的影响。结果表明:(1)在所有试验处理中,斜纹夜蛾幼虫的死亡率均会达100%,而且在高CO_(2)浓度环境下斜纹夜蛾幼虫全部死亡所需时间更短。而高CO_(2)浓度下,又以小麦为食的25/5和20/10混合比例中用时最短,仅需4.00 d;(2)各混合比例中,草地贪夜蛾幼虫的平均存活天数均显著高于斜纹夜蛾幼虫,其中在高CO_(2)浓度下以小麦为食时,各混合比例中草地贪夜蛾幼虫较斜纹夜蛾幼虫平均存活天数的差距最大,分别为5.99 d、6.96 d、6.22 d、6.15 d和5.21 d。而且高CO_(2)浓度下草地贪夜蛾幼虫与斜纹夜蛾幼虫的平均存活天数相对值均高于正常CO_(2)浓度对照组,其中在以小麦为食时,高CO_(2)浓度组的平均存活天数相对值分别达到正常CO_(2)浓度的1.08倍、1.22倍、1.26倍、1.31倍和1.13倍;(3)两种CO_(2)浓度下草地贪夜蛾幼虫的平均相对生长率均高于斜纹夜蛾幼虫,而且高CO_(2)浓度下草地贪夜蛾幼虫与斜纹夜蛾幼虫的平均相对生长率相对值高于对照,其中在以饲料为食时,在比例25/5、20/10、15/15中,分别达到正常CO_(2)浓度的168.03倍、3.38倍和2.91倍。由此说明,在两种CO_(2)浓度下,草地贪夜蛾幼虫与斜纹夜蛾幼虫在小麦和人工饲料上的种间竞争中,草地贪夜蛾幼虫均具有较强的竞争优势,尤其在高CO_(2)浓度下,更有利于其竞争力的发挥。研究结果为揭示未来CO_(2)浓度升高对入侵害虫草地贪夜蛾种群适应性的影响及其科学防控提供了基础数据。

植物-土壤-微生物间碳流对大气CO_2浓度升高的响应

大气二氧化碳(CO_2)浓度升高促进很多植物的光合同化能力,同时增加光合同化碳向土壤中的释放,即增加根系脱落物。在根际范围内,根系脱落物为土壤微生物提供养分和能量来源,根沉积物量和质的改变必然影响到土壤微生物的活性以及群落结构和功能。由于土壤微生物在影响土壤碳循环方面的关键作用,大气CO_2浓度升高条件下根际微生物如何参与植物光合碳转化将很大程度上决定未来气候变化条件下土壤碳库的稳定性。本文综述了植物光合碳同化、土壤碳循环以及土壤微生物活性与群落结构对大气CO_2浓度升高的响应,从植物-土壤-微生物系统中碳流角度分析高CO_2浓度对土壤碳转化的影响机制,并对未来的研究方向进行了展望,提出高CO_2浓度条件下同位素标记结合宏基因组技术解析根际碳转化机制将成为农田生态系统领域的研究热点。

高CO_(2)浓度对稻田CO_(2)排放影响的初步分析

大气CO2浓度升高显著增加作物生物量,从而使进入土壤的有机碳增加,这势必会影响土壤碳的稳定和积累。此项研究主要通过高CO2浓度对作物生物量的直接影响,利用δ13C技术间接地初步分析土壤呼吸CO2排放不同来源贡献的差异。研究表明,在水稻生长季,高CO2浓度降低田间CO2的排放,但不显著;种有水稻,根系对土壤总的呼吸影响主要体现在成熟期之前,且有相互消长的现象。在种有水稻的情况下抽穗期之前分解新有机质为主;高CO2浓度促进土壤原有有机质的分解,在水稻生长的中后期分解更为明显,且高N水平对老有机质的分解有促进作用。鉴于此项研究中的不足之处,将会不断得到完善。

高CO_(2)浓度对不同氮素供给形态下水稻叶片光合作用的影响

为探究水稻叶片光合作用对高CO_(2)浓度([CO_(2)])的响应是否与氮素供给形态有关,利用人工气候生长箱,以粳稻(武运粳23号和淮稻5号)、籼稻(扬稻6号)和杂交稻(Y-两优6号)为试验材料,设置主处理:大气[CO_(2)]和高[CO_(2)]处理(+200μmol/mol),副处理:硝态氮和铵态氮处理,测定水稻新展开完全叶片的光合作用。试验结果表明:高[CO_(2)]会增加硝态氮处理下粳稻和杂交稻叶片的净光合速率(Pn)、铵态氮处理下粳稻武运粳23号叶片Pn以及各氮素供给形态下水稻叶片胞间[CO_(2)](Ci)和水分利用效率(WUE),其中在硝态氮处理下Pn和WUE的响应要高于铵态氮处理;高[CO_(2)]会降低水稻叶片的气孔导度(gs)和蒸腾速率(T_(r)),其中在硝态氮处理下粳稻gs和Tr的响应要高于籼稻,而在铵态氮处理下高[CO_(2)]对杂交稻gs和Tr的影响要高于粳稻和籼稻。可见,不同的氮素供给形态会影响水稻叶片的光合作用对高[CO_(2)]的响应,且这种影响在水稻品种间存在很大差异。

CO_(2)浓度升高对草地贪夜蛾与斜纹夜蛾生长发育及繁殖的影响

为明确大气CO_(2)浓度升高对草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda及其本地近缘种斜纹夜蛾Spodoptera litura生长发育和繁殖的影响。本研究在正常二氧化碳浓度(400μL/L)和倍增二氧化碳浓度(800μL/L)下,用寄主植物小麦饲养草地贪夜蛾和斜纹夜蛾,研究CO_(2)浓度升高对草地贪夜蛾及斜纹夜蛾发育历期和繁殖力的直接影响(高CO_(2)浓度直接影响试虫)、间接影响(高CO_(2)浓度通过影响小麦间接影响试虫)及综合影响(小麦和试虫同时受高CO_(2)浓度影响)。结果表明,CO_(2)浓度升高对草地贪夜蛾各虫态的发育历期均有较显著影响,完成整个世代的时间显著缩短,其中间接影响组幼虫期较对照组显著延长0.7 d,而蛹期和成虫期寿命分别显著缩短1.5 d和4.9 d;综合影响组幼虫期较对照组显著延长0.8 d,而蛹期和成虫期寿命分别显著缩短1.2 d和5.7 d;直接影响组草地贪夜蛾蛹期显著缩短2.7 d;CO_(2)浓度升高对斜纹夜蛾各虫态发育历期影响不显著,仅直接影响组的各虫态发育历期缩短较为明显。在CO_(2)浓度升高条件下,草地贪夜蛾直接影响组单雌产卵量显著增加1 220.48粒,综合影响组略有减少;而斜纹夜蛾单雌产卵量在高CO_(2)浓度下均呈现下降趋势,其中综合影响显著减少818.20粒。说明CO_(2)浓度升高加快了草地贪夜蛾的种群增长速率,使其完成整个世代的时间显著降低;但对本地近缘种斜纹夜蛾的影响不显著。因此,在未来CO_(2)浓度升高的情况下,入侵种草地贪夜蛾的种群增长速率将大于其本地近缘种斜纹夜蛾。

大豆主要株型和产量指标对大气CO2和温度升高的响应

针对当前气候变暖和大气CO_2浓度升高同步发生现实,以高光效大豆品种黑农41(HN41)和3个常规对照品种周豆16号(ZD16)、中豆35号(ZD35)和桂黄豆2号(GHD2)为研究对象,通过开顶式气室模拟高CO_2浓度(650μL/L)和温度升高(±0.5—0.6℃)研究了大气CO_2和温度升高对大豆的生长发育与产量影响。结果表明,CO_2浓度升高对株高、茎粗、单株干重和单株籽粒重影响极显著;温度、CO_2与品种互作极显著地影响单株籽粒重。CO_2浓度升高有增加大豆株高、茎粗、干重和单株籽粒重的趋势,且高温下CO_2浓度升高对株高和茎粗的促进作用更大,而正常温度水平下高CO_2浓度升高更有利于干物质积累。与对照CO_2浓度比,高CO_2浓度显著促进了高温下HN41、ZD16和GHD2的株高,并显著提高了正常温度下HN41、ZD16、ZD35和GHD2的单株干重。与正常温度相比,高温仅显著提高了高CO_2处理下HN41的茎粗,并显著提高了对照CO_2处理下HN41的单株籽粒重。此外,同一CO_2浓度和温度处理下,高光效大豆HN41的茎粗、根冠比和单株籽粒重等都显著高于ZD16、ZD35和GHD2;而仅在正常温度与高CO_2浓度处理下HN41的单株干重显著高于ZD16和GHD2。CO_2浓度和温度升高显著影响了高光效大豆的生长,其中,高温下CO_2浓度升高有利于其生长势,正常温度下CO_2浓度升高有利于其光合产物积累。

不同CO_(2)浓度和氮水平对冬小麦光合和生长特性的影响

为揭示高CO_(2)浓度处理下,不同氮水平对冬小麦光合作用、生物量积累和产量的影响,利用开顶式气室(OTC),以冬小麦品种宁麦13为试验材料,开展不同CO_(2)浓度(C,环境CO_(2)浓度;T,高CO_(2)浓度,比环境CO_(2)浓度高200μmol·mol^(-1))和氮水平(LN,低氮,90 kg·hm^(-2);HN,高氮,240 kg·hm^(-2))的交互试验,测定不同处理下不同生育期冬小麦的光合特性、叶片碳氮含量、地上部生物量和产量。结果表明,CO_(2)浓度升高提高了冬小麦的净光合速率,在低氮水平下增幅为78.4%,在高氮水平下增幅为77.2%。在开花期和灌浆期,高氮水平对冬小麦地上部干物质量积累有明显促进作用。各处理中,C-LN的产量最低,T-HN的产量最高,且二者差异显著(P<0.05)。以上结果说明,在未来CO_(2)浓度升高条件下,可通过增施适量的氮肥提升冬小麦的生物量和产量。

短期CO_2加富对非洲菊光合生理和生长的影响

以大气CO_2浓度（大约380μmol/mol）为对照,研究了T1[（700±50）μmol/mol]和T2[（900±50）μmol/mol]2种CO_2浓度对非洲菊栽培品种水粉光合生理和植株生长的影响。结果表明,处理30 d,T1、T2处理叶片的净光合速率分别比同期对照增加了68%~80%和74%~85%,但蒸腾速率和气孔导度下降;CO_2加富促进了叶片中可溶性糖和淀粉的积累,但降低了可溶性蛋白的含量;总生物量的测定结果表明,处理30 d,T1和T2处理的鲜质量分别比CK增加了18%和20%,干质量增加了18%和21%。以上结果表明,CO_2加富能显著促进非洲菊的生长,2种CO_2浓度之间并没有显著差异,在实际的设施栽培中采用（700±50）μmol/mol的CO_2对非洲菊进行加富处理具有更重要的经济和环保意义。

高CO_(2)浓度下烯啶虫胺亚致死浓度对褐飞虱生活史和种群动态的影响

【目的】通过研究高CO_(2)浓度下烯啶虫胺亚致死浓度对褐飞虱Nilaparvata lugens生活史和种群参数的影响,明确褐飞虱在高CO_(2)浓度下生物学响应特征,为未来全球气候变暖下褐飞虱的防控提供理论参考。【方法】利用两性生命表,研究了当前大气CO_(2)浓度(Ambient CO_(2))和高CO_(2)浓度(Elevated CO_(2))下烯啶虫胺亚致死浓度LC15对褐飞虱生活史参数的影响,并用软件模拟了褐飞虱的种群动态。【结果】烯啶虫胺亚致死浓度LC15处理,两个CO_(2)浓度下均可显著延长褐飞虱的若虫发育历期(P<0.05),进一步延长褐飞虱平均世代周期。两个CO_(2)浓度下对照处理无显著差异(P>0.05)。烯啶虫胺亚致死浓度LC15处理褐飞虱3龄若虫后,当前大气CO_(2)浓度下褐飞虱雌虫产卵量无显著差异(P>0.05),高CO_(2)浓度下雌虫产卵量显著增加(P<0.05),从366.5粒上升到473.4粒;当前大气CO_(2)浓度下褐飞虱种群内禀增长率从0.1950下降到0.1741,净增殖率从181.7下降到129.8;高CO_(2)浓度下褐飞虱种群内禀增长率从0.1870上升到0.1985,净增殖率从137.4上升到236.7。【结论】烯啶虫胺亚致死浓度处理褐飞虱,高CO_(2)浓度下褐飞虱繁殖力增加,有利于种群增长,可能存在再猖獗的风险。