大气中CO2、O3浓度升高对银杏成年叶片气孔数量特征的影响

利用开放式气室(OTC)持续观测了2个生长季(2005—2006年)。在每年9月30日停止供气后,采样1次。观测高浓度CO2和O3处理的银杏(Ginkgo biloba)成年叶片气孔数量的变化规律。结果表明:在700μmol.mol-1CO2处理条件下,叶片气孔的长度、宽度、周长和面积均明显高于对照(P<0.05);在80μmol.mol-1O3处理条件下,气孔的长度、宽度、周长和面积却显著低于对照(P<0.01);成年叶片气孔在高浓度CO2影响下,气孔密度略有升高(P>0.05),而气孔指数显著减少(P<0.05);大气O3浓度升高对气孔密度影响不大(P>0.05),气孔指数显著减少(P<0.05);银杏成年叶片气孔的长度、宽度与气孔比密度存在一定的负相关关系,可用一元二次曲线方程较好地描述。

大气中O_3、CO_2浓度升高对蒙古栎叶片生长的影响

以4年生蒙古栎(Quercus mongolica)幼树为实验材料,分别于2007,2008年6～9月采用开顶箱法,研究了高浓度CO2和O3及复合作用对蒙古栎叶片光合量变化和生长的影响.结果表明,高浓度O3处理下蒙古栎叶片日光合总量降低,单叶鲜重、干重和单叶面积均有所下降,对蒙古栎叶片生长产生抑制.高浓度CO2处理下,蒙古栎叶片干、鲜重和单叶面积均高于对照,其中2007年差异显著,日光合总量总体高于对照.2种气体复合作用处理下,蒙古栎日光合总量、单叶鲜重、单叶干重、单叶面积均低于对照,且高于O3单独处理,说明高浓度CO2可以通过减缓O3对植物光合的抑制,进而减少O3伤害,缓解生长抑制。

CO_2与O_3浓度升高对入侵植物牛膝菊叶片形态特征的影响

利用开顶式气室(OTC)研究了大气CO2与O3浓度升高对入侵植物牛膝菊(Gali-nsona parviflora)叶片形态特征的影响.结果表明,在高浓度CO2(700μmol/mol)和高浓度O3(80 nmol/mol)处理条件下,牛膝菊的比叶面积、叶形指数、平均单叶叶面积、叶片长度、宽度和周长均有减少的趋势,其中比叶面积、平均单叶叶面积、叶片长度、周长减小差异非常显著(P≤0.01);比叶重均增加,差异非常显著(P≤0.01);叶片长与宽的比值在高浓度CO2处理下有增加的趋势,在高浓度O3处理下有减小的趋势,但差异均不显著;叶片长度与叶片宽度、周长、面积之间的异速生长类型符合Y=aXK模型.牛膝菊叶片的气孔面积、周长、宽度和长度与对照相比,在高浓度CO2处理下,均有增加的趋势且差异显著(0.01<P≤0.05);在高浓度O3处理下,均有减小的趋势,除宽度差异不显著(P>0.05)外,其余差异均非常显著(P≤0.01).CO2与O3浓度增加对牛膝菊气孔参数影响不大.在高浓度CO2,O3及对照处理条件下,气孔密度的变异系数比气孔指数的变异系数大.

CO_2和O_3浓度升高对土壤碳水化合物累积分布特征的影响

碳水化合物作为土壤有机质重要成分之一,一直被认为是较为灵敏的有机质示踪成分。在全球气候变化趋势下,CO2和O3浓度升高可改变植物群体组成,碳在地下生态系统的分配等最终间接地改变土壤化学特性。在未来大气环境变化趋势下,CO2和O3浓度升高对植物-土壤生态系统的影响已成为众多学者研究的热点问题,并取得了一定的成果,而对土壤有机质研究中作为重要指标和主要对象——碳水化合物的影响研究相对较少,为此综述了CO2和O3浓度升高对碳水化合物累积分布特征影响方面的最新进展,并提出今后开展研究的建议。

大气中CO_2与O_3浓度升高对植物光合作用影响研究

随着工业化进程的加快,两种温室气体CO_2和O_3在大气中浓度不断升高,对植物光合作用产生重要影响。通过从气体交换参数、光合色素含量、叶绿素荧光特性、光合酶、生物量及产量等多方面分析国内外CO_2、O_3单独作用及复合作用对植物光合过程和机理、光合作用物质基础及光合产物的影响,深入了解两种污染气体作用下植物光合响应机制,以期为植物光合作用分子水平的研究以及有效应对未来全球大气变化提供理论依据。

CO2和O3浓度升高及其复合作用对玉米(Zea mays L．)活性氧代谢及抗氧化酶活性的影响

为了揭示CO2和O3浓度升高及其复合作用对植物活性氧(ROS)代谢及抗氧化酶活性的影响机理,以玉米(Zea maysL.)为研究材料,利用开顶式气室(OTCs)研究了CO2和O3浓度升高及其复合作用下,玉米叶片活性氧产生速率、含量,膜脂过氧化程度,抗氧化酶活性,净光合速率及玉米籽粒产量的变化。结果表明,在整个生育期内,与对照相比,高浓度CO2((550±20)μmo.lmol-1)处理下,玉米叶片净光合速率升高,O2-.产生速率、H2O2含量下降,MDA含量、相对电导率减小,SOD、CAT、POD活性增强,玉米百粒重和穗粒数增加;而在O3浓度为(80±10)nmo.lmol-1的条件下,玉米叶片净光合速率下降,O-2.产生速率、H2O2含量升高,MDA含量、相对电导率增大,SOD、CAT、POD活性减弱,玉米百粒重和穗粒数降低;CO2和O3浓度升高复合((550±20)μmo.lmol-1+(80±10)nmo.lmol-1)处理下,玉米叶片的净光合速率、H2O2含量、SOD活性先升高后降低,MDA含量、相对电导率、CAT活性增加,POD活性减弱,而O-2.产生速率几乎不变化,且玉米的百粒重和穗粒数略低于对照。以上结果说明,CO2浓度升高抑制了玉米叶片活性氧的代谢速率,提高了抗氧化酶的活性,从而增强了光合作用,使玉米籽粒产量增加,对玉米表现为保护效应,而O3浓度升高促进了玉米叶片活性氧的代谢速率,降低了抗氧化酶的活性,抑制了光合作用,使玉米籽粒产量下降,对玉米表现为伤害效应。在CO2和O3浓度升高复合处理下,CO2浓度升高在一定程度上缓解了O3浓度升高对玉米的伤害效应,而O3浓度升高亦在一定程度上削弱了CO2浓度升高对玉米的保护效应。

CO2和O3浓度升高对春小麦活性氧代谢及抗氧化酶活性的影响

【目的】揭示CO2和O3浓度升高及其复合作用对植物活性氧(ROS)代谢及抗氧化酶活性的影响机理。【方法】以春小麦(Triticum aestivum L.)为试材,利用开顶式气室(OTCs)研究CO2和O3浓度升高及其复合作用下,春小麦叶片膜脂过氧化程度,活性氧产生速率、含量及抗氧化酶活性的变化。【结果】在整个生育期内,与对照相比,高浓度CO2[(550±20)μmol·mol-1]处理下,春小麦叶片相对电导率、MDA含量减小,产生速率、H2O2含量下降,SOD、CAT、POD和APX活性增强;而在O3浓度为(80±10)nmol·mol-1的条件下,春小麦叶片相对电导率、MDA含量增大,产生速率、H2O2含量升高,SOD、CAT、POD和APX活性总体上有所减弱;CO2和O3浓度升高复合[(550±20)μmol·mol-1+(80±10)nmol·mol-1]处理下,春小麦叶片MDA含量、产生速率和SOD活性总体上低于对照,而相对电导率、H2O2含量以及CAT、POD和APX活性总体上增加。【结论】CO2浓度升高抑制了春小麦叶片活性氧的代谢速率,提高了抗氧化酶的活性,对春小麦表现为保护效应,而O3浓度升高促进了春小麦叶片活性氧的代谢速率,降低了抗氧化酶的活性,对春小麦表现为伤害效应。在CO2和O3浓度升高复合处理下,CO2浓度升高在一定程度上缓解了O3浓度升高对春小麦的伤害效应,而O3浓度升高亦在一定程度上削弱了CO2浓度升高对春小麦的保护效应。

大气CO2和O3浓度升高对水稻‘汕优63’叶片光合作用的影响

大气CO2浓度升高使水稻光合作用增强,而地表O3浓度增加则相反,但人们对大气CO2和O3浓度同时升高情景下水稻光合作用的响应和适应知之甚少。本文利用新型的自然光气体熏蒸平台,以杂交籼稻‘汕优63’为供试材料,设置室内对照(CK,大气本底浓度,实时模拟室外环境)、高浓度CO2(CO2本底浓度+200μmol·mol-1)、高浓度O3(O3本底浓度的1.6倍)、高浓度CO2+O3 4个处理,于拔节期、抽穗期和灌浆期测定稻叶的主要光合参数。整个布气期间,CO2和O3浓度平均的控制目标完成比(TAR)分别为1.04和1.00。与CK相比,CO2处理使拔节、抽穗和灌浆期净光合速率(Pn)分别增加15%、11%和28%,O3处理使对应生育期Pn分别降低32%、32%和88%,CO2+O3处理对拔节期和抽穗期Pn无显著影响,但成熟期Pn平均下降48%。CO2处理使拔节和抽穗期叶片气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)显著下降,但灌浆期无显著变化;O3处理对各期Gs和Tr的影响明显大于CO2处理,且以灌浆期的降幅最大;CO2+O3处理叶片Gs和Tr的降幅总体上明显低于单独的O3处理。CO2处理或CO2+O3处理叶片胞间CO2浓度(Ci)明显增加,而O3处理叶片Ci的变化相对较小。CO2处理使各期水分利用效率(WUE)增加,而O3处理则呈相反趋势,特别是生长后期。CO2+O3处理叶片拔节期和抽穗期WUE平均增加约15%,但灌浆期因O3的累积伤害,WUE不升反降。以上结果表明,大气CO2浓度升高将使杂交稻‘汕优63’叶片光合能力增强,但地表同步升高的O3浓度则使光合能力削弱并表现出明显的累积伤害,大气CO2和O3浓度同时升高可缓解O3胁迫对‘汕优63’光合作用的负效应。

O_3与CO_2浓度倍增对大豆叶片及其总生物量的影响研究

利用OTC-1型开顶式气室研究CO2和O3浓度倍增对大豆叶片及其总生物量的影响结果表明,CO2和O3浓度倍增均可致使大豆黄叶率增加,绿叶率下降;CO2浓度倍增使大豆总叶片干物质量和总叶面积、绿叶和黄叶干物质量及总生物量均明显增加;O3浓度倍增使大豆总叶干物质量和总叶面积、绿叶和黄叶干物质量及总生物量均下降;CO2与O3交互作用处理对大豆生物量的影响均表现为CO2>O3;CO2与O3持续倍增处理对大豆叶片老化的影响为O3>CO2,CO2与O3逐渐达倍增的处理在大豆鼓粒前CO2的缓解作用明显,鼓粒后CO2与O3的影响逐渐接近;大豆总生物量增长遵循自然增长曲线。

大气CO2和O3浓度升高对银杏构件生长的影响

采用开顶箱模拟试验,探讨了大气CO2和O3浓度升高对银杏构件生长的影响。结果表明:高浓度O3抑制银杏主枝和侧枝生长(P<0.01);高浓度CO2对银杏粗生长影响不显著(P>0.05),但在高浓度O3和CO2、O3复合气体条件,银杏粗生长受到严重抑制(P<0.01);高浓度CO2可促进银杏叶片面积和干物质的增加,并能提高叶片含水量和抗干旱能力,但在高浓度CO2、O3复合气体条件下,叶片面积增加不显著(P>0.05),而干物质增加极显著(P<0.01);O3对银杏叶片构件生长有明显抑制作用,叶面积大小和干物质量明显低于对照株(P<0.05)。

CO_2和O_3体积分数升高对银杏希尔反应活力和叶绿体ATP酶活性的影响

近年来,随着温室气体体积分数不断上升,研究CO2和O3体积分数升高对植物的影响已取得一定进展,但二者对植物的复合作用及生理研究不够深入。文章利用开顶式气室研究了大气CO2和O3体积分数升高对银杏(Ginkgo biloba L.)光合特性的影响。结果表明,在整个生长季内,与对照相比,在大气CO2体积分数为700×10-6条件下,银杏叶片净光合速率显著增加(P<0.05),希尔反应活力增大,Ca2+/Mg2+-ATPase活性增强,光合产物可溶性糖和淀粉含量增多;而在O3体积分数为80×10-9的情况下,银杏叶片净光合速率下降,希尔反应活力减小,Ca2+/Mg2+-ATPase活性减弱,光合产物可溶性糖和淀粉含量减少;在CO2和O3复合作用(700×10-6+80×10-9)条件下,银杏叶片净光合速率、希尔反应活力、可溶性糖和淀粉均有所增加,且淀粉含量增加极显著(P<0.01),而Ca2+-ATPase活性先增强后减弱,Mg2+-ATPase活性先减弱后增强。说明CO2可缓解O3对银杏的负效应,而O3亦对CO2的正效应有削弱作用。

黄条金刚竹对高浓度CO_2和O_3及其复合作用的生理响应

以黄条金刚竹为试材,环境背景大气为对照,应用开顶式气室(OTCs)熏蒸法模拟大气高浓度CO2(700μmol.mol-1)、O3(100nmol.mol-1)及其复合作用情景,分析叶片光合色素、膜脂过氧化及抗氧化酶等的变化规律。结果显示:(1)与对照相比,高浓度O3处理103d的黄条金刚竹叶片叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量和叶绿素a/b、叶绿素/类胡萝卜素及SOD、POD、CAT活性均显著下降,而超氧阴离子和丙二醛含量、相对电导率、APX活性均显著升高,类胡萝卜素含量变化不明显。(2)与对照相比,同期高浓度CO2处理的叶片叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量和叶绿素/类胡萝卜素均显著升高,而叶绿素a/b和超氧阴离子、丙二醛含量及SOD、POD、CAT、APX活性显著降低,相对电导率和类胡萝卜素含量变化不明显。(3)高浓度O3和CO2复合作用下,除叶绿素a/b和CAT活性显著下降外,其余测定指标均与对照无明显变化。研究表明:高浓度O3使黄条金刚竹叶片活性氧产生速率提高,抗氧化酶活性和光合色素含量降低,膜脂过氧化程度加剧,膜结构破坏,表现出严重的伤害效应;而高浓度CO2能降低叶片活性氧产生速率,减轻膜脂过氧化程度,提高光合色素含量,表现出保护效应;高浓度O3和CO2复合处理能使叶片维持比高浓度O3处理更高的光合色素含量和抗氧化酶活性,即高浓度CO2能在一定程度上有效地缓解高浓度O3对黄条金刚竹所造成的生理伤害。

近地层O_3和CO_2浓度变化对冬小麦影响的数值模拟:Ⅱ模拟结果和分析

针对CO2和O3浓度变化对冬小麦影响,改进了农田生态系统碳氮生物化学模型(DNDC),并利用模型模拟了O3和CO2浓度变化对冬小麦生长发育和产量的影响,检验了模型的模拟效果。通过对原DNDC模型适用性的调整,使之适用于固城站,为进一步改进作物模型打下了可靠的基础。通过试验资料验证表明,模型较好地反映了O3和CO2浓度变化对冬小麦生长发育和产量形成的影响。通过敏感性分析得出,模型对温度变化反映灵敏;在CO2浓度倍增情况下,O3浓度变化对冬小麦的复合影响分析看出,一定浓度范围内,CO2可缓解O3对作物影响的负效应,O3对CO2带来的正效应有削弱作用。

近地层O_3和CO_2浓度变化对冬小麦影响的数值模拟:Ⅰ模型结构

在试验研究的基础上,文中尝试利用数值模拟方法评估O3和CO2浓度变化对作物的影响。以农田生态系统碳氮生物化学模型(DNDC)为基础,对其中的作物子模型进行改进,加入O3对冬小麦光合作用和叶片生长影响的模拟,结合原模型中有关CO2对冬小麦光合作用影响的模拟,建立反映O3和CO2浓度变化对冬小麦生长发育和产量形成影响的作物模型。文章对DNDC模型进行了参数修正以适用于中国华北地区;文章参考前人的工作,引用了两种O3对作物光合作用影响的模拟方法进行比较,分别是O3对初始光利用率的影响和O3对叶片光合作用的直接影响;在此基础上,进一步考虑O3对冬小麦叶片生长的影响,根据试验资料,建立了O3对叶片生长影响系数。

大气CO2和O3浓度升高对植物光合生理的影响

大气中CO2和O3这两种温室气体浓度的迅速升高已经引起国内外研究者们的高度关注，文章综述了CO2和O3浓度升高以及复合作用对植物光合生理影响的研究结果，并提出目前研究中存在并有待解决的问题。

CO_2和O_3浓度增加对农作物次生代谢和残茬分解的影响

引用国内外大量文献,对CO2和O3浓度升高特别是它们的交互作用对农作物次生代谢及残茬分解的影响等进行综述。重点阐述了农作物生长、次生代谢、残茬分解对大气CO2和O3浓度升高(特别是在升高后的交互作用下)的响应变化,客观地反映其生物学和生态学效应,进一步提出建议,以期引起学术界对该课题的关注。

O_3浓度升高对油松光合作用的影响

采用开顶箱(OTC)设施试验方法,研究分析了O3浓度升高处理对沈阳市主要绿化树种油松光合生理特性的影响。结果表明,与对照相比,高浓度O3处理下油松叶片净光合速率随着处理时间的延长显著降低(P<0.01);类胡萝卜素含量变化复杂,处理初期显著降低(P<0.05),随后迅速升高,随着处理时间延长与对照无显著差异。chla与chl(a+b)含量变化相似,表现为先升高后降低的趋势,而chlb含量则显著低于对照(P<0.05);可溶性糖含量无显著变化,淀粉积累在处理初期受到明显的抑制作用,随着处理时间的延长无显著变化;可溶性蛋白含量均低于对照,并随着处理时间的延长下降幅度增大。叶片中MDA含量显著增加,并且随着处理时间的延长差异变大;类胡萝卜素含量的变化与MDA含量的显著增加引起了光合作用的下降,导致了可溶性蛋白和淀粉含量的下降。

UV-B辐射增强和O_3浓度升高对大豆叶片内源激素和抗氧化能力的影响

揭示大豆叶片内源激素对UV-B和臭氧胁迫的代谢机制和响应方式,为从分子水平研究植物内源激素对UV-B(Ultraviolet-B)和O3(Ozone)胁迫的适应机制奠定基础。以大豆(Glycine max.)为试验材料,利用开顶式气室研究UV-B(0.32W/m2)和O3((110±10)nmol/mol)复合胁迫对大豆叶片内源激素含量及活性氧代谢系统的影响。结果表明:在大豆整个生育期内,与对照相比,UV-B胁迫使大豆叶片ABA(Abscisic acid)含量、ZR(Zeatin riboside)含量和IAA(Indoleacetic acid)含量显著降低,IAA/ABA、ZR/ABA、(IAA+ZR)/ABA比值升高,O·-2(Superoxide anion free radical,O·-2)产生速率和MDA(Malonaldehyde)含量升高,SOD(Superoxide dismutase)、CAT(Catalase)和POD(Peroxidase)活性显著降低;高浓度O3胁迫下,大豆叶片ABA和IAA含量显著下降、ZR含量显著增加,IAA/ABA、ZR/ABA、(IAA+ZR)/ABA值显著升高,O·-2产生速率和MDA含量增加,SOD、CAT和POD活性显著降低;UV-B和O3复合胁迫下,大豆叶片ABA含量、ZR含量和IAA含量降低,ZR/ABA、(IAA+ZR)/ABA值下降,而IAA/ABA值升高,O·-2产生速率和MDA含量显著增加,SOD、CAT和POD活性显著降低。UV-B辐射增强和O3浓度升高单一及复合作用使大豆叶片内源激素间平衡改变,进而影响大豆叶片的代谢水平。持续胁迫下,植株抗氧化能力下降,对大豆表现为伤害效应。UV-B和O3复合胁迫比单独胁迫时的影响有所加深,但是小于两者单独作用时影响的简单累加。

O_3浓度升高对麦季土壤-植株系统中微量元素的影响

利用O3-FACE平台研究近地面臭氧浓度升高(目标值比周围大气高50%)对2009—2010年间麦季各生育期不同深度(0～5cm,5～10cm和10～15cm)耕层土壤微量元素有效性和成熟期地上部分微量元素累积量的影响。结果表明,近地层大气O3浓度增加提高了麦季耕层(0～15cm)土壤中有效性Fe、Mn含量,降低了有效性Cu、Zn含量,对Zn的减幅达27.3%(P<0.05);大气O3浓度升高对土壤5～10cm土层DTPA提取态Fe、Mn、Cu、Zn的影响最大;高O3浓度显著降低了5～10cm和10～15cm土壤DTPA-Zn含量(P<0.05)。O3浓度升高降低了小麦成熟期生物量和微量元素累积量。对不同层次土壤有效态微量元素和成熟期微量元素累积量对O3浓度升高响应进行了分析,同时指出应从土壤性质和作物生长两个方面进一步研究全球大气环境变化对土壤有效态微量元素的影响机制。

夏季渤海NO_x、O_3、SO_2和CO浓度观测特征

利用 2 0 0 0 0 8～ 2 0 0 0 0 9渤海海上观测资料 ,初次揭示了渤海污染物浓度的时间变化特点 ,分析了光照、天气等因素对NOx、O3、SO2 和CO气体浓度的影响 .SO2 浓度比较稳定 ,浓度平均值在 0 0 0 6mg·m- 3左右 .O3浓度变化主要受辐射影响 .在弱天气形势下 ,CO和NOx 浓度分别在 2 5～ 3 5mg·m- 3和 0 1mg·m- 3左右 ,台风天气会造成浓度在短时间内的剧烈增长 .文中还简要说明了渤海大气污染与陆地污染的差异 ,评价了渤海夏季的空气质量 .