大气CO_2增加对土壤脲酶、磷酸酶活性的影响

1 引言自19世纪70年代工业化革命以来,由于化石燃料燃烧、林草地开垦农用等已引起CO2大气排放的不断增加,可能使未来的50-100年内,全球大气CO2将增加1倍左右.

大气CO_2浓度增加对大豆籽粒品质的影响

通过不同大气CO2浓度水平的田间试验,对大豆(G lycine max L.)籽粒品质进行了研究分析。结果表明,大气CO2浓度的增加,提高了大豆籽粒中钙、锌、硒等元素的含量,而钾、铁等元素含量有下降趋势。大豆籽粒脂肪含量和油酸相对含量在较高CO2浓度下有显著增加,亚油酸相对含量无明显变化,亚麻酸、棕榈酸、硬脂酸相对含量有所减少。大豆蛋白质和氨基酸总量随大气CO2浓度升高而有降低趋势,但蛋氨酸、苏氨酸、胱氨酸含量明显增加,大豆蛋脂总量略有上升。

28种园林植物对大气CO_2浓度增加的生理生态反应

通过对28种园林植物在不同CO2浓度水平下的气体交换参数的观测，分析了净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率等生理生态指标的变化趋势与规律。结果表明，所测植物净光合速率和水分利用效率随CO2浓度升高而线性增加，但不同植物种类对高CO2浓度的反应存在较大差异。气孔导度和蒸腾速率与CO2浓度呈线性负相关关系。当CO2浓度倍增（350～700μmol·mol^-1）时，28种园林植物净光合速率平均提高31．2％，气孔导度降低16．5％，蒸腾速率下降11．7％，而水分利用效率则提高了49．2％。不同光合途径的植物净光合速率和水分利用效率受CO2浓度增加的影响程度为：C3植物较大，C4植物较小，CAM植物介于两者之间。对不同生活型植物而言，影响程度则为草本C3植物较大，乔木C3植物较小，灌木C3植物居于两者之间。

大气CO_2含量增加对小麦籽粒营养品质的影响

通过开顶式气室控制CO2 含量 ,对小麦籽粒品质实验测定 ,研究了大气CO2 增长对小麦籽粒蛋白质含量、蛋白质产量、氨基酸组分含量和主要营养元素含量的影响。结果表明 :在大气CO2 含量 (摩尔分数 )为 5 5 0和 75 0μmol/mol时 ,与正常大气CO2 水平相比 ,小麦籽粒蛋白质含量和氨基酸总量有降低趋势 ,但蛋氨酸、苯丙氨酸含量和蛋白质产量明显增加 ,蛋氨酸升幅为 8 2 %和 2 9 6 % ,苯丙氨酸升幅为 7 0 %和 17 9% ;小麦籽粒氨基酸评分值提高 3 1和 4 6。小麦籽粒中磷、铁、钾含量随大气CO2 含量增加而下降 ,分别下降 8 9%～ 11 8% ,7 5 %～10 8%和 2 5 %～ 7 7% ;而锌、硒、镁含量上升 ,分别提高 11 3%～ 34 4 % ,11 1%～ 4 4 4 %和 10 6 %～ 13 6 % ,大气CO2 增加对小麦籽粒各矿质营养元素含量的影响存在差异。

大气CO_2增加对陆地生态系统微量气体地气交换的影响

简要综述了近年来国内外在大气CO2 浓度增加对微量气体交换影响方面的研究进展 .首先介绍了有关大气CO2 浓度增加的研究技术和方法 ,比较了目前两种常用技术开顶箱 (OTC)和开放式空气CO2增加 (FACE)方法的优缺点 ,然后着重阐述了用OTC和FACE研究陆地生态系统CH4、N2 O、CO2 等微量气体的地气交换对大气CO2 浓度增加的响应 .综合现有的资料表明 ,大气CO2 浓度增加 ,会促进绿色植物生物量增加 ,同时改变生物质的C/N比 ,降低有机质的分解速率 ,增强了陆地生态系统对大气CO2 的固持作用 ;大气CO2 浓度增加会提高产甲烷菌的活性和影响CH4的排放过程 ,有可能导致湿地生态系统CH4的排放增加 ;大气CO2 浓度增加对N2 O排放影响的研究较少 ,且尚无一致的结论 .另外 ,对于其他微量气体 ,尚没有相关研究报道 .鉴于此 ,今后应加强大气CO2 浓度增加的微量气体地气交换响应研究 .

CO_2增加对榆树·江孜沙棘光合特性的影响

[目的]研究CO2增加对榆树、江孜沙棘光合特性的影响。[方法]利用Li-6400型便携式光合测定系统研究拉萨半干旱河谷地区主要造林树种榆树、江孜沙棘在不同CO2浓度下的光合特性。[结果]在弱光下榆树净光合速率较低,而强光下较高;随着CO2浓度增加,榆树的水分利用效率大幅增加。江孜沙棘对CO2浓度升高具有较好的适应性,使江孜沙棘同化CO2的能力和对光能利用效率提高,但当CO2浓度超过600μmol/mol时,其光合作用稍有下降。CO2浓度升高后提高了江孜沙棘对水分的利用效率。[结论]榆树和江孜沙棘具有喜光和抗旱性较强的特性,适宜在半干旱地区栽培。

大气CO_2浓度增加对昆虫的影响

大气CO2浓度增加已经受到国内外的极大关注。CO2浓度升高不但影响植物的生长发育,而且还改变植物体内的化学成分的组成与含量,从而间接地影响到植食性昆虫,并进而通过食物链影响到以之为食的天敌。根据国内外研究进展,结合多年的研究,系统介绍了CO2浓度变化对植物-昆虫系统影响的研究方法,论述了CO2浓度变化对植食性昆虫、天敌的作用规律及作用机理,探讨了CO2浓度变化对植物-植食性昆虫系统影响的特征,分析了未来研究发展的趋势及其存在的问题。

氮沉降和CO_2浓度增加对土壤磷素含量的影响

为了研究不同N沉降水平下,大气CO2浓度升高对三江平原小叶章群落土壤全磷、速效磷含量的影响。利用开顶气室(open-top chamber,OTC),设置当前大气CO2浓度(370μmol/mol)、中等CO2浓度(550μmol/mol)和高CO2浓度(700μmol/mol)3个CO2浓度水平和不施氮[N1,0gN/(m2·年)]、常氮[N2,4gN/(m2·年)]、高氮[N3,8gN/(m2·年)]3个施氮水平。结果表明:CO2浓度升高结合氮沉降连续运行2个生长季后,相同处理下,土壤全磷、速效磷的含量没有显著变化。各处理仅对0～10cm土层土壤磷素含量影响明显,对下面2层土壤磷素含量无显著影响。在相同氮沉降水平下,0～10cm土层土壤全磷、速效磷的含量随着大气CO2浓度的增加呈现出先增大后减小的变化趋势。氮的加入对土壤的全磷的含量没有显著影响、却减小了0～10cm土层土壤速效磷的含量。土壤全磷的含量与土层深度密切相关,随着土层深度的增加而降低。

MIROC_Hires模式模拟我国极端降水非均匀性在CO_2浓度增加下的响应

利用日本东京大学气候系统研究中心、日本环境研究所和日本地球环境研究中心联合研制的全球海气耦合气候系统模式(MIROC_Hires)输出的逐日降水资料,探讨CO2浓度增加下我国极端降水非均匀性的响应及其可能机制。结果表明:(1)就气候平均而言,CO2浓度增加后,我国南部地区极端降水事件的发生更为集中,而北方地区的极端降水事件分布较平均。(2)从年际变率来看,我国南部地区极端降水事件集中度在"A1B试验"中偏小,年际之间的差异不大,而北方地区的极端降水集中度增加,年际之间变化剧烈。(3)CO2浓度增加后,南方和北方地区在水平和垂直上的增温幅度不一致,且整层大气平均的稳定度呈现出南北反相差异。这种不均匀增暖的分布很可能是导致我国极端降水非均匀性在CO2浓度增加后变化的原因。

CO_2浓度增加对西北太平洋热带风暴气候特征的影响

为了研究CO2浓度变化对西北太平洋热带风暴气候特征的影响,采用全球大气海洋耦合环流模式GFDL CM2.1 3个CO2排放情景下的数值试验资料,提出了适合模式的识别模式热带风暴的标准,并采用NCEP再分析资料和年鉴资料检验了标准的合理性,分析了模式热带风暴在CO2浓度增加后气候特征的变化。结果表明,所提标准是合理的,所识别的模式热带风暴在暖心平均结构等方面与NCEP热带风暴平均结构相似性高;CO2浓度增加后,模式热带风暴频数减少,强度增强,强热带风暴增多,主要源地和活动地区西移,季节分布和持续时间的分布形势没有明显变化。

开放系统中农作物对空气CO_2浓度增加的响应

FACE试验 (free airCO2 enrichment)开展的 10多年中 ,供试农作物主要有 :C3 禾本科作物小麦(TriticumaestivumL .)、多年生黑麦草 (Loliumperenne)和水稻 (OryzasativaL .) ,C4禾本科类高粱(Sorghumbicolor (L .)M ench) ,C3 豆科植物白三叶草 (Trifoliumrepens) ,C3 非禾本科块茎状作物马铃薯 (SolanumtuberosumL .) ,以及多年生C3 类木本作物棉花 (GossypiumhirsutumL .)和葡萄 (VitisviniferaL .) .本文系统整理和分析了以下各项参数的结果 :光合作用、气孔导度、冠层温度、水分利用、水势、叶面积指数、根茎生物量累积、作物产量、辐射利用率、比叶面积、N含量、N收益、碳水化合物含量、物候变化、土壤微生物、土壤呼吸、痕量气体交换以及土壤碳固定 .CO2 浓度升高对农作物的影响作用主要表现在以下方面 :(1)促进了植物光合作用、增加了其生物量累积 ;(2 )显著提高C3 作物产量 ,但对C4作物产量的影响很小 ;(3)降低了C3 和C4作物气孔导度 ,非常显著地提高了所有作物的水分利用率 ;(4)对植物生长的促进作用在水分不足与水分充足时二者相当或前者大于后者 ;(5 )对非豆科植物生长的促进作用要受到土壤低N水平限制 ,而对豆科植物则不受氮肥水平限制 ;(6 )对根系生长的促进作用要大于地上部分 ;(7)

小麦光合特性、气孔导度和蒸腾速率对大气CO_2浓度升高的响应

通过对不同大气CO2 浓度处理小麦的观测,研究大气CO2 浓度升高对小麦净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、水分利用效率以及叶绿素含量等光合生理特性的影响,讨论了未来高CO2 条件下小麦水分利用效率的变化趋势。结果表明,与背景大气CO2 浓度350μmol·mol-1相比,当大气CO2 浓度为550和750μmol·mol-1时,小麦抽穗期日平均净光合速率分别提高20 8%和29 7%,并消除了光合午休现象。在不同生育期净光合速率提高幅度存在差异。气孔导度随CO2 浓度增加而下降,不同生育期平均降低15 3%和21 7%,小麦蒸腾速度则平均下降4 5%和9 4%。在2种高CO2 水平下,小麦水分利用效率显著提高,提高幅度分别为19 2%~25 7%和32 2% ~45 6%。同时使抽穗期小麦叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量和类胡萝卜素含量分别提高11 0% ~14 8%、13 0% ~18 2%、11 5% ~15 7%和15 3% ~23 5%,但叶绿素a与叶绿素b的比值降低。

大气CO_2浓度升高对大豆根瘤量及其固氮活性的影响

通过开顶式气室控制CO2浓度，对盆栽大豆进行试验测定，研究了大气CO2浓度升高对大豆根系，重点是根瘤量和根瘤活性的影响。结果表明，大气CO2浓度升高，促进了大豆根系生长，大豆根体积、主根长、根鲜重均呈增长趋势，根冠比增加。CO2浓度为450、550、650和750μmol／mol时，与大气CO2背景浓度相比，在初花期，大豆根瘤数分别增加6．1％、15．9％、19．2％和26．5％，其中主根根瘤数增加较为显著，至鼓粒期，根瘤数增加幅度为7．8％～48．0％，增幅较初花期大，其中侧根根瘤量增加更多。同时，高CO2水平下，根瘤鲜重的变化与根瘤数基本一致。4种高CO2浓度下，初花期根瘤比固氮活性提高10．1％～24．0％，大于鼓粒期的6．0％～13．4％的增加幅度；单株根瘤固氮活性初花期增加10．6％～55．7％，鼓粒期则提高了20．0％～73．9％。

大气CO_2浓度升高对小麦旗叶衰老和产量的影响

通过对不同大气CO2浓度水平下的小麦观测试验，研究了大气CO2增加对小麦旗叶衰老过程中丙二醛、光合色素、净光合速率的影响以及产量构成的变化。结果表明，在大气CO2含量为550和750μmol／mol时，与大气CO2背景浓度相比，小麦灌浆过程中旗叶MDA含量分别下降了6．4％～15．0％和14．1％～18．9％，叶绿素含量则平均增加11．6％和16．7％，类胡萝卜素含量也同步增加10．1％和16．9％，同时高浓度CO2促进了净光合速率的提高，平均提高幅度分别为14．9％和22．1％，明显延缓了旗叶衰老进程。CO2含量增加提高了小麦小穗数、穗粒数和千粒重，产量分别增加13．3％和21．7％。

CO_2浓度对水稻籽粒蛋白质及氨基酸含量的影响

本试验通过开顶式气室控制CO2含量,研究了大气CO2增长对水稻籽粒蛋白质及氨基酸组分含量的影响。结果表明,在大气CO2含量(摩尔分数)为550和750μmol.mol-1时,与正常大气CO2水平相比,水稻籽粒蛋白质含量和氨基酸总量有下降趋势,蛋白质含量呈下降趋势,分别下降3.10%和5.49%,氨基酸中的色氨酸和组氨酸下降幅度最大,分别为17.19%-35.16%和10.81%-28.38%。

CO_2浓度升高对水稻抽穗期根系有关性状及根碳氮比的影响

在FACE(free-air carbon dioxide enrichment)实验平台上,采用水培的方法观测了抽穗期水稻根系的生长情况。结果表明,FACE条件下根生物量、根体积和根冠比极显著增加且不定根明显增多、变粗。高CO_2浓度显著降低了根中N含量,而C含量变化不明显,导致碳氮比极显著增加。基于单位根质量的根系活力在CO_2浓度增加条件下极显著降低,养分吸收效率的降低可能是根中N含量下降的重要原因。

模拟大气CO_2浓度和温度升高对亚高山冷杉(Abies faxoniana)林土壤酶活性的影响

采用控制环境生长室研究了川西亚高山森林生态系统中与C、N、P循环有关的土壤转化酶、脲酶、硝酸还原酶和酸性磷酸酶活性的月动态及其对模拟大气CO2浓度增加、温度升高以及交互作用的动态响应。在一个生长季节内,土壤有机层和矿质土壤层的转化酶、脲酶、硝酸还原酶和酸性磷酸酶的活性高峰均出现在温度较高的夏季。其中,土壤有机层的转化酶活性高峰出现在6月份,但土壤矿质层的转化酶活性高峰出现在7月份,土壤有机层和矿质土壤层的脲酶和酸性磷酸酶的活性高峰均出现在7月份,而硝酸还原酶的活性高峰均出现在8月份。升高大气CO2浓度处理(EC)对土壤有机层和矿质土壤层的转化酶、脲酶、硝酸还原酶和酸性磷酸酶活性没有显著影响。升高温度处理(ET)显著增加了土壤有机层和矿质土壤层的酶活性,并且土壤有机层的转化酶、硝酸还原酶和脲酶活性增加更显著。大气CO2浓度增加和温度升高之间的交互作用(ECT)对土壤有机层和矿质土壤层酶活性的影响主要是温度升高引起的。

大气CO_2浓度和温度升高对麦田土壤呼吸和酶活性的影响

以同步模拟大气CO_2浓度和温度升高的田间开放式气候变化平台为依托,研究大气CO_2浓度和温度的对照处理(CK)、CO_2浓度升高(CE)、试验增温(WA)以及两者同时升高(CW)对小麦土壤呼吸、脲酶和转化酶的影响。结果表明:与对照相比,CE处理的小麦季土壤呼吸速率没有显著变化,而升温处理(WA和CW)的土壤呼吸速率显著提高;在分蘖期土壤脲酶和转化酶活性没有明显变化,在抽穗和成熟期,升温处理显著提高了转化酶活性,而CE处理显著提高了抽穗期转化酶活性;与对照相比,CE处理土壤脲酶活性没有变化,而WA处理显著提高了抽穗期的土壤脲酶活性。可见,大气CO_2浓度和温度升高对不同生育期的土壤呼吸和酶活性影响存在差异,而且土壤呼吸、脲酶和转化酶活性对温度升高的响应比较敏感。

大气[CO_2]和温度升高对农作物生理及生产的影响

全球大气[CO2]和气温升高是全球气候变化对农作物产量影响最为重要的两个因子。本文着重介绍了[CO2]和温度升高对农作物光合作用、呼吸作用、蒸腾作用、产量、品质等方面影响的研究进展。研究表明随着[CO2]升高,作物光合速率及蒸腾速率有上升趋势,呼吸作用和气孔导度下降,产量有所提高,品质将会降低,但研究仍有不确定性。随着[CO2]变化,不同光合途径(C3、C4)作物的响应不一致且存在短期和长期效应。普遍认为大气温度升高抑制作物光合作用,作物产量下降。现有的研究多采用模型或模拟试验的方法研究气候变化对作物产量的影响,但研究发现模型研究结果与模拟试验研究结果有差异,不同学者对产量的评估结果也不一致。最新研究认为温度对作物产量影响成非线性,当温度高于关键温度后产量会迅速下降。现阶段大部分模拟试验均在气室中研究,与野外实际情况差异较大,结论仍需进一步验证。目前尚缺乏对作物模型结果的实验验证。

开放式空气 CO_2浓度升高对水稻根系形态的影响

在FACE(free-aircarbondioxideenrichment)技术平台上,采用水培的研究方法,观测了大气CO2浓度升高和两种氮水平下水稻根系形态的变化。结果表明,在水稻各生育期,CO2浓度升高都极显著增加了根干质量,且主要增加于根粗为2.0～2.5mm的部位。根系形态的各项指标均对高CO2浓度有积极的响应,在抽穗期尤为明显;N处理的差异很明显,低氮条件下根系表现为根长、根尖数和根表面积增加,常氮条件下根粗和发根数增加。各生育期的根冠比在高CO2浓度下极显著增加,尤其在LN处理下。水稻从分蘖期到抽穗期,因地上部分的增幅大,根冠比表现为逐渐降低的趋势。