开放式空气CO_2浓度增高条件下旱地土壤气体CO_2浓度廓线测定

设计了一套适合于FACE(free airCO2 enrichment)平台的旱地土壤气体CO2 浓度廓线测定方法 ,并将其应用于田间实验 .在江苏省无锡市郊区具有太湖地区典型水稻土的稻麦轮作农田 ,对FACE和对照麦田以及裸土 0～ 30cm土层的土壤气体CO2 浓度廓线进行了观测研究 .结果表明 ,所采用的方法满足进行旱地农田土壤气体CO2 浓度廓线研究的要求 ;在 0～ 30cm土层中 ,上层土壤气体中的CO2 向上垂直扩散要比下层土壤快 ;在作物旺盛生长期 ,大气CO2 浓度升高 2 0 0± 4 0 μmol·mol-1使 0～ 30cm土层的土壤气体CO2 浓度显著提高 14 %± 5 % (t 检验P <0 .0 0 1) .

开放式空气中CO_2浓度增高(FACE)对水稻生长和发育的影响

人类活动导致的大气和气候变化将极大地改变作物的生长环境,其中最大的一个变化就是大气二氧化碳(CO2)浓度的迅速上升:从工业革命前的平均270μmol/mol上升到目前的381μmol/mol,到2050年至少超过550μmol/mol。FACE(Free-air CO2 enrichment,开放式空气中CO2浓度增高)试验是目前评估未来高浓度CO2对作物生长和产量实际影响的最佳方法。水稻无疑是人类最重要的食物来源,迄今为止人类利用FACE技术开展水稻响应和适应的研究已有10a(19982008年)的历史。以生长发育为主线,首次系统综述了10a水稻FACE试验在该领域的研究成果,总结了FACE情形下高浓度CO2(模拟本世纪中叶大气CO2浓度)对主要供试水稻品种(小区面积大于4m2)光合作用、生育进程、地上部生长、地下部生长、物质分配、籽粒灌浆、产量构成以及倒伏性状等影响的研究进展,比较了FACE与非FACE研究之间以及中国和日本FACE研究(世界上唯一的两个大型水稻FACE研究)之间的异同点。根据研究进展以及当前的技术水平,文章最后提出了该领域的3个优先课题:(1)FACE情形下杂交稻生产力响应高于预期的生物学机制;(2)FACE情形下CO2与主要栽培措施的互作效应;(3)FACE情形下CO2与主要空气污染物臭氧的互作效应。这些响应的机理性解析将有助于从根本上减少人类预测未来粮食安全的不确定性,进而更加有效地制订出应对全球变化的适应策略。

开放式空气CO_2浓度增高对水稻生长发育影响的研究进展

地球大气中CO2浓度不断升高已是不争的事实.CO2浓度升高势必对植物的生长发育过程产生深刻的影响.水稻是世界上最重要的作物之一,也是中国第一大作物.结合气室条件下的研究结果,从光合作用、水分关系、生育期、叶片和根系生长、物质生产与分配、化学组分以及产量和品质等方面,重点收集和整理了开放式空气中CO2浓度增高(FACE)对水稻生长发育影响的研究进展,并讨论了该领域有待深入研究的方向.

开放式空气CO_2浓度增高(FACE)对稻田土壤微生物的影响

1 引言公元1750年前,大气CO@浓度基钱保持280μmol·mol-1左右.

开放式空气CO_2浓度增高对水稻颖花分化和退化的影响

在大田栽培条件下 ,研究开放式空气CO2 浓度增加 (FACE) 2 0 0 μmol·mol-1的处理对水稻每穗 1、2次枝梗及其颖花的分化数、退化数、现存数及退化率的影响 .结果表明 ,FACE处理对每穗 1、2次枝梗的分化数及 1次枝梗的退化数、退化率均无显著影响 ,但使 2次枝梗的退化数、退化率显著提高 ,使 2次枝梗现存数明显减少 ;FACE处理对每穗 1、2次颖花的分化数和 1次颖花的退化数、现存数、退化率均无显著影响 ,但使每穗 2次颖花的退化数和退化率显著提高 ;FACE处理使每穗颖花现存数显著减少主要是因为FACE处理使现存 1次枝梗上 2次枝梗大量退化引起 2次颖花退化所致 ;FACE处理使 1次颖花现存数占全穗的比率显著增加 ,使 2次颖花现存数占全穗的比率显著降低 .

水稻叶片光合作用对开放式空气CO_2浓度增高(FACE)的响应与适应

利用便携式光合气体分析系统 (LI 6 4 0 0 ) ,比较测定了高CO2 浓度 (FACE ,free airCO2 enrich ment)和普通空气CO2 浓度下生长的水稻叶片的净光合速率、水分利用率、表观量子效率和RuBP羧化效率等光合参数 .在各自生长CO2 浓度 (380vs 5 80 μmol·mol-1)下测定时 ,高CO2 浓度 (5 80 μmol·mol-1)下生长的水稻叶片的净光合速率、碳同化的表观量子效率和水分利用率明显高于普通空气 (380 μmol·mol-1)下生长的水稻叶片 .但是 ,随着FACE处理时间的延长 ,高CO2 浓度对净光合速率的促进作用逐渐减小 .在相同CO2 浓度下测定时 ,FACE条件下生长的水稻叶片净光合速率和羧化效率明显比普通空气下生长的对照低 .尽管高CO2 浓度下生长的水稻叶片的气孔导度明显低于普通空气中生长的水稻叶片 ,但两者胞间CO2 浓度差异不显著 ,因此高CO2 浓度下生长的水稻叶片光合下调似乎不是由气孔导度降低造成的 .

CO_2浓度与温度增高对水稻品质的影响

作物品质的形成是品种遗传特性和环境条件综合作用的结果。大气中CO2浓度增高必然影响作物的生理代谢,并因此可能影响作物品质;CO2浓度增高也会引起大气温度同步增高。本试验旨在明确不同CO2浓度和温度水平对水稻品质的影响程度。结果显示,随CO2浓度和温度增高,稻米的加工品质和外观品质各指标均有下降趋势;蒸煮品质指标先上升,在CO2浓度为500mg·kg-1时达到最大值,然后下降;营养品质指标变化比较复杂,糖含量上升,脂肪含量下降,蛋白质含量先上升后下降,在CO2浓度为500mg·kg-1时达到最大值。总体上,CO2浓度和温度增高对稻米品质的负面影响更大,特别表现在加工品质和外观品质方面。但在450～650mg·kg-1的处理区间,影响结果并没有达到显著水平。表明CO2浓度和温度增高改变了水稻C、N代谢过程和籽粒的物理成分与化学组分;依据CO2与温度对稻米品质影响机理,采取相应的适应措施,可以提高和改进稻米品质。

开放式空气CO_2浓度增高对水稻冠层微气候的影响

利用位于江苏省无锡市安镇的我国唯一的农田开放式空气CO2 浓度增高 (FACE)系统平台 ,于2 0 0 1年 8月 2 6日至 10月 13日 (水稻抽穗至成熟期 )进行水稻作物冠层微气候连续观测 ,以研究FACE对水稻冠层微气候特征的影响 .结果表明 ,FACE降低了水稻叶片的气孔导度 ,FACE与对照水稻叶片气孔导度的差异上层叶片大于下层叶片 ,生长前期大于生长后期 .FACE使白天水稻冠层和叶片温度升高 ,这种差异生长前期大于生长后期 ;但FACE对夜间水稻冠层温度的影响不明显 .在水稻旺盛生长的抽穗开花期 ,晴天正午前后FACE水稻冠层温度比对照高 1.2℃ ;从开花至成熟期 ,FACE水稻冠层白天平均温度比对照高 0 .4 3℃ .FACE对冠层空气温度也有影响 ,白天水稻冠层空气温度FACE高于对照 ,这种差异随太阳辐射增强而增大且冠层中部大于冠层顶部 ;冠层中部空气温度FACE与对照的差异 (Tface-Tambient)日最大值在 0 .4 7～ 1.2℃之间 ,而冠层顶部的Tface-Tambient日最大值在 0 .37～ 0 .8℃之间 .夜间水稻冠层空气温度FACE与对照差别不大 ,变化在± 0 .3℃之内 .而FACE对水稻冠层空气湿度无显著影响 ,表明FACE使水稻叶片气孔导度降低 ,从而削弱了植株的蒸腾降温作用 ,导致水稻冠层温度和冠层空气温度升高 。

开放式空气CO_2浓度增高对水稻产量形成的影响

在大田栽培条件下 ,研究开放式空气CO2 浓度增加 (FACE) 2 0 0 μmol·mol-1的处理对水稻产量及产量构成因素的影响 .结果表明 ,FACE处理对水稻株高和主茎叶片数没有明显影响 ,但使水稻生育进程加快 ,全生育期显著缩短 ,增加施N量可减缓FACE处理对水稻全生育期缩短的程度 ;FACE处理能显著增加分蘖数 ,极显著增加穗数 ,提高结实率 ,但使每穗颖花数显著减少 ;FACE处理能显著提高水稻产量 ,在高N条件下增产幅度更大 ;提高FACE处理的每穗颖花数和单位面积颖花数能极显著提高水稻产量 ,增加施N量是提高FACE处理每穗颖花数和单位面积颖花数的重要措施 .

开放式空气CO_2浓度增高(FACE)对水稻灌浆动态的影响

【目的】揭示大气CO2浓度升高对水稻籽粒灌浆动态的影响。【方法】利用农田开放式空气CO2浓度增高(FACE,free-air carbon dioxide enrichment)系统,以武香粳14为供试材料,CO2浓度设正常CO2(Ambient)和高CO2(FACE,Ambient+200μmol·mol-1)2个水平,施N量设低氮、中氮和高氮(150、250、350kg·ha-1)3个水平,测定各处理稻穗不同部位籽粒的灌浆进程,利用Richards方程拟合。【结果】(1)FACE处理明显提高了低氮水平实测最终米粒重,稻穗上、中、下部米粒增重分别为11.1%、10.9%和9.4%,全穗平均增重10.6%,而对中、高氮水平下粒重的影响较小;(2)FACE处理普遍提高了稻穗各部位籽粒灌浆的相对起始势;(3)FACE处理明显提高籽粒最大灌浆速率,低、中、高3种施氮条件下,全穗平均增幅分别为32.9%、36.9%和40.4%,稻穗上部籽粒增幅高于中、下部籽粒;同时明显提高了籽粒平均灌浆速率,低、中、高3种施氮条件下增幅分别为20.3%、25.8%和31.0%;(4)FACE处理总体上延迟了灌浆速率峰值出现的时间,最大灌浆速率时间的粒重增加,实灌时间缩短;从水稻籽粒灌浆阶段划分特征来看,FACE明显延长了灌浆前期持续时间,缩短了灌浆中期及后期持续时间。【结论】FACE处理提高了灌浆相对起始势、最大及平均灌浆速率,灌浆前期时间延长而灌浆中、后期时间缩短,总灌浆时间明显缩短,各粒位米粒重在低氮条件下明显增加而中、高氮条件下无明显变化。

稻-麦轮作系统土壤糖酶活性对开放式CO_2浓度增高的响应

研究了稻 麦轮作系统中空气CO2 浓度增高 (2 0 0 μmol·mol-1 )对土壤蔗糖酶、木聚糖酶、纤维素酶活性及土壤氮、磷、硫含量变化的影响 .结果表明 ,与对照相比 ,种植小麦和水稻条件下FACE处理的土壤蔗糖酶活性升高 ;木聚糖酶活性在小麦的拔节期、抽穗期和成熟期以及水稻的抽穗期和成熟期显著高于对照 ;纤维素酶活性略降 .相关分析表明 。

开放式空气CO_2浓度增高影响稻田大气CO_2净交换的静态暗箱法观测研究

首先介绍静态暗箱法 气相色谱法观测确定陆地生态系统地 气CO2 净交换通量的基本原理和方法 ,然后讨论在开放式空气CO2 增加 (FACE)试验中应用该原理和方法观测研究大气CO2 浓度升高对稻田生态系统 大气CO2 净交换通量的影响 .因缺乏必要参数的实际观测值 ,本文只能根据暗箱观测值计算CO2 净交换通量的最小取值NEEmin.NEEmin计算结果表明 ,在插秧 1个月之后的水稻生长期内 ,大气CO2浓度升高 2 0 0± 4 0 μmol·mol-1使稻田生态系统对大气CO2 的净吸收约为对照的 3倍 .为根据暗箱观测准确确定NEE ,还必须在FACE和对照条件下观测水稻植株的暗维持呼吸系数、地上生物量及根冠比动态 .

开放式空气CO_2浓度增高对水稻茎蘖动态影响的模拟研究

为了明确开放式空气CO2浓度增高(FACE)对水稻茎蘖消长的影响,借助目前我国惟一的FACE技术平台,通过不同的N肥处理,对FACE条件下水稻茎蘖消长的动态进行了模拟研究并建立了相应的模型。该模型由茎蘖增长动态和茎蘖消亡动态两部分组成,以时间为驱动因子,描述了水稻茎蘖数随移栽后天数的动态变化过程,对常规及CO2浓度增加条件下水稻茎蘖的变化均有很好的拟合性。通过相关试验数据对模型的检验,结果表明模型的拟合程度高,具有很好的适用性。

稻-麦轮作系统土壤水解酶及氧化还原酶活性对开放式空气CO_2浓度增高的响应

研究了FACE条件下 (CO2 浓度增加 2 0 0 μmol·mol-1 )水稻、小麦不同生育期 0～ 1 0cm土层土壤脲酶、磷酸酶、芳基硫酸酯酶、脱氢酶活性的变化 .结果表明 ,FACE条件下 ,土壤脲酶活性在冬小麦生育前期低于对照 ,在孕穗期高于对照 ;在水稻生育前期高于对照 ,在成熟期低于对照 .磷酸单酯酶活性在冬小麦生育期高于对照 ;在水稻分蘖期高于对照 ,在生育后期 (拔节期、抽穗期和成熟期 )低于对照 .芳基硫酸酯酶活性在小麦越冬期和孕穗期低于对照 ,在分蘖期和成熟期高于对照 ;在水稻生育期间均高于对照 .脱氢酶活性在小麦和水稻的生育前期低于对照 。

开放式空气CO_2浓度增高对水稻N素吸收利用的影响

在大田栽培条件下 ,研究空气中CO2 浓度增高 (FACE) 2 0 0 μmol·mol-1对水稻N素吸收及其利用效率的影响 .结果表明 ,FACE处理使水稻不同生育时期的植株含N率显著下降 ;由于干物质生产量显著增大 ,FACE处理使水稻不同生育时期的N素累积量有所提高 ,但无显著影响 ;FACE处理能够显著提高移栽后 2 8d、抽穗期以及成熟期单位N素的干物质生产效率、单位N素的籽粒生产效率和显著提高水稻的N素收获指数 .高N处理的植株含N率、N素累积量均有所增加 ,但使N素生产效率呈现下降趋势 .

开放式空气CO_2浓度增高条件下C_3作物(水稻)与C_4杂草(稗草)的竞争关系

通过田间试验 ,研究了FACE(开放式空气CO2 浓度升高 )条件下C3 作物水稻 (Oryzasativa)和C4杂草稗草 (Echinochloacrusgalli)的生长和竞争关系 .结果表明 ,FACE条件下C3 植物水稻生物量和产量增加 ,叶片数增加 ,分蘖数增加 ,叶面积系数 (LAI)增大 ;而C4植物稗草相反 .FACE条件下水稻和稗草叶面积均减少 ,而净同化率 (NAR)均增加 .FACE条件下水稻 稗草比例为 1∶1时 ,水稻与稗草的生物量比率、产量比率、LAI比率、茎蘖比率和NAR比率均增加 ,水稻 稗草的竞争关系发生变化 ,水稻 (C3 植物 )竞争能力增加 ,稗草 (C4植物 )竞争能力下降 .

水稻田稗草叶片光合作用对开放式空气CO_2浓度增高(FACE)的适应

于分蘖、拔节和抽穗 3个时期在空气CO2 浓度 (380 μmol·mol-1)下测定稻田中稗草叶片的净光合速率 (Pn) ,发现在开放式CO2 浓度增高 (FACE)条件下生长的稗草叶片后 2个时期的Pn显著低于普通空气中生长的对照 ,比对照下降约 2 0 % ,说明FACE条件下稗草叶片光合作用对高CO2 浓度发生了明显的适应 .同时 ,叶片的气孔导度 (Gs)和胞间CO2 浓度 (Ci)的下降更为明显 .与对照相比 ,叶片可溶性蛋白含量明显降低 ,拔节期只有对照的 6 2 .4 % ;高CO2 浓度下生长的稗草叶片Rubisco含量也降低 ,分蘖期和拔节期分别为对照的 87%和 84 % ,但其差异未达到显著水平 .可以认为 ,长期生长在高CO2 浓度下的C4植物稗草叶片光合作用的适应是叶片气孔部分关闭和可溶性蛋白含量下降的结果 .

开放式空气CO_2浓度增高对中国稻田生态系统线虫营养类群产生的影响(英)

土壤动物在农田生态系统腐屑食物网中占有重要地位 ,它们参与土壤有机质分解、植物营养矿化及养分循环作用 .国内外许多研究表明 ,土壤动物对全球变化 ,尤其是大气CO2 浓度升高能够产生正向、中性和负向的影响 .土壤线虫是这类土壤动物的典型代表 ,因为它们在大多数土壤中分布是丰富的 ,而且营养类群是多样的 .应用自由空气CO2 浓度增高 (FACE)技术设计 3个处理水稻圈暴露在大气CO2 增高(浓度为 5 70 μmol·mol-1)条件下 ,3个对照水稻圈为环境中的CO2 浓度 (370 μmol·mol-1) .在中国无锡稻田生态系统水稻生长期内 ,本项研究监测了 0～ 5cm和 5～ 10cm土层中线虫营养类群 .研究结果显示 ,线虫总数、食细菌线虫、植物寄生线虫、杂食 捕食类线虫在取样深度和取样日期上存在显著差异 ;在整个取样日期中 ,FACE处理 5～ 10cm深度中线虫总数、食细菌线虫数量比对照中的高 ;在 0～ 5cm深度中 ,FACE处理食细菌线虫数量比对照中的高 ,而杂食 捕食类线虫数量则表现出相反的趋势 .食真菌线虫在FACE处理与对照之间也存在极显著差异 .

大气CO_2浓度增高对麦田土壤硝化和反硝化细菌的影响

硝化和反硝化细菌是土壤中与氮转化有关的微生物菌群 ,大气CO2 浓度升高可能对它们的数量产生影响。位于中国无锡的稻 麦轮作农田生态系统FACE平台 2 0 0 1年 6月开始运行。本试验在 2 0 0 3年小麦生长季研究了土壤 (0～ 5cm和 5～ 10cm土层 )中硝化和反硝化细菌在大气CO2 浓度升高条件下的变化。试验采用最大可能法 (MPN)计这两种微生物菌群的数量。结果表明 ,0～ 5cm土层硝化菌数拔节期和成熟期FACE低于对照 ,而孕穗期FACE高于对照 ,5～ 10cm土层硝化菌数越冬期与成熟期FACE低于对照 ,大气CO2 浓度升高使得麦田土壤硝化细菌数目减少。 0～ 5cm土层各个生长期反硝化菌数FACE与对照均没有明显差异 ,5～ 10cm土层反硝化菌数拔节期FACE低于对照 ,大气CO2 浓度升高对麦田土壤反硝化菌的影响不大。

大气CO_2浓度增高对农田土壤硝化活性的影响

利用中国唯一的FACE(Free-AirCarbondioxideEnrichment,开放式空气CO2浓度增高)平台,研究大气CO2浓度增高对农田土壤硝化活性的影响。位于无锡的中国稻麦轮作农田生态系统FACE试验平台于2001年6月开始运行,设有FACE与Ambient(普通空气对照)2个处理,FACE区CO2浓度比Ambient区高200μmol·mol-1,每个处理含低氮与常氮2个氮肥水平。在轮作水稻和小麦各3季之后,发现大气CO2浓度增高下,常氮水平上土壤的NO3--N质量分数降低,NH4+-N质量分数增高;而低氮水平上土壤的NO3--N质量分数增高,NH4+-N质量分数没有显著差异。然后分别在土壤样品中加入NH4+-N,好气培养42d后通过测定土壤中的NO3--N、NO2--N总质量分数来研究土壤的硝化活性。结果显示,不管在CO2浓度增高下还是对照条件下,增加氮肥施用量均增强了土壤的硝化活性;且与对照相比,大气CO2浓度增高在常氮水平上降低了土壤的硝化活性,在低氮水平上却增强了土壤的硝化活性,说明大气CO2浓度增高对农田土壤硝化活性的影响与N肥供应水平有关。