CO_(2)浓度缓增对冬小麦田N_(2)O排放的影响

为研究CO_(2)浓度缓增对冬小麦田N_(2)O排放的影响,利用由开顶式气室(OTC)组成的CO_(2)浓度自动调控平台,扬麦22号为供试材料开展田间试验。将大气CO_(2)浓度作为对照(CK),设置CO_(2)浓度缓增处理C_(80)(CO_(2)浓度缓慢增加80μmol/mol)和C_(120)(CO_(2)浓度缓慢增加120μmol/mol)。结果表明,CO_(2)浓度缓增处理没有改变小麦田N_(2)O排放通量的季节性变化特征。在2017-2018年冬小麦生长季,CK、C_(80)处理土壤N_(2)O累积排放量分别为(25.49±3.33) mg/m^(2)、(26.83±3.21) mg/m^(2);2018-2019年冬小麦生长季,CK、C_(120)处理土壤N_(2)O累积排放量分别为(113.06±2.66) mg/m^(2)、(121.20±9.28) mg/m^(2)。在2017-2018年冬小麦生长季,CK、C_(80)处理土壤-冬小麦系统N_(2)O累积排放量分别为(25.99±1.39) mg/m^(2)、(29.83±4.20) mg/m^(2)。各生育期土壤N_(2)O累积排放量与冬小麦地上部分生物量呈极显著正相关(P<0.01),土壤-冬小麦系统N_(2)O累积排放量与冬小麦地上部分生物量呈极显著正相关(P<0.01)。

稻田亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化对大气CO_(2)浓度缓增的响应

亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化(nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,n-damo)是控制稻田甲烷排放的一种新途径,但有关其对大气CO_(2)升高的响应尚不清楚。依托开顶式气室组成的CO_(2)浓度自动调控平台,设置环境CO_(2)浓度处理(CK)和CO_(2)缓增处理(EC:每年增加40μL·L^(–1),至采样时CO_(2)浓度为CK+160μL·L^(–1))。采用稳定性同位素示踪、定量PCR和高通量测序等手段,分析不同CO_(2)处理下水稻关键生育期(分蘖期、拔节期和开花期)稻田n-damo活性及其功能微生物Candidatus Methylomirabilis oxyfera(M.oxyfera)-like细菌的丰度、多样性和群落组成。结果发现,供试土壤中n-damo活性为0.31~5.09 nmol CO_(2)g^(–1)·d^(–1),M.oxyfera-like细菌丰度为7.51×10^(6)~5.49×10^(7)copies·g^(–1)。CO_(2)缓增一定程度上刺激了土壤中n-damo活性以及M.oxyfera-like细菌丰度,且在拔节期达到显著性水平:活性和丰度分别增加了137.9%和96.0%。同时还使M.oxyfera-like细菌的群落组成发生显著改变,并影响其多样性。EC处理下土壤可溶性有机碳含量和无机氮含量的改变很可能是导致n-damo活性及M.oxyfera-like细菌群落结构发生变化的重要原因。综上,稻田n-damo过程对大气CO_(2)浓度缓增具有正响应。

CO_(2)浓度升高及增温下谷子土壤酶活性及其温度敏感性

研究作物重要生长阶段土壤酶活性及其温度敏感性对CO_(2)浓度升高及增温的响应,对于评价气候变化对作物生产的影响以及评估土壤生态系统的功能稳定性具有重要意义。利用人工气候室模拟不同水分(充分供水和轻度干旱)、CO_(2)浓度升高(由400μmol·mol^(-1)升高至700μmol·mol^(-1))和增温(由22℃升高至26℃)条件,以3个因素交互作用下盆栽谷子(Setaria italica)土壤为研究对象,分析了谷子灌浆期土壤中β-葡糖苷酶(βG)、β-N-乙酰葡糖苷酶(NAG)、纤维素酶(CBH)和β-木糖苷酶(βX)活性的温度敏感性。结果表明,对照(CK)在充分供水条件下土壤βG、NAG、CBH和βX的酶活性随着培养温度增加呈先升高后降低的趋势,在25℃时酶活性最高。在最适温度下(25℃),与CK相比,CO_(2)浓度升高使谷子灌浆期土壤βG酶活性显著降低,而对土壤NAG、CBH、βX酶活性的抑制作用较小;CO_(2)浓度升高和增温的交互作用在不同水分条件下表现不同,具体表现为轻度干旱条件下酶活性受到抑制,而充分供水时无显著差异。此外,CO_(2)浓度和温度显著影响谷子灌浆期土壤酶活性的温度敏感性(Q_(10))CO_(2)浓度升高使土壤胞外酶活性的Q_(10)显著增大,而增温使Q_(10)相对减小。在充分供水条件下,增温抵消了CO_(2)浓度升高对酶活性Q_(10)的影响,二者的交互作用对Q_(10)无显著影响。然而,在轻度干旱条件下,CO_(2)浓度升高和增温对Q_(10)影响显著,即CO_(2)浓度、温度及水分三者对Q_(10)的交互作用显著。同时,CO_(2)浓度与水分对Q_(10)有显著的交互作用,但与仅CO_(2)浓度升高以及3个因素交互作用的影响无明显差异。冗余分析显示,除CO_(2)浓度和温度外,Q_(10)还受到微生物量、土壤养分等环境因子的影响。本研究表明CO_(2)浓度、温度和水分以及三者之间的交互作用对土壤酶活性及其温度敏感性的影响复杂,特别是CO_(2)浓度升高抑制了土壤酶的温度敏感性,减弱了土壤碳氮循环相关酶的代谢功能及其稳定性,进而影响土壤生态系统的功能稳定性。

香蒲叶功能性状对模拟增温和CO_(2)浓度倍增的响应

为探讨高原湿地植物对增温和CO_(2)浓度升高的响应策略,以高原地区常见的挺水植物香蒲(Typha orientalis)为研究对象,通过构建封顶式人工生长室模拟增温2℃和CO_(2)浓度倍增的气候变化,检测其叶片功能性状,结果表明:(1)与对照组相比,CO_(2)浓度倍增处理下,香蒲的净光合速率、气孔导度、胞间CO_(2)摩尔分数和蒸腾速率都显著降低(P<0.05);增温处理下,香蒲的净光合速率和气孔导度也显著降低(P<0.05),表明增温和CO_(2)浓度倍增显著降低了香蒲的光合碳同化能力。(2)与对照组相比,CO_(2)浓度倍增处理下,香蒲叶脉密度显著增加;增温处理下叶脉密度和气孔密度显著增加,而维管束面积和导管面积显著降低(P<0.05),反映了香蒲在增温和CO_(2)浓度升高条件下香蒲水分输送和蒸腾散失能力增强,其水分利用效率显著降低。(3)与对照组相比,增温和CO_(2)浓度倍增处理下香蒲叶光合参数间的相关性减弱,净光合速率与叶结构性状间的紧密关系显著增强。研究结果证明了增温和CO_(2)浓度升高显著增强香蒲叶功能性状间的功能协同和权衡关系。

大气CO_(2)缓增和骤增对冬小麦叶片叶绿素荧光特性的影响

大气中CO_(2)浓度的增加是逐渐且缓慢的过程,而以往的农田模拟研究多是设定瞬间增加的高CO_(2)浓度。为了明确大气CO_(2)浓度缓增、骤增2种不同升高方式对冬小麦叶片光合能力的影响,基于农田CO_(2)浓度自动调控平台,开展2季冬小麦试验(品种为扬麦22)。设置3种CO_(2)浓度升高方式:CK(对照,背景大气CO_(2)浓度);CO_(2)浓度缓增(从第1个生长季开始每年增加40μmol/mol,2017—2018、2018—2019年生长季每年CO_(2)的缓增浓度分别为80、120μmol/mol,分别记作C_(+80)、C_(+120));CO_(2)浓度骤增(每个生长季均设置CO_(2)浓度升高200μmol/mol的处理,记作C_(+200))。于冬小麦主要生育期,测定叶片SPAD值和叶绿素荧光参数[初始荧光(F_(o))、最大荧光(F_(m))、可变荧光(F_(v))、最大光化学效率(F_(v)/F_(m))、潜在活性(F_(v)/F_(o))]。结果表明,与CK相比,CO_(2)浓度缓增80、120μmol/mol对冬小麦叶绿素荧光参数没有显著影响,而CO_(2)浓度骤增200μmol/mol会显著改变冬小麦主要生育期叶片中的叶绿素荧光特性,使PSⅡ反应中心受损,光合作用能力减弱。综上可知,冬小麦叶片光合能力对CO_(2)浓度升高的响应会因其升高方式(缓增和骤增)的不同而有差异,大气CO_(2)浓度骤增会使冬小麦叶片光合能力下调,而CO_(2)浓度缓增对冬小麦叶片光合能力并无显著影响。

大气CO_(2)浓度上升与增温对双季稻籽粒铁、锌和植酸含量及累积量的影响

为揭示未来气候变化趋势对稻谷Fe、Zn含量和积累量的影响,本研究利用开顶式气室(Open Top Chamber,OTC)系统模拟大气CO_(2)浓度上升(EC处理,+100μL·L^(-1))和增温(ET处理,+1.5℃)以及二者相互作用(ETEC处理,+1.5℃,+100μL·L^(-1))的气候变化情景,对江汉平原2017—2019年双季稻籽粒Fe、Zn以及植酸含量进行持续3 a的大田试验观测。结果表明:双季稻籽粒Fe和Zn含量对大气CO_(2)浓度上升与增温的响应存在较大的年际间差异,其中对大气CO_(2)浓度上升的响应较增温更为敏感。与对照(CK)相比,EC处理显著降低2018年晚稻籽粒Fe含量(-13.41%,P<0.05),显著增加2019年早稻和晚稻籽粒Fe含量(+29.70%和+27.95%,P<0.05);ET处理显著降低2018年早稻籽粒Zn含量(-13.49%,P<0.05)。就3 a观测平均值而言,EC处理显著降低早稻籽粒Zn含量(-8.28%,P<0.05),而ETEC处理显著降低晚稻籽粒Zn含量(-10.91%,P<0.05)。本研究发现CO_(2)浓度上升与增温叠加作用效果有别于各单因子影响,尤其对高温干旱年份晚稻籽粒Zn含量的降低具有显著的正协同效应。本研究预测未来气候变化可能增加稻米食用人口出现“隐性饥饿”的风险。

大气CO_(2)浓度缓增对稻田土壤甲烷氧化过程的影响

微生物介导的甲烷好氧氧化,对控制稻田甲烷排放起着重要作用。本文从基因、群落、活性等多个层次上解析CO_(2)浓度缓增对稻田土壤甲烷好氧氧化过程的影响及其作用机理。依托于田间CO_(2)浓度自动调控平台,在背景CO_(2)浓度(AC)基础上,设置了CO_(2)浓度缓增处理(每年增加40μL·L^(-1),持续4年)(EC)。采用室内泥浆培养以及高通量测序和定量PCR技术,对不同CO_(2)处理下水稻关键生育期(分蘖期、拔节期、扬花期和乳熟期)土壤中的甲烷氧化潜势及其功能微生物的丰度和群落结构进行了系统研究。结果表明:大气CO_(2)浓度升高促进了稻田甲烷氧化潜势和甲烷氧化菌丰度的增加;CO_(2)浓度升高还使得土壤中甲烷氧化菌的群落结构发生了显著变化,其优势菌从Ⅱ型菌转变为Ⅰ型菌。CO_(2)浓度升高所致的土壤中甲烷、氧气浓度以及氮素水平等的改变很可能对稻田甲烷氧化过程产生了重要影响。综合本研究发现,稻田甲烷氧化过程对大气CO_(2)浓度缓增具有积极的响应作用,这对全球气候变暖有一定的缓解作用。

高突煤层CO_(2)致裂增透技术应用研究

针对9206工作面瓦斯抽采效果差的问题,分析了煤层特性,介绍了CO_(2)致裂增透技术原理和工艺,采用CO_(2)致裂增透技术提高煤层透气性后进行抽采,并对致裂效果进行了考察研究。研究结果表明:CO_(2)致裂增透技术实施后,9#煤层瓦斯抽采浓度提高了2倍,抽采流量提高了9倍,60d瓦斯抽查浓度衰减率为16%,抽采效果显著提高。

CO_(2)浓度倍增、增温和轻度干旱对冬小麦根系生长和氮素吸收的影响

【目的】根系是作物氮素吸收的主要器官,研究CO_(2)浓度倍增和增温对根系生长和氮素吸收的影响,为应对气候变化提供科学的养分管理策略。【方法】以冬小麦(Triticum aestivum L.)为材料,在人工气候室内进行盆栽试验。设置对照(大气CO_(2)浓度400μmol/mol+正常环境温度,CK)、CO_(2)浓度倍增(CO_(2)浓度800μmol/mol+正常环境温度,ECO_(2))、增温4℃(CO_(2)浓度400μmol/mol+增温4℃,ETem)和CO_(2)浓度倍增+增温4℃(CO_(2)浓度800μmol/mol+增温4℃,ECO_(2)+ETem)4种气候情景,每种气候情景设置充分供水(80%田间持水量)和轻度干旱(60%田间持水量)两个水分条件。调查了冬小麦根系生长(根生物量、根冠比、总根长、根总表面积和根总体积)和氮素吸收的情况,分析冬小麦氮素吸收与根系生长的关系。【结果】1)CO_(2)浓度倍增对冬小麦各生育期根系生长均无显著影响,而增温4℃和轻度干旱显著抑制了开花和灌浆期的根系生长。2)CO_(2)浓度倍增、增温、轻度干旱共同作用均显著抑制了冬小麦根系生长,其中增温和轻度干旱对根系生长具有协同抑制作用。3)CO_(2)浓度倍增显著降低了冬小麦灌浆期根氮含量,而对地上部氮含量无显著影响;增温4℃显著增加了冬小麦各生育期根氮含量和地上部氮含量;轻度干旱增加了根氮含量和地上部氮含量,且仅对地上部氮含量有显著影响;CO_(2)浓度倍增与增温交互作用仅对根氮含量增加有显著促进作用;增温与轻度干旱交互作用对根氮含量和地上部氮含量增加均有显著促进作用;CO_(2)浓度倍增与轻度干旱交互作用,以及CO_(2)浓度倍增、增温和轻度干旱三者交互作用对根氮含量和地上部氮含量增加均无显著影响。4)根氮积累量及地上部氮积累量均与根系形态指标对CO_(2)浓度倍增、增温、轻度干旱及其交互作用的响应具有相同变化特征,且根氮积累量和地上部氮积累量与各生育期根系形态指标有显著正相关关系。【结论】在本试验条件下增温和轻度干旱对冬小麦根系生长具有较强的抑制作用,且二者对根系生长具有协同抑制作用;CO_(2)浓度倍增对冬小麦各生育期根部和地上部氮素吸收的影响总体不显著,而增温和轻度干旱对根部和地上部氮含量增加均有一定的促进作用,对根部和地上部氮积累量增加均有抑制作用,增温是影响氮素吸收的主导因子。

温度和CO_(2)浓度变化对主要饲料作物功能叶光合参数的影响研究——以玉米和水稻的差异为例

玉米和稻谷是南方地区重要的饲料原料来源。本研究采用LI-6800便携式光合作用测定系统观测了温度和CO_(2)浓度对长江中游平原水稻和玉米扬花期功能叶片光合参数的影响。结果表明:玉米扬花期功能叶片净光合速率对温度升高的敏感性高于水稻。温度升高提高了水稻功能叶片的光合速率。CO_(2)浓度增加提高了扬花期水稻和玉米的最大光合速率。当温度条件相同时,在高CO_(2)浓度条件下水稻比玉米更容易维持较高的光合速率。玉米功能叶片最大电子传递速率(J_(max))与最大羧化速率(V_(cmax))的比值(J_(max)/V_(cmax))随温度升高而显著下降(P<0.05),而水稻J_(max)/V_(cmax)值对温度升高无显著变化。温度升高与CO_(2)浓度增加均可降低两种作物的叶片气孔导度和植物蒸腾速率。本研究发现,玉米功能叶光合参数及生化参数对高温环境较为敏感,即玉米的光合酶活性和光合能力比水稻更容易受到温度升高的抑制作用。建议未来应重视气温升高对玉米饲料资源带来的不利影响,在畜禽养殖中合理调整饲料原料供给结构,适当将稻谷作为饲料原料的替代来源之一,可以抑制因玉米价格上涨造成的饲养成本攀升,提高养殖效益,为新形势下畜牧业发展探索一条高效、可持续的发展道路,提升畜牧业发展的竞争力。

高压CO_(2)预裂增透解吸技术在松软厚煤层的应用

为了提升霍尔辛赫煤矿松软厚煤层钻孔瓦斯抽采效果,采用数值模拟分析论证了CO_(2)预裂增透技术在松软煤层中的可行性,现场应用后煤层瓦斯含量降低了45.6%,瓦斯抽采浓度提高了3.63倍,瓦斯抽采纯量提高了2.53倍,相较于传统本煤层预抽技术,每个回采工作面可节约成本46.96万元,实现了矿井的本质安全和降本增效。

大气CO_(2)浓度上升与增温对双季稻田溶解性有机碳变化特征的影响

以大气CO_(2)浓度上升和温度增加为主要特征的全球气候变化是影响全人类可持续发展的热点问题。本研究采用开顶式气室(open top chamber,OTC)系统模拟大气CO_(2)浓度上升(EC处理,+100 ppm)和增温(ET处理,+1.5℃)的气候变化情景,对江汉平原双季稻主要生长期地表水和土壤孔隙水溶解性有机碳(DOC)浓度、芳香性指数、生物量和产量及相关因素进行观测。结果表明:与CK相比,EC处理显著增加早稻灌浆期土壤20 cm孔隙水DOC浓度,增幅为284.2%(P<0.05);EC处理显著降低早稻孕穗期和抽穗期的DOC芳香性指数,降幅分别为36.9%和31.6%(P<0.05)。EC处理显著降低早稻拔节期土壤20 cm DOC芳香性指数(-35.5%)(P<0.05)。与EC和ET处理相比,大气CO_(2)浓度上升与增温的叠加处理(ETEC)显著增加稻田整个生长期土壤20 cm孔隙水DOC芳香性指数,增幅为23.6%~51.4%(P<0.05)。EC和ET处理均显著增加了双季稻的地上生物量和籽粒产量(P<0.05)。本研究为探索江汉平原双季稻对未来气候变化的响应以及稻田生态系统的碳循环关键过程提供科学参考依据。

岷江冷杉和紫果云杉对增加温度和CO_(2)浓度的物种特异性的生长、形态和生理响应

尽管许多研究评估了植物对增加的大气二氧化碳浓度(CO_(2))和增温的生理生态响应,但探究这两个因素交互作用的研究较少,尤其是更敏感的高海拔树种。为了解决这个问题,我们选用岷江冷杉(Abies faxoniana)和紫果云杉(Picea purpurea)幼苗来评估增加CO_(2)浓度(CeTa,700 ppm)、增温(CaTe,高于环境温度2°C)以及增加CO_(2)浓度和增温(CeTe)交互作用对植物生长、形态和生理的影响。我们的研究发现CaTe处理下,这两种针叶树总干重、比根长、净光合速率以及^(15)NH_(4)+和^(15)NO_(3)−的转运速率均升高,但CeTe处理下植株的响应更强烈(岷江冷杉的净光合速率除外)。这些结果表明,增加CO_(2)浓度加剧了增温对植物生长和生理反应的影响。此外,CeTe对紫果云杉生理特征的影响更大,其总干重、比叶面积、水分利用效率(δ^(13)C)、δ^(15)NO_(3)^(−)-N水平、15NH4+和15NO3−的转运速率和非结构碳水化合物浓度均高于岷江冷杉。总体而言,这些研究结果表明,在评估针叶树种对未来气候的响应时,应考虑CO_(2)×温度的交互作用。

增温和CO_2浓度加倍对川西亚高山针叶林土壤微生物群落结构的影响

土壤是陆地生态系统中最主要的碳库,土壤微生物是土壤的重要组成部分,其群落结构对全球变化十分敏感,研究气候变化背景下土壤微生物群落结构的变化对于预测陆地生态系统净碳平衡有着重要的作用.通过全自动微气候控制的"人工模拟气候实验系统"对川西亚高山针叶林土壤进行模拟增温(ET)、CO_2浓度加倍(EC)以及增温^+CO_2浓度加倍(ETC)处理,采用磷脂脂肪酸法(Phospholipid fatty acids,PLFAs)研究ET、EC及ETC对土壤中微生物群落结构的影响,结果表明:(1)与对照相比,ETC、EC、ET均使总磷脂脂肪酸含量显著降低,降低幅度分别为52.8%、47.8%、31.3%.(2)ETC、EC和ET均使细菌、真菌、革兰氏阴性菌(G-)的PLFAs含量显著降低(P<0.01),ETC的降幅大于EC和ET;ETC、EC显著降低了革兰氏阳性菌(G^+)的PLFAs含量,但ET对G^+的PLFAs含量没有显著影响.(3)ETC使G^+/G^-比值显著升高,使真菌/细菌比值显著降低,但EC、ET对G^+/G^-、真菌/细菌比值没有显著影响;同时,ETC、EC、ET对放线菌和菌根真菌的PLFAs含量均没有显著影响.本研究表明,ETC、EC、ET处理均能使土壤微生物群落结构发生变化,并且ETC对土壤微生物群落结构的影响大于单独的ET或EC.

CO_(2)浓度升高、增温和冬小麦种植对土壤酶活性的影响

研究农田土壤酶活性对CO_(2)浓度升高和增温的响应,可为气候变化背景下农田生态系统养分管理提供科学依据。本研究在人工模拟气候室进行盆栽控制试验,设置了4种气候情景,分别为对照(CK,CO_(2)浓度400μmol·mol^(-1)+正常环境温度)、CO_(2)浓度升高(ECO_(2),CO_(2)浓度800μmol·mol^(-1)+正常环境温度)、增温(ET,CO_(2)浓度400μmol·mol^(-1)+增温4℃)及CO_(2)浓度和温度均升高(ECO_(2)+T,CO_(2)浓度800μmol·mol^(-1)+增温4℃),研究有、无冬小麦生长下β-葡萄糖苷酶(βG)、β-N-乙酰葡糖苷酶(NAG)、碱性磷酸单脂酶(ALP)和多酚氧化酶(PPO)4种土壤酶活性在冬小麦拔节期(JS)、开花期(AS)、灌浆期(FS)和成熟期(MS)对CO_(2)浓度升高和增温的响应。结果表明:无冬小麦生长下,ECO_(2)与CK间4种土壤酶活性差异不显著,而ET和ECO_(2)+T处理对4种土壤酶活性有显著抑制作用。有冬小麦生长条件下,与CK相比,ECO_(2)和ECO_(2)+T处理对4种土壤酶活性均无显著影响;ET处理对土壤ALP和PPO活性有显著影响;ECO_(2)+T与ET间4种土壤酶活性有显著差异,与ET相比,ECO_(2)+T处理的土壤βG活性在JS期显著增加,NAG活性在JS期显著降低,ALP活性在AS和FS期显著增加,PPO活性在JS期显著降低,而在AS期显著增加。CO_(2)浓度升高与增温的交互作用在有、无冬小麦生长下均对土壤NAG和ALP活性有显著影响;无冬小麦生长下,增温和试验时段的交互作用对4种土壤酶活性有显著影响,而在有冬小麦生长下,增温和生育期的交互作用仅对ALP和PPO活性有显著影响;CO_(2)浓度升高、增温与试验时段的交互作用在无冬小麦生长下对土壤βG、ALP和PPO活性有显著影响,而在有冬小麦生长下CO_(2)浓度升高、增温与生育期对土壤NAG、ALP和PPO活性有显著影响。冬小麦生长对土壤βG、NAG和ALP活性在前两个生育期(JS+AS期)表现为显著抑制作用,在后两个生育期(FS+MS期)表现为显著促进作用,对土壤PPO活性在全生育期均表现为显著抑制作用。总体上,CO_(2)浓度升高对冬小麦土壤酶活性的影响不显著,而CO_(2)浓度与温度均升高对冬小麦土壤酶活性的影响在不同生育期因土壤酶种类不同而不同;此外,有、无冬小麦条件下4种土壤酶活性对CO_(2)浓度升高与增温的交互作用响应程度不一。

CO_(2)浓度与温度升高对冬小麦叶片光合与快速叶绿素荧光特征的影响

为研究CO_(2)浓度和温度升高对小麦叶片光系统Ⅱ(PSⅡ)性能与光合特性的影响,以盆栽冬小麦‘郑麦9023’为材料,通过气候变化人工模拟控制室设置不同CO_(2)浓度(400与600μmol·mol^(-1))与温度(室温与室温+2℃),测定小麦关键生育期叶片的光合特征曲线(P_(n)-PAR曲线、A-C_(i)曲线)与快速叶绿素荧光诱导动力学曲线(OJIP曲线),分析光合性能的变化特征。结果表明:增温条件下,小麦旗叶叶绿素a、b和类胡萝卜素浓度在开花期较对照显著增加,但最大电子传递速率(J_(max))与最大净光合速率(P_(max))无显著变化,最大羧化速率(V_(max))与V_(max)/J_(max)降低。CO_(2)浓度升高及其与增温的叠加作用下叶绿素浓度无显著变化,P_(max)、J_(max)与V_(max)较对照显著升高,但叠加效应下P_(max)与J_(max)提升幅度降低。增温下小麦PSⅡ综合性能指数(PI_(ABS))显著受到抑制,主要是由于PSⅡ反应中心闭合程度(V_(j))增加,受体侧损伤,使单位反应中心和单位横截面积电子传递能力(ET_(o)/RC、ET_(o)/CS_(m))降低,引起电子传递量子产额(Ψ_(Eo))减少。CO_(2)升高下,虽然ET_(o)/RC也受到抑制,但由于单位面积有活性的PSⅡ数目(RC/CS_(m))增加,QA被还原速率下降,所以PI_(ABS)得到增强。二因素叠加作用下,PSⅡ供受体侧电子传递性能(W_(k)、V_(j)、Mo)较单一增温处理得到改善,因而PI_(ABS)较对照没有显著降低。因此,温度持续升高2℃可显著抑制冬小麦叶片光合系统电子传递能力,而CO_(2)浓度升高扩大了PSⅡ反应中心的开放程度,增强了供受体侧电子传递能力,对增温产生的光合抑制具有一定的缓解作用。

大气CO_(2)浓度和温度升高对木荷和杉木幼苗土壤卤代烃含量的影响

大气CO_(2)浓度增加和温度升高引起的全球变化对土壤生态系统的生物地球化学过程产生了重要影响。挥发性卤代烃(VOXs)的合成与释放是土壤参与全球物质循环与能量流动的重要途径。本研究以南亚热带乔木幼苗木荷和杉木为对象,设置对照(CK)、CO_(2)浓度升高(EC)、增温(ET)以及两者同时升高(EC+ET)4个处理,运用开顶箱及吹扫捕集-气质联用仪分析大气CO_(2)浓度增加和温度升高对土壤VOXs的影响。结果表明:木荷幼苗土壤VOXs含量高于杉木,分别为0.065~0.252和0.038~0.136 ng·g^(-1)。EC、ET和EC+ET处理均导致木荷和杉木幼苗土壤VOXs含量降低,其中,ET处理效果最明显,下降率分别达到74.2%和72.1%,增温主要通过改变土壤水分和氮含量而影响土壤VOXs含量。不同处理木荷幼苗土壤VOXs含量下降幅度大于杉木。CK、EC、ET和EC+ET处理木荷幼苗土壤VOXs以溴二氯甲烷和四氯化碳为主,溴二氯甲烷分别占27.5%、36.7%、32.9%、32.6%,四氯化碳分别占9.0%、16.8%、22.7%、15.8%;而杉木幼苗土壤VOXs以溴二氯甲烷和二溴甲烷为主,其中,溴二氯甲烷分别占31.9%、38.2%、40.9%和37.2%,二溴甲烷含量分别占17.9%、16.5%、19.2%和16.0%。模拟大气CO_(2)浓度增加和温度升高复合因子的研究,有利于更全面反映全球气候变化的生态效应,可为完善挥发性有机化合物(VOCs)通量模型提供数据支持。

CO_(2)浓度和温度升高对谷子各生育期土壤氧化还原酶活性的影响

研究CO_(2)浓度和温度升高对作物各生育期土壤氧化还原酶活性的影响,有助于分析气候变化对土壤养分循环过程的影响。本研究结合人工气候室和盆栽控制实验,模拟3种气候情景(当前环境CO_(2)浓度和温度、仅CO_(2)浓度升高、CO_(2)浓度和温度均升高)和2种水分条件(充分供水和轻度干旱),研究了谷子(Setaria italica)开花期、开花后10 d、灌浆期和收获期4个生育期土壤氧化还原酶活性对CO_(2)浓度升高和增温的响应。结果表明,CO_(2)浓度由400μmol mol^(-1)升至700μmol mol^(-1)显著抑制了土壤过氧化氢酶和多酚氧化酶活性,二者降幅分别为2.86%~7.99%和8.63%~27.00%;而温度由22℃增加到26℃显著增加了土壤过氧化氢酶和多酚氧化酶活性,二者增幅分别为2.10%~9.83%和10.03%~24.96%;CO_(2)浓度升高和增温的交互作用对两种土壤酶活性的影响在谷子4个生育期均无显著影响。谷子生育期对土壤氧化还原酶活性有显著影响,CO_(2)浓度升高与生育期的交互作用对两种土壤氧化还原酶活性均有显著影响,但增温与生育期交互作用仅对土壤多酚氧化酶活性有显著影响。冗余分析(RDA)结果显示,土壤NH_(4)^(+)和MBN对土壤多酚氧化酶活性的变化有较高的解释度。CO_(2)浓度升高抑制土壤氧化还原酶活性,增温提高土壤氧化还原酶活性,两者在多数谷子生育期表现为拮抗作用;谷子生育期影响土壤氧化还原酶活性对气候变化的响应;土壤有效N含量是影响土壤多酚氧化酶活性的重要因素。

CO_(2)升高和增温没有稀释椴树叶片氮浓度却降低了叶片的光合能力

深入理解CO_(2)升高和全球变暖对植物的影响是预测植物适应性的关键。本研究以温带阔叶耐荫树种椴树(Tilia amurensis)幼苗为试验材料,研究了当前CO_(2)浓度和气温组合处理(CC)与预测的未来气候条件下CO_(2)升高和增温组合处理(FC)对植物光合驯化的影响模式。结果发现,FC处理促进了椴树地上部分的生长,降低了叶片的光合能力(最大羧化速率和最大电子传递速率),也降低了椴树光合作用生化限制中从羧化限制向电子传递限制过渡点的光合速率。FC处理没有改变叶片氮浓度,但是提高了单株叶片的含氮量和光合氮素利用效率。这些结果表明,在椴树适应未来气候条件中发挥重要的作用的可能是叶片的氮素利用效率,而非其光合能力。本研究为理解椴树的光合驯化特征提供了新的见解,研究结果也可以用于预测椴树在未来气候条件下可能的表现。

土壤微生物群落对全球气候变化响应的研究进展

全球气候变化对陆地生态系统过程和功能产生重要影响,土壤微生物群落在陆地生态系统几乎所有的生物地球化学循环过程起到关键作用。本文针对气候变化对土壤微生物的影响研究结果,主要从土壤微生物活性(土壤呼吸与酶活性)和微生物群落结构对大气CO_(2)升高、增温、降水变化、氮沉降等全球变化单因子和多因子的直接或间接响应进行综述,并进一步阐述参与土壤碳氮循环过程的功能微生物对气候变化的响应机制与适应规律。全球变化因子改变了土壤微生物的群落组成,呈现降低、增加和无影响3种效应,且不同功能微生物也呈现不同的敏感性。多个全球变化因子对土壤微生物群落结构的交互效应可能存在加性、协同、拮抗作用,产生加和的、相互促进或抵消的整体效果。然而,目前对多种全球变化因子如三因子或四因子的组合作用,以及多因子的高阶交互作用研究较少;已有的研究地理分布不均匀,且时间和空间大尺度的研究不足;缺乏综合生态系统模型对全球变化的影响进行模拟和预测。最后指出今后的研究发展方向:进行多种全球变化因子、长时间、多生态系统点位、大空间尺度的土壤微生物群落动态研究;探究多种全球变化因子的高阶交互作用;建立综合响应的生态系统模型,精确全球气候变化及其交互作用对土壤微生物群落影响的估算。这将有助于准确预测未来全球气候变化情景下生态系统尤其是土壤微生物生态系统的响应,为生态系统的可持续发展提供科学基础。