OTC-Ⅰ型开顶式气室优化设计与性能分析

为了模拟CO2、O3质量浓度升高的环境条件,OTC-Ⅰ型优化开顶式气室设计实现计算机自动控制气室内的气体质量浓度,其它环境条件接近自然状态,气室内空间适合木本植物生长。对气室性能试验分析结果表明,高质量浓度CO2处理(700μmol/mol)的变异量≤4%,高质量浓度O3处理(80mmol/mol)的变异量≤9%,说明处理气室内CO2与O3质量浓度比较稳定,各重复气室之间控制气体质量浓度无显著差异。本套系统可用于植物对气候变化的响应研究,所得数据相对可靠,是模拟气体环境的较好装置,适用于长期的监测研究。

Martensitic transformation under impact with high strain rate

This paper deals with the quantitative prediction of the volume fraction of martensitic transformation in a austenitic steel that undergoes impact with high strain rate. The coupling relations between strain, stress, strain rate, transformation rate and transformed fraction were derived from the OTC model and modified Bodner-Partom equations, where the impact process was considered as an adiabatic and no entropy-increased process (pressure less than or equal to 20GPa). The one-dimensional results were found to model and predict various experimental results obtained on 304 stainless steel under impact with high strain rate.

中国冬小麦品种对臭氧、二氧化碳和干旱的响应

臭氧属于二次污染物，它是由机动车、工厂等人为源以及天然源排放的氮氧化物(NOx)和挥发性有机物(VOCs)等一次污染物在大气中经过光化学反应形成的。O3 是光化学烟雾的主要成分，可对植物生长产生抑制。近几十年来，全球O3 污染的格局正在发生着巨大改变。由于北美及西欧等经济发达地区采取了有效控制臭氧形成前体物的措施，其空气中的O3 浓度在减少，而亚洲等经济发展中地区的O3 形成前体物的排放却在急剧攀升，导致大气中O3 浓度显著增加。中国经济的快速发展以及汽车保有量的迅猛增加导致O3 前体物的大量排放，许多经济较发达的地区空气中的O3 浓度超过了75ppb。由于O3 污染将导致农作物产量显著降低，因此，亚洲尤其是中国O3 污染对本地区农业生产的影响引起了国内外科学家的广泛关注。然而，在中国开展的关于O3 对植物生长及生产影响的研究相对较少，但已有的几篇研究报道确实指出目前中国部分地区的O3 浓度可导致冬小麦产量大幅下降，并预测到2020 年由O3 污染将引起小麦产量进一步降低。 植物对臭氧的反应或敏感性取决于诸如叶片导度、叶片结构及生化解毒等很多方面。首先，由于高叶片导度将吸收较多的臭氧量，因此，叶片导度通常被认为是决定抗性最为重要的因子。处于湿润条件下的植物，通常具有较高叶片导度，受到臭氧危害的程度一般也较大。其次，植物抗氧化胁迫能力的大小也决定着其对臭氧的敏感性。同一植株的老叶首先表现出伤害症状，这是由于老叶的抗氧化能力差于新叶，体现在抗坏血酸和谷胱甘肽含量及抗坏血酸氧化物酶和谷胱甘肽还原酶活性低于新叶。另外，叶片对臭氧的敏感程度与其叶片结构关系密切，拥有较大的细胞间隙对抗污染特性至关重要，由于叶片上表面的栅栏组织较海绵组织致密，因此通常较早表现出伤害症状。 影响植物对臭氧反应的环境因子很多，诸如光照、水气压亏、温度等。由于臭氧主要通过气孔进入植物体内，因此目前的研究主要集中在能显著调节气孔导度的环境因子，如土壤水分状况和在未来可能会与大气中臭氧浓度同步增加的CO2 浓度。CO2 浓度升高可降低植物的气孔导度，因此，CO2 浓度升高可减少叶片对O3 的吸收量。同时，大气CO2 浓度升高可提高净同化速率，可导致气孔的部分关闭而减少蒸腾，从而显著提高植株的水分利用效率，最终促进作物生长并提高产量。然而，二者对作物产量的交互影响尚不明确。水分胁迫被认为是影响O3 对植株伤害的一个重要环境因子。与正常供水相比，水分胁迫常常伴随着气孔导度的降低，导致进入到植株体内的O3 量相对较少而减轻植株受到的伤害程度。然而水分供应不足本身将导致小麦生长降低及产量下降。因此，水分亏缺可能会保护植株免受O3 伤害，同时也可能会加剧对植株的胁迫。 高浓度臭氧环境下，植物表现出较低的气孔导度。但研究表明，对臭氧敏感性不同的植物其气孔导度对臭氧的反应程度不同。臭氧对气孔的作用将影响植物生产力，同时也将影响植物对其它环境胁迫如干旱等的反应。短时间臭氧熏蒸小麦导致叶片细胞膜系统受损、光合产物输出受阻;而长期受臭氧污染后，小麦叶片的光合速率、光化学效率、叶绿素含量和蔗糖含量均显著降低，并与臭氧剂量的大小和峰值出现的早晚有关。O3 浓度升高将抑制光合作用，减少气孔导度，加强呼吸作用，改变C 同化物分配，加快叶片的衰老。众多研究表明，O3 导致的光合能力下降主要是由Rubisco 最大羧化效率降低导致;而O3 对光合器官捕获光的能力及光合电子传递速率的影响是光合作用下降的另一个原因。 尽管已有不少关于不同物种间对O3 敏感性的种间差异研究，然而育种方法或育种地点对中国不同冬小麦品种的O3 敏感性的影响尚不清楚。因此，我们假设育种年代、育种方法及地点将交互影响冬小麦品种对O3 的生长及生理响应。为进一步明确基因对冬小麦O3 敏感性的控制，研究了普通六倍体冬小麦的近缘体对O3 敏感性的差异。CO2 浓度升高及干旱胁迫对小麦臭氧敏感性的影响也进行了研究。论文主要从生理生化、生长及产量水平上来阐释O3 浓度升高、CO3加倍、干旱对冬小麦生长及生产影响的机理。 本研究主要是在温室中的上部开口的生长箱（open-top chamber, OTC）中进行。先后开展了四个盆栽实验研究，主要目的是确定中国不同基因型冬小麦种或品种对臭氧的敏感性及其反应机理;确定CO2 浓度升高及干旱在减轻O3 伤害方面的作用及其机理。实验材料为中国不同年代选育出的小麦品种，即1745年至2004 年间选育出的20 个品种和7 个小麦材料。主要评价指标包括相对生长速率、异速生长系数、叶绿素荧光、抗氧化活性、可溶性蛋白质含量、膜酯过氧化、气体交换、光合能力、叶绿素含量、暗呼吸、生物量及籽粒产量。实验研究得到的主要结果如下： 1) O3 升高显著降低整株及地上和地下部分的相对生长速率，显著降低异速生长系数、可变荧光、最大光化学效率、量子产额、光化学淬灭系数以及电子传递速率，但提高了非光化学淬灭系数。冬小麦不同品种对O3 的敏感性随育种年代的增加而增大，并与对照植株相对生长速率呈正相关。尽管近年来环境中的O3 浓度比过去显著增加，但新近育出的品种对臭氧的抗性却没有表现出协同进化效应。通过杂交选育的品种对臭氧的敏感性大于通过引进的和重选的品种。从生长和光合生理上来看，不同小麦品种对臭氧的敏感性与育种地点没有相关性，表明冬小麦品种对臭氧的适应能力与其生长环境下的臭氧浓度无关。因此，对臭氧相对敏感的冬小麦品种主要是由培育中较高相对生长速率或较高光合能力的杂交育种方式决定的，而与选育地点环境中的臭氧浓度无关。 2) 臭氧显著降低叶片中抗坏血酸（AsA）和可溶性蛋白的含量，但提高了过氧化物酶（POD）的活性和膜酯过氧化物（MDA）的含量。臭氧浓度升高抑制饱和光强下的净光合速率（Asat），降低气孔导度（gs）和总叶绿素含量，而显著提高暗呼吸速率（Rd）和胞间CO2 浓度（Ci）。臭氧导致总生物量降低，但地下部生物量受到的影响大于地上部。不同基因型小麦对臭氧的潜在敏感性与实际观察到的抗臭氧能力存在很大差异。冬小麦品种对臭氧的敏感性与臭氧环境下植株气孔导度和暗呼吸速率相关。臭氧导致Ci 浓度升高以及膜酯过氧化，由此得出臭氧导致的净光合速率主要是由于臭氧降低了叶肉细胞活性及细胞膜的完整性。新品种对臭氧相对敏感，主要是由于其具有较高的气孔导度抗氧化能力下降幅度较大以及较低的暗呼吸速率，从而对蛋白和细胞膜完整性造成较高的氧化伤害。 3) 臭氧对冬小麦光合和生长的影响存在着显著的种间差异。原初栽培种表现出最大的抗性，当代品种次之，而野生种对臭氧最为敏感。在普通冬小麦不同基因组供体中，钩刺山羊草（Aegilops tauschii，DD）对臭氧最敏感，其次为栽培一粒小麦（T. monococcum，AA），而圆锥小麦（Triticum turgidum ssp.Durum，AABB）对臭氧的抗性最大。因此，当代冬小麦品种对臭氧的敏感性可能是与其D 染色体供体-钩刺山羊草对臭氧敏感有关，而与其A、B 染色体供体-圆锥小麦的关系相对较小。 4) CO2 浓度升高提高了老品种和新品种的Asat，最大羧化速率（Vcmax），最大电子传递速率（Jmax）、光和CO2 饱和光合速率（Amax）。与之相反，臭氧显著降低了这些生理参数。虽然两品种对CO2 的响应没有显著性差异，但CO2浓度升高均有效保护了臭氧对它们的伤害。这种效应与CO2 浓度升高引起的气孔导度降低无关，而与代谢活性的提高有关。 5) 水分胁迫和臭氧分别都显著降低了 Asat 和gs。干旱显著降低Vcmax 和羧化效率（CE），而对Jmax 和暗呼吸（R）的影响不显著。臭氧显著降低冬小麦不同基因型的Vcmax，Jmax，R 和CE。二者均降低了生物量的积累及最终籽粒产量。与六倍体小麦相比，四倍体小麦对干旱相对敏感，但对臭氧却表现出较高抗性。干旱降低了气孔导度从而显著减少了植株对臭氧的吸收量，但两基因型的反应截然不同。干旱使臭氧对六倍体小麦产量和收获指数的伤害分别减少了约16%和50%，而干旱对该四倍体小麦的保护效应不大。

环境变化对内蒙古草原小叶锦鸡儿和羊草土壤氮素转化的影响

氮素是影响内蒙古温带典型草原植物生长和初级生产力的主要因素之一，土壤氮素的可利用性及其对全球环境变化的响应对于预测生态系统碳氮平衡显得尤为重要。空气中的游离氮和土壤中的有机氮必须通过固氮作用和矿化作用，转化为无机氮才能被绝大多数高等植物直接利用，氮素转化决定土壤氮素有效性。因此，研究环境变化对草原灌丛豆科固氮植物小叶锦鸡儿和草原优势植物种羊草土壤氮素转化重要生物过程的影响，对于进一步了解草原氮库变化及其对环境变化的可能响应有重要意义。 在中国科学院内蒙古草原生态系统定位站，利用开顶式生长室（Open-top chamber，OTC）控制实验模拟环境变化，经过三年的实验处理，研究氮素、水分和CO2浓度变化对小叶锦鸡儿根瘤生长和共生固氮、小叶锦鸡儿和羊草土壤净氮矿化速率的影响。观察小叶锦鸡儿根瘤形态和数量、测定根瘤长度和生物量以及固氮酶活性、测定土壤净氮矿化速率和土壤酶活性，探讨小叶锦鸡儿和羊草土壤氮素转化对环境变化响应机理。 结果表明，三年生桶培小叶锦鸡儿根瘤多着生于侧根，以浅黄色的小型球状根瘤为主，其次是棕褐色的棒状和纺锤状根瘤，较大型的褐色Y状根瘤相对较少。添加氮素极显著地抑制根瘤生长发育及其固氮酶活性，这种抑制效应随着水分增加和CO2浓度升高有所减缓。随着水分的增加，根瘤形态多样，根瘤着生部位由主根渐向侧根再向须根发展，根瘤数量和重量也显著增加。水分和CO2浓度升高，固氮酶活性增加但是未达到显著水平。小叶锦鸡儿根瘤生长及其固氮酶活性在加水条件下最好，水分可能是限制内蒙古半干旱草原小叶锦鸡儿固氮能力的关键因素。 环境变化影响小叶锦鸡儿土壤无机氮库。添加氮素处理，土壤无机氮库显著增加。添加氮素后，土壤脲酶活性显著降低，铵态氮和无机氮都出现明显的氮固持，但硝化速率增加，可能是由于添加氮素后土壤化学性质改变更利于硝化细菌进行硝化活动。随着水分和CO2浓度的升高，由于植物生长需求更多氮素的供应，土壤无机氮库显著降低。水分和CO2浓度处理对小叶锦鸡儿土壤脲酶活性和净氮矿化速率没有显著影响，但是能一定程度上减缓了氮素的负效应，促使无机氮的转化，使土壤微生物对铵态氮和无机氮的固持减少。但是蛋白酶活性和硝酸还原酶活性对三种环境因子响应均不敏感，脲酶对环境因子的变化最为敏感。小叶锦鸡儿土壤氮素转化与土壤理化性质密切相关，环境因子通过影响土壤脲酶活性以及土壤酸碱度等影响土壤矿化速率，进而影响土壤无机氮浓度和植物可利用氮。 羊草土壤无机氮库与小叶锦鸡儿土壤无机氮库对环境变化的响应较为一致，添加氮素羊草土壤无机氮含量显著增加，水分增加土壤无机氮含量显著降低。添加氮素使硝化速率显著增大，氨化速率和净氮矿化速率降低，但是未达到显著水平，铵态氮和无机氮出现固持现象。水分的增加降低土壤无机氮库，刺激脲酶活性，微生物对铵态氮的矿化作用增加，但是硝态氮的矿化作用受抑制，对净氮矿化没有影响。CO2浓度升高对羊草土壤无机氮库和土壤氮素矿化都没有显著地影响，但是CO2浓度升高在适宜水分下通过刺激土壤微生物活性，促进脲酶活性和无机氮的转化。羊草土壤酶活性对氮素和CO2浓度的响应与小叶锦鸡儿土壤酶活性的响应一致。 综上，不同环境因子对氮素转化过程影响不同，氮素添加抑制小叶锦鸡儿根瘤及其固氮酶活性，降低小叶锦鸡儿和羊草土壤净氮矿化速率。水分和CO2浓度升高一定程度上缓解了氮素对固氮酶活性以及土壤净氮素矿化速率的抑制作用，有利于土壤氮素转化。

Annealing-induced evolution of defects in low-temperature-grown GaAs-related materials

Infrared absorption spectroscopy, optical transient current spectroscopy (OTCS), and photoluminescence (PL) spectroscopy are used to investigate the annealing induced evolution of defects in low-temperature (LT)-grown GaAs-related materials. Two LT samples of bulk GaAs (sample A) and GaAs/AlxGa1-xAs multiple-quantum-well. (MQW) structure (sample B) were grown at 220 and 320 degreesC on (001) GaAs substrates, respectively. A strong defect-related absorption band has been observed in both as-grown samples A and B. It becomes weaker in samples annealed at temperatures above 600 degreesC. In sample A, annealed in the range of 600-800 degreesC, a large negative decay signal of the optical transient current (OTC) is observed in a certain range of temperature, which distorts deep-level spectra measured by OTCS, making it difficult to identify any deep levels. At annealing temperatures of 600 and 700 degreesC, both As-Ga antisite and small As cluster-related deep levels are identified in sample B. It is found that compared to the As cluster, the As-Ga antisite has a larger activation energy and carrier capture rate. At an annealing temperature of 800 degreesC, the large negative decay signal of the OTC is also observed in sample B. It is argued that this negative decay signal of the OTC is related to large arsenic clusters. For sample B, transient PL spectra have also been measured to study the influence of the, defect evolution on optical properties of LT GaAs/AlxGa1-xAs MQW structures. Our results clearly identify a defect evolution from AS(Ga) antisites to arsenic clusters after annealing.

Investigation of defects in low-temperature-grown GaAs using optical transient spectroscopy

Optical transient current spectroscopy (OTCS) has been used to investigate defects in the low-temperature-grown GaAs after postgrowth rapid thermal annealing (RTA). Two samples A and B were grown at 220 degreesC and 360 degreesC on (001) GaAs substrates, respectively. After growth, samples were subjected to 30s RTA in the range of 500-800 degreesC. Before annealing, X-ray diffraction measurements show that the concentrations of the excess arsenic for samples A and B are 2.5 x 10(19) and 1 x 10(19) cm(-3), respectively. It is found that there are strong negative decay signals in the optical transient current (OTC) for the annealed sample A. Due to the influence of OTC strong negative decay signals, it is impossible to identify deep levels clearly from OTCS. For a comparison, three deep levels can be identified for sample B before annealing. They are two shallower deep levels and the so-called As-Ga antisite defect. At the annealing temperature of 600 degreesC, there are still three deep levels. However, their structures are different from those in the as-grown sample. OTC strong negative decay signals are also observed for the annealed sample B. It is argued that OTC negative decay signals are related to arsenic clusters. (C) 2000 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

银杏、油松对CO2和O3浓度升高的生理响应

随着工业化和城市化的迅速发展，高浓度CO2和高浓度O3对植物影响的研究受到了广泛的重视，但二者交互作用对城市树木的生理及碳氧平衡的影响尚不清楚。银杏（Ginkgo biloba）、油松（Pinus tabulaeformis）是沈阳市城市森林的两种重要树种，对大气环境变化的响应具有代表性。本文采用开顶箱法研究了在高浓度CO2（700 μmol•mol-1）、O3（80 nmol•mol-1）及其复合作用条件下城市银杏、油松生长、光合、蒸腾以及呼吸作用的日动态、季节动态变化，揭示了银杏、油松光合对高浓度CO2、O3的适应机制及其本身环境效应的变化规律，为研究城市森林对全球变化的响应与反馈提供了重要基础。 得出的主要结果如下： 1. 短期（0-30 d）高浓度CO2处理提高了银杏、油松叶片/针叶细胞间CO2浓度、羧化效率和表观量子效率，从而提高了银杏、油松的净光合速率。 2. 一个生长季(100 d)高浓度CO2处理促进了银杏、油松叶片/针叶的生长，提高了细胞渗透调节物质含量，增强了银杏、油松抵御逆境胁迫的潜能。银杏、油松日变化曲线趋向单峰曲线，缓解了中午的光抑制现象；固碳释氧量提高了近1倍，有助于减缓全球变化的速度。 银杏、油松的气孔导度和羧化效率的降低是发生光合适应的重要原因。 3. 高浓度O3处理可导致两树种的生理伤害，银杏叶片表现为褐斑型伤害，油松则为水锈型，叶片生长受到抑制。同时两树种可溶性蛋白、可溶性糖含量降低，电导率升高。 两树种叶绿素含量降低，净光合速率下降。银杏光合速率的降低前期表现为气孔限制，后期转为非气孔限制为主。油松光合速率下降则是两种限制因素共同作用的结果,难分主次，表明油松的气孔调节能力弱于银杏，更易受到O3的伤害。造成实验处理后期银杏、油松光合速率下降的非气孔因素是表观量子效率和羧化效率的降低。 高浓度O3处理使银杏、油松的光抑制现象加强，固碳释氧、降温增湿能力降低，且油松降低幅度大于银杏。 4. 高浓度CO2和O3复合处理提高了银杏油松的叶绿素含量，减轻了高浓度O3对叶片/针叶的伤害，促进了叶的生长。 与对照相比，复合处理提高了银杏、油松的净光合速率，降低了气孔导度和蒸腾速率，从而使水分利用效率和含水量得到提高。表观量子效率和羧化效率的提高是光合速率大幅度上升的重要因素；呼吸速率的提高则是后期光合速率增幅减小的重要原因。复合处理前期CO2主要是通过气孔调节来缓解O3对树木的伤害，高浓度CO2处理对光合作用的促进作用大于高浓度O3处理的抑制作用。 高浓度CO2和O3复合处理的银杏、油松的光呼吸速率、可溶性蛋白、可溶性糖的含量增加，电导率降低，提高了银杏、油松的抗逆性，这是高浓度CO2缓解O3胁迫对树木伤害的一个原因。复合处理同样缓解了银杏、油松光抑制现象，提高了固碳释氧量，但银杏降温增湿能力降低。

CO2浓度升高对三种树木叶片化学和舞毒蛾幼虫取食及生长的影响

探讨全球气候变化的生物学和生态学效应是当今生态学中的热点，研究大气CO2浓度升高对植物-昆虫相互作用关系的影响具有重要的理论和实践意义。本文使用开顶式气室（Open-top chamber，OTC）在野外条件下研究了CO2浓度升高对三种树木（小青杨、白桦和蒙古栎）叶片化学成分含量的影响，以及树木叶片品质变化对一种广食性森林昆虫（舞毒蛾）幼虫取食、生长发育和取食偏嗜性的影响。得出如下结果：（1）CO2浓度升高对3个受试树种叶片中的营养成分及次生代谢物含量均有显著影响，总体表现为氮含量降低，而碳氮比、非结构性碳水化合物、总酚和缩合丹宁含量增加。叶片中的化学成分含量可随时间发生显著变化，不同树种、甚至同一树种不同冠层高度的叶片对CO2浓度升高的响应强度也是不同的。叶片的干物质含量和比叶重对CO2浓度升高的响应不显著。（2）室内非选择性取食实验、室内选择性取食实验以及上树取食饲养方式下的多龄期取食实验，均发现高浓度CO2处理组内舞毒蛾幼虫的生长发育受到显著抑制。但对四龄舞毒蛾幼虫所进行的短期生物测定并未发现不同CO2浓度处理下幼虫的生长发育速率、对食物的取食率和转化率等昆虫营养指标存在显著差异。（3）叶片品质的降低是导致舞毒蛾幼虫生长发育受抑制的主要原因。但是总体上，CO2浓度升高导致的叶片品质变化并未显著影响幼虫的取食率和取食量。（4）舞毒蛾幼虫对不同叶片种类表现出清晰的取食选择性，这种选择性在其幼龄期就可表现出来。幼虫对小青杨上层叶片有最显著的偏嗜性，对蒙古栎下层叶片有最明显的拒食性。但是CO2浓度升高导致的叶片品质变化对舞毒蛾幼虫的取食选择性和寄主偏嗜行为并未产生显著影响。（5）检测出高浓度CO2处理组内舞毒蛾幼虫虫粪中含有浓度更高的植物次生代谢物质（总酚和缩合单宁），这很可能是昆虫整体生长发育受抑制的重要原因之一。

高浓度CO2 和O3对银杏、油松次生代谢的影响

本文采用开顶箱法研究了在连续两年高浓度CO2（700 μmol•mol-1）、O3（80 nmol•mol-1）及其复合作用条件下银杏和油松的生长、初生代谢产物和次生代谢产物含量的季节动态变化、年度动态变化，揭示了银杏、油松次生代谢对高浓度CO2、O3的适应机制及其对树木本身的影响，为研究城市森林对全球变化的响应与反馈提供了重要理论依据。 得出的主要结果如下： 1. CO2倍增处理在2006、2007两个生长季中都增加了银杏、油松叶片中淀粉、可溶性糖、可溶性蛋白的含量；同时也显著增加了银杏叶片中单宁、萜类化合物和油松单宁、总酚的含量。但是在2007生长季中，这些物质的增幅相对2006生长季CO2处理减缓。高浓度CO2处理对银杏、油松叶可溶性蛋白含量和银杏叶中黄酮化合物含量的影响在两个生长季中变化不同：在2006生长季中高浓度CO2处理增加了银杏、油松叶可溶性蛋白含量，降低了银杏叶中黄酮化合物含量；在2007生长季中则降低了银杏、油松叶中可溶性蛋白含量，增加了银杏叶黄酮化合物含量。 2. O3倍增处理在2006、2007两个生长季中都有降低银杏、油松叶中淀粉、可溶性糖、可溶性蛋白含量和银杏叶中单宁、黄酮化合物含量的趋势；同时， O3倍增处理在两个生长季上都增加了银杏叶中萜类化合物和油松单宁、总酚化合物的含量。这表明次生代谢物质对高浓度O3处理的响应由于次生代谢物质的种类和所属植物种类的不同而不同。 3. 高浓度CO2和O3复合处理在2006和2007生长季上对银杏、油松的影响与单因子CO2处理类似。在复合作用中，单因子O3带来的光合产物下降的现象消失，银杏和油松的初生代谢产物都高于对照水平；同时，复合作用下次生代谢物质的变化也与单因子CO2处理一致。这表明在复合作用对银杏、油松次生代谢产物的影响主要通过CO2抵消O3对光合作用的抑制来实现，同时也说明CO2对银杏、油松次生代谢的影响强于O3的影响。高浓度CO2能够保护植物免受高浓度O3的伤害。 4. CO2倍增处理和复合处理增加了银杏和油松叶次生代谢物质的含量，这不仅能够增强银杏和油松对环境因子的抵御能力，而且还会增加植物对碳的同化作用，从而增加其对大气CO2的吸收；同时，由于次生代谢物质的抗菌能力，银杏和油松叶内次生代谢物质的增加有可能会减缓其凋落物在土壤中的降解，从而增加土壤碳“汇”。

沈阳市典型绿化树种VOCs排放特征

本文主要研究了沈阳市主要绿化树种银杏（Ginkgo biloba）和油松（Pinus tabulaeformis）挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，VOCs）排放的日变化、季节变化规律，同时采用开顶箱法研究了高浓度CO2（700 µmol•mol-1）、O3（80 nmol•mol-1）及复合作用下城市主要绿化树种银杏、蒙古栎（Quercus mongolica）、油松、华山松（Pinus armandii）VOCs排放规律，揭示了城市中树木VOCs排放的变化规律及其对高浓度CO2和O3的响应，为研究城市森林对全球变化的响应与反馈提供了科学依据。 本实验建立的热解吸与气相色谱联用方法，最小检测量为4×10-10 g，具有较高的灵敏度和精确度，可满足对树木VOCs分析的要求。研究发现，银杏和油松VOCs的释放具有显著的日变化和季节变化规律，二者夜间均不排放异戊二烯。α-蒎烯为油松释放VOCs的主要成份，同时发现油松排放的α-蒎烯，β-蒎烯，莰烯和柠檬烯之间具有显著相关关系，说明这几种化合物在遗传控制上有某种共同效应或者具有相同的代谢途径。不同树种排放的VOCs组成明显不同，银杏及蒙古栎主要排放异戊二烯，而油松和华山松主要排放单萜；蒙古栎VOCs释放量显著高于其他树种。市区树木VOCs排放速率显著高于郊区，沈阳市主要绿化树种银杏和油松VOCs的年排放量分别为12.16 t和14.48 t。大气CO2和O3浓度升高条件下，树木VOCs释放规律和排放组成，受植物种类和生长季的影响；单独提高大气CO2或O3浓度可显著影响树木VOCs的释放和组成，但是二者复合作用没有显著影响。

蒙古栎、华山松对O3和CO2浓度升高的光合生理响应

大气环境中O3和CO2浓度的升高已经引起了广泛关注，但二者交互作用对城市中树木光合生理的影响机制尚不清楚。蒙古栎（Quercus mongolica）、华山松（Pinus armandi）是沈阳市城市森林的两个重要树种，对大气环境变化的响应具有代表性。本文采用开顶箱法研究了在高浓度O3（80 nmol•mol-1）、CO2（700 μmol•mol-1）及其复合作用下沈阳市蒙古栎、华山松生长、光合、蒸腾的日动态、季节动态变化，揭示了高浓度O3、CO2及其复合作用对两树种光合生理的影响机制，为研究城市森林对全球变化的响应提供重要理论基础。 得出的主要结果如下： 1. 高浓度O3处理后，蒙古栎叶片表现为棕斑型伤害，华山松针叶则为叶尖变黄，两树种光合“午休”程度加重，叶片生长受到抑制。同时，可溶性蛋白、可溶性糖、淀粉含量降低。 两树种叶绿素含量降低，净光合速率下降。蒙古栎光合速率的降低前期主要表现为气孔限制，后期转为非气孔限制为主。华山松光合速率下降则主要受非气孔限制，表明其针叶气孔开闭对光合的影响要小于蒙古栎。造成两树种光合速率下降的非气孔因素是表观量子效率和羧化效率的降低。两树种光呼吸的升高是逆境下的一种保护机制。 在叶绿素荧光方面，两树种Fo、Fm、Fv/Fm、φPSII、ETR、qP降低，NPQ升高，表明高浓度O3作用下， PSII反应中心的开放程度降低、电子传递速率下降，用于光合光化学反应的光能减少，过剩能量增加，热耗散增加。 2. 高浓度CO2处理短期内提高了两树种叶片胞间CO2浓度、羧化效率、表观量子效率和光反应能力（φPSII、ETR和qP），从而提高了蒙古栎、华山松的净光合速率。一段时间后表现出光合下调的现象，羧化效率的降低和光反应能力（φPSII、ETR和qP）的下调可能是发生光合适应的主要原因。 高浓度CO2处理促进两树种叶片的生长，提高了可溶性蛋白、可溶性糖、淀粉含量。日变化曲线趋向单峰曲线，缓解了光合“午休”现象。 3. 复合处理效应，高CO2处理缓解了高O3处理的不利影响，减轻了高浓度O3对叶片的伤害，与单因子O3处理相比较，Pn、AQY、CE、Fv/Fm、qP升高，NPQ降低。另外，在叶片代谢产物、叶绿体色素含量、以及叶生长量的变化上缓解作用均有体现。

沈阳市主要绿化树种BVOCs排放特征研究

本文采用热解吸与气相色谱联用技术对沈阳市主要绿化树种银中杨(Populus alba × berolinensis)、垂柳(Salix babylonica)、榆树(Ulmus pumila)、皂角(Gleditsia japonica)、丁香(Syringa oblate)和水腊(Ligustrum obtusifolium)植物源挥发性有机物（Biogenic Volatile Organic Compounds，BVOCs）排放的日变化、季节变化规律进行了观测，并估算了这6种树的BVOCs排放通量；同时采用开顶箱法研究了高浓度CO2（700 µmol•mol-1）、O3（80 nmol•mol-1）及二者复合作用下蒙古栎（Quercus mongolica）和油松（Pinus tabulaeformis）BVOCs排放规律。研究结果如下所示： (1)　6种绿化树种BVOCs的释放具有显著的日变化和季节变化规律，且夜间几乎均不排放异戊二烯。 (2)　不同树种排放的BVOCs组成明显不同，银中杨、垂柳和蒙古栎以排放异戊二烯为主；油松主要释放α－蒎烯；榆树、皂角和丁香以释放柠檬烯为主；水腊在不同时段其BVOCs组成情况变化较大，主要释放异戊二烯、柠檬烯和α－蒎烯；其中银中杨和垂柳的BVOCs释放量明显高于其它树种。 (3)　在实测数据基础上，估算出沈阳市6种主要绿化树种银中杨、垂柳、榆树、皂角、丁香和水腊在自然条件下的BVOCs年排放量分别为104.86tC，168.66tC，3.56tC，1.27tC，4.07tC和1.33tC。 (4)　大气CO2和O3浓度升高条件下，树木BVOCs释放规律和排放物组成受植物种类和生长季的影响；单独提高大气CO2或O3浓度可显著影响树木BVOCs的释放，二者的复合作用对BVOCs释放的影响主要介于两者单独作用的结果之间。

增温对川西北高寒草甸植物群落结构及几种主要植物生长和生理的影响

由于人类活动所引起的地球大气层中温室气体的富集已导致全球地表平均温度在20世纪升高了0.6 ℃，并预测在本世纪将上升1.4-5.8 ℃。气候变暖对陆地植物和生态系统影响深远，并已成为全球变化研究的重要议题。高海拔、高纬度地带的生态系统对气候变化最敏感。而在高原和高山极端环境影响下所形成的高寒草甸生态系统极其脆弱，对由于温室效应引起的全球气候变化极其敏感，对这些变化的响应更具有超前性。 本研究以川西北高寒草甸植物群落及几种主要物种为研究对象，采用国际山地综合研究中心（ITEX）普遍所采用的增温方法-----开顶式生长室（OTC）模拟气候变暖来研究增温对高寒草甸植物群落结构、物质分配及其主要物种生长和生理的影响，以探讨高寒草甸植物响应与适应气候变暖的生物学和生态学机制。主要研究结论如下： 1、OTC的增温效果 由于地温、地表温度和气温的平均值在OTC内分别高出对照样地0.28℃、0.46℃和1.4℃，这说明本研究所采用的开顶式生长室（OTC）起到了增温的作用；同时，由于温室内与温室外接受的降水量相同，温室内由于热量条件的改善，土壤蒸发和植被的蒸腾作用增强，直接导致了OTC内土壤表层相对湿度的减少。 2、群落结构对增温的响应 由于增温时间较短，增温内外样地的物种组成并未发生改变；但增温后一定程度上改变了植物群落的小气候环境，从而导致物种间的竞争关系被破坏，种间竞争关系的破坏引起群落优势种组成发生相应的改变，在对照样地，鹅绒委陵菜、甘青老鹳草、遏蓝菜和蚤缀是占绝对优势的物种，而在OTC内，小米草、尼泊尔酸模、垂穗披碱草、发草和羊茅的重要性显著增加。 禾草和杂草由于对增温的生物学特性及其资源利用响应的不同，加之增温造成土壤含水量下降等环境因子的改变。与对照样地相比较，OTC内禾草的盖度及生物量都显著增加，而杂草的盖度和生物量则显著下降。 3、植物生长期对增温的响应 OTC内立枯和调落物的生物量在生长季末（10月份）都要小于对照样地的立枯和调落物生物量，而OTC内的地上鲜体生物量在10月份却略高于对照样地。这说明OTC内植物的衰老或死亡得以延缓，而植物的生长期得以延长。 4、群落生物量及分配对增温的响应 OTC内的地上鲜体生物量(10月份除外)和地下0-30cm的根系生物量与对照样地相比较，都出现了不同程度的减少；土壤根系的分配格局也发生了明显的改变，其中，OTC内0-10cm土层的生物量分配比例增加，而20-30cm土层生物量分配比例的减少。 5、群落碳、氮对增温的响应 增温后，OTC内植物群落地上活体和地下活根的碳浓度不同程度的高于对照样地，植物群落的碳库在OTC内也略高于对照样地；而OTC内植物群落地上活体和地下活根的氮浓度不同程度的低于对照样地，其植物群落的氮库与对照样地相比也略有下降。 6、几种主要植物的生长及物质分配对增温的响应 垂穗披碱草在增温后株高、比叶面积和地上生物量均显著地增加；尼泊尔酸模在增温后比叶面积和单株平均生物量积累显著地增加，而各组分中，增温处理使叶的生物量显著增加，而根的生物量却显著下降；鹅绒委陵菜在增温后株高、比叶面积和单株平均生物量积累显著地减少，而各组分中，增温处理使叶和茎的生物量显著减少，根的生物量却显著地增加。 尼泊尔酸模的LMR、RMR、R/S、根部碳含量、碳和氮在叶片与根部的分配比例在增温后显著地增加，而SMR、根部氮含量、碳和氮在茎部的分配比例在增温后却显著地降低；鹅绒委陵菜的RMR、R/S、碳和氮在根部的分配比例在增温后显著地增加，而SMR、LMR、碳在叶片的分配比例在增温后却显著地降低 7、几种主要植物的光合生理过程对增温的响应 增温使垂穗披碱草和尼泊尔酸模叶片中的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量显著增加；而鹅绒委陵菜叶片的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量在增温后显著减少，类胡萝卜素含量在增温后却显著增加。 增温对3种植物的气体交换产生了显著影响。其中，垂穗披碱草和尼泊尔酸模叶片的光响应曲线在增温后明显高于对照处理，A、E、gs、Pmax、、Rday、AQY和LSP显著增加，而LCP则显著降低；鹅绒委陵菜的光响应曲线在增温后则明显的低于对照处理，A、E、gs、Pmax、、Rday、AQY和LSP显著减少，而LCP则显著增加。 增温后垂穗披碱草和尼泊尔酸模叶片的Fv/Fm、Yield和qP显著增加；而鹅绒委陵菜叶片的Fv/Fm、Yield和qP则显著减少，qN却显著地增加。 8、几种主要植物的抗氧化酶系统对增温的响应 增温使垂穗披碱草和尼泊尔酸模体内抗氧化酶活性和非酶促作用有所提高，植物膜脂过氧化作用降低；鹅绒委陵菜叶片中酶促反应和非酶促反应在增温后也显著提高，但可能由于增温后的土壤干旱超过了鹅绒委陵菜叶的抗氧化保护能力，抗氧化酶活性及非酶促反应（脯氨酸、类胡萝卜素）的提高不足以完全清除干旱诱导形成的过量活性氧，因此叶片的膜脂过氧化程度仍然显著提高。 Enrichment of atmospheric greenhouse gases resulted from human activities such as fossil fuel burning and deforestation has increased global mean temperature by 0.6 ℃ in the 20th century and is predicted to increase in this century by 1.4-5.8 ℃. The global warming will have profound, long-term impacts on terrestrial plants and ecosystems. The ecoologcial consequences arising from global warming have also become the very important issuses of global change research. The terrestrial habitats of high-elevation and high-latitude ecosystems are regarded as the most sensitive to changing climate. The alpine meadow ecosystme, which resulted from the composite effects of mountain extreme climatic factors in Tibetan Plateau, is thus thought to be especially vulnerable and sensitive to global warming. In this paper, the response of plant community and several main species in the alpine meadow of Northewst Sichuan to experimemtal warming was studied by using open-top chambers (OTC). The aim of the this study was to research the warming effects on plant community structure, substance allocation, growth and physiological processes of several mian species, and to explore the biological and ecological mechanism of how the alpine meadow plants acclimate and adapt to future global warming. The results were as follows: 1. Warming effects of OTC The mean soil temperature, soil surface temperature and air temperature in OTC manipulation increased by 0.28℃、0.46℃ and 1.4℃ compared to the control during the growing season. This suggested that the OTC used in our study had increased temperature there. Meanwhile, the OTC manipulation slightly altered thermal conditions, but the same amount of precipitation was supplied to both the OTC manipulation and the control, so higher soil evaporation and plant transpiration in OTC manipulation directly lead to the decrease of soil surface water content. 2. The reponse of community structure to experimental warming The species richness was not changed by the short-term effect of OTC manipulation. However, experimental warming changed the microenvironment of plant community, therefore competitive balances among species were shift, leading to changes in species dominance. In the present study, the dominant plant species in the control plots were some forbs including Potentilla anserine, Geranium pylzowianum, Thlaspi arvense and Arenaria serpyllifolia, however, the importance value of some gramineous grasses including Elymus nutans, Deschampsia caespitosa, Festuca ovina, and some forbs including Euphrasia tatarica and Rumex acetosa significantly increased in OTC. The different biology characteristics and resource utilizations between gramineous grasses and forbs, and enhanced temperature caused change in some environment factors such as soil water content. As a result, the coverage and biomass of gramineous grasses significantly increased in OTC compared to the control, however, the coverage and biomass of forbs singnifciantly decreased in OTC compared to the control. 3. The reponse of plant growing season to experimental warming Both the standing dead and fallen litter biomass in OTC were lower than those in the control in October, and the biomass of aboveground live-vegetation in OTC was higher than that of the control. The results indicated that the senescence of plants was postponed, and the growing season was prolonged in our research. 4. The reponse of community biomass accumulation and its allocation to experimental warming Experimental warming caused the decrease of aboveground live biomass and belowground root biomass except for the aboveground live biomass in October. Experimental warming also had pronounced effects on the pattern of root biomass allocation. In the present study, the root biomass in 0-10cm soil layer increased in OTC manipulation compared to the control, however, the root biomass in the 20-30cm soil layer decreased in OTC manipulation compared to the control. 5. The reponse of community C and N content to experimental warming The C concentration and stock in aboveground live and belowground root both increased in OTC manipulation compared to the control. However, the N concentration and stock in aboveground live and belowground root both decreased in OTC manipulation compared to the control. 6. The reponse of gowth and biomass, C and N alloction of several species to experimental warming Experimental warming significantly increased the height, SLA (specific leaf area) and aboveground biomass of Elymus nutans in OTC manipulation compared to the control. The SLA and total biomass of Rumex acetosa also significantly increased in OTC manipulation compared to control, among the different components of Rumex acetosa, leaf biomass significantly increased, but root biomass significantly decreased in OTC manipulation compared to the control. However, the height, SLA and total biomass of Potentilla anserina significantly decreased in OTC manipulation compared to the control, among the different component of Potentilla anserina, leaf and stem biomass significantly decreased, but root biomass significantly increased in OTC manipulation compared to the control. The LMR (leaf mass ratio), RMR (root mass ratio), R/S (shoot/root biomass ration) and root C concentration of Rumex acetosa significantly increased in OTC manipulation compared to outside control, also, Rumex acetosa allocated relatively more C and N content to leaf and root in response to experimental warming, however, the SMR (stem mass ration) and root N concentration of Rumex acetosa significantly decreased in OTC manipulation compared to outside control, also, Rumex acetosa allocated relatively less C and N content to stem in response to experimental warming. The RMR and R/S of Potentilla anserina significantly increased in OTC manipulation compared to outside control, also, Potentilla anserina allocated relatively more C and N content to root in response to experimental warming, however, the SMR and LMR of Potentilla anserina significantly decreased in OTC manipulation compared to outside control, also, Potentilla anserina allocated relatively less C and N content to leaf in response to experimental warming. 7. The reponse of physiological processes of several species to experimental warming Experimental warming significantly increased chlorophyll a, chlorophyll b and total chlorophyll of Elymus nutans and Rumex acetosa in OTC manipulation compared to outside control. However, chlorophyll a, chlorophyll b, total chlorophyll and carotenoid of Potentilla anserina in OTC manipulation significantly decreased compared to outside control. Experimental warming had pronounced effects on gas exchange of Elymus nutans, Rumex acetosa and Potentilla anserine. In the present study, warming markedly increased the light response curves of Elymus nutans and Rumex acetosa in OTC manipulation compared to outside control, and also singnificantly increased A (net photosynthesis rate), E (transpiration rate), gs (stomatal conductance), Pmax (maximum net photosynthetic rate), Rday (dark respiration rate), AQY (apparent quantum yield) and LSP (light saturation point), but LCP (photosynthetic light compensation) of Elymus nutans and Rumex acetosa in OTC manipulation singnificantly decreased compared to outside control. However, warming markedly decreased the light response curves of Potentilla anserina in OTC manipulation compared to outside control, and also singnificantly decreased A, E, gs, Pmax, Rday, AQY and LSP, but LCP of Potentilla anserina in OTC manipulation singnificantly increased compared to outside control. Experimental warming singnificantly increased the chlorophyll fluorescence kinetics parameters such as Fv/Fm, Yield and qP of Elymus nutans and Rumex acetosa and qN of Potentilla anserina in OTC manipulation, but Fv/Fm, Yield and qP of Potentilla anserina in OTC manipulation singnificantly decreased. 8. The reponse of antioxidative systems of several species to experimental warming Experimental warming tended to increase the activities of antioxidative enzymes and stimulate the role of non-enzymes of Elymus nutans and Rumex acetosa. As a result, MDA content of Elymus nutans and Rumex acetosa decreased. The activities of antioxidative enzymes and non-enzymes of Potentilla anserina also significantly increased in OTC manipulation, but more O2- was produced because of lower soil water content, and the O2- accumulation exceeded the defense ability of antioxidative systems and non-enzymes fuctions. As a result, MDA content of Potentilla anserine still increased in OTC manipulation compared to outside control.

CO_2浓度倍增对城市油松抗氧化酶活性的影响

利用OTC(开顶箱)法模拟未来CO2浓度,于CO2倍增浓度(700μmol·mol-1)和正常空气CO2浓度(≈350μmol·mol-1)条件下,测定了沈阳市区油松(Pinustabulaeformis)针叶超氧自由基(O2.-)产生速率、过氧化氢(H2O2)含量、超氧化物歧化酶(SOD)与抗坏血酸-谷胱甘肽循环(ASA-GSHcycle)主要酶活性动态变化,探讨高浓度CO2对油松抗氧化酶活性的影响。结果表明:在短期(60d)内CO2浓度倍增使油松超氧自由基(O2.-)产生速率与过氧化氢(H2O2)含量减少,而SOD、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDAR)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)、谷胱甘肽还原酶(GR)活性升高;植株抗氧化能力增强,对活性氧清除能力提高;但长期(70d以上)CO2浓度倍增处理则可能使试验结果发生逆转。