CO_2浓度升高对玉米叶片光合生理特性的影响

以沈糯3号为研究材料,利用开顶式气室(OTCs)法研究了二氧化碳(CO2)浓度升高处理下,玉米叶片叶绿素含量、光合生理特性及其子粒产量的变化,揭示CO2浓度升高对玉米光合生理特性及子粒产量的影响机理。结果表明,在整个生育期内,与对照相比,高浓度CO2处理下,玉米叶片叶绿素a、叶绿素b及叶绿素(a+b)的含量增加,而叶绿素a/b的值则先升高后降低;在整个处理期间,净光合速率均高于对照(p>0.05),升高幅度为12.6%～71.1%,气孔导度低于对照(p>0.05),其降低幅度为2.9%～18.8%。处理至抽雄期和灌浆期,胞间CO2浓度分别增加152%和161%,均极显著高于对照(p<0.01);蒸腾速率的变化较小。高浓度CO2处理下,玉米穗粒数和穗粒重均明显高于对照(p<0.05)。CO2浓度升高在一定程度上促进了玉米的光合作用,从而使玉米子粒产量增加。

CO_2浓度升高与温度、干旱相互作用对植物生理生态过程的影响

从CO2浓度升高与温度、CO2浓度升高与干旱的相互作用以及三者协同作用3个方面,总结了近年来国内外关于全球变化对植物生理生态过程(包括光合作用、呼吸作用、水分利用率、化学成分以及生物量积累等方面)影响的研究进展,在此基础上指出未来全球变化背景下植物生理生态的研究应在分子水平上进一步深入,同时应加强CO2浓度升高与温度、土壤水分三者协同作用对植物影响的研究。

CO_2在雪层中扩散的模型模拟

利用压力脉动模型对长白山阔叶红松林冬季土壤释放的CO2在雪层中的扩散过程进行模拟,进而估算土壤呼吸。结果表明,由压力脉动引发的空气对流对雪被CO2通量的瞬间影响十分显著,但是当时间达到小时的水平时,空气对流的影响便几乎可以忽略。

CO_2质量浓度对沈阳市银杏生长及光合固碳能力的影响

以生长在沈阳市区内的银杏为试材,使用开顶箱模拟法对倍增CO2质量浓度(700μmol．mol-1)和正常空气CO2质量浓度(≈350μmol．mol-1)条件下,银杏生长参数、叶面积指数、不同天气中净光合速率日变化进行了初步研究,探讨了高质量浓度CO2对单株银杏光合固碳能力的影响。结果表明:CO2质量浓度增高可以显著提高银杏枝条的生长量和银杏的叶面积指数。经高质量浓度CO2处理后,银杏不同天气下光合速率日变化趋势与对照一致,即晴天为双峰曲线,多云天气为单峰曲线,但净光合速率显著高于对照(P<0．001)。由于净光合速率和叶面积指数升高,高质量浓度CO2也显著提高了单株银杏的固碳释氧能力(P<0．01),晴天比对照提高了119．5％,阴天提高了175．4％。

O_3和CO_2浓度升高对油松针叶抗氧化系统的影响

利用开顶箱模拟大气O3与CO2浓度升高,对油松进行了连续4个月的熏蒸实验,探讨了油松针叶抗氧化系统化系统的响应。结果表明:1)高浓度O3显著增加了油松针叶过氧化氢的积累,到处理后期过量的过氧化氢显著地抑制了抗氧化酶活性,如SOD和APX,并且抗坏血酸被耗竭,加剧了膜质过氧化,最终导致了严重氧化伤害;2)高浓度CO2处理中油松针叶抗氧化酶活性普遍低于对照,ASA含量显著高于对照,可能是高CO2浓度促进ASA合成,或者是ASA的消耗减少,到处理后期使H2O2含量比对照降低了15.5%,从而减轻了膜质过氧化产物丙二醛含量,减轻了氧化伤害;3)与O3单因素相比,在协同处理中油松针叶具有较高的抗氧化酶活性和ASA含量,说明高CO2浓度减轻了高O3对抗氧化酶活性的抑制作用,并且提高了针叶内ASA含量,增强了针叶的抗氧化能力,有效地控制了ROS的产生与清除平衡,缓解了高O3带来的氧化伤害。

O_3与CO_2浓度倍增对油松针叶抗氧化酶活性的影响

以4年生的油松幼苗为试材,采用开顶箱内气体熏蒸实验,对经高浓度O3(80nmol.mol-1)和CO2(700μmol.mol-1)单一及复合处理3年后,油松当年生针叶内丙二醛(MDA)含量、活性氧自由基和抗氧化酶等逆境生理指标进行了分析。结果表明:超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、过氧化氢酶(CAT)和脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)活性经O3处理后显著升高,分别比对照上升了43.1%、18.9%、283.5%和142.6%,而CO2和复合处理仅对APX和CAT活性有明显的诱导作用,但均低于O3处理;O3处理导致MDA含量上升51.8%,而外加CO2则能有效逆转这一趋势;超氧阴离子(O2.-)产生速率和H2O2含量在所有处理组合间均无显著差异。上述结果说明,O3能有效地激活油松当年生针叶内的抗氧化酶系统,而CO2能缓解O3所带来的不利影响,但并非通过提高抗氧化酶活性这一途径。

不同CO_2浓度下长白山3种树木幼苗的光合特性

选取长白山针叶树红松 (Pinuskoraiensis)、长白赤松 (Pinussylvestriformis)和阔叶树水曲柳(Fraxinusmandshurica)幼苗为研究对象 ,以开顶箱的方式控制CO2 浓度为 5 0 0和 70 0 μmol·mol-1,经过 3个生长季CO2 处理后 ,分别测定了 3个树种的 3年生幼苗在高浓度CO2 和大气CO2 浓度下的光合特性 .结果表明 ,前两个生长季高浓度CO2 处理增强了 3个树种幼苗的光合能力 ;不同树种在相同CO2 浓度下 ,最大净光合速率及光响应参数值不同 ;第 3个生长季 ,除 5 0 0 μmol·mol-1CO2 下生长的长白赤松外 ,各树种的幼苗在高浓度CO2 下并未发生“光合驯化”现象 ;最大净光合速率及光响应参数值随CO2 处理时间的延长有不同幅度的增减 ;高浓度CO2 改变了树木幼苗对强光和弱光的利用能力 .

长白赤松和红松土壤微生物活性对高浓度CO_2的响应(英文)

研究了2003 年夏季长白赤松和红松土壤微生物活性对高浓度CO2的响应规律。结果表明,长白赤松和红松土壤细菌数量受高浓度CO2影响显著(p < 0.05)减少;与对照箱(350 μmol ·mol-1 CO2)和裸地(350 μmol ·mol-1 CO2)相比,红松土壤淀粉酶和转化酶活性降低,而长白赤松土壤淀粉酶和转化酶活性却表现为增加;同时发现受700 μmol ·mol-1 CO2处理的红松和长白赤松土壤微生物生物量碳均表现为显著降低。DGGE 结果表明:受高浓度CO2 的影响,长白赤松和红松土壤细菌群落结构发生了明显的变化。研究结果表明土壤微生物对高浓度CO2的响应规律与所研究的的树种有关。图2 表2 参29。

长白山红松针阔混交林CO_2通量的日变化与季节变化

Diurnal and seasonal variation of CO_2 flux above the Korean Pine and broad_leaved mixed forest in Changbai Mountain were expounded according to the measurements by eddy covariance technique. The results showed that the diurnal variation during growing season was closely correlated with photosynthetically active radiation (PAR). The forest assimilated the CO_2 in daytime and released in night. The maximum uptake occurred about 9 o'clock of local time in clear day. Assimilation was synchronous to PAR in cloudy day. The night respiration increased with increasing of shallow soil temperature. The CO_2 flux also had obviously seasonal variation that was mainly controlled by temperature. Relationship between monthly net exchange of CO_2 and monthly mean air temperature fit cubic equation. Remarkable uptake occurred in blooming growing season,May to August,and weak respiration occurred in dormant season,October to March,and relatively big release happed in October. Assimilation and respiration were nearly balanced during the transition of growing and dormant seasons. The annual carbon uptake of the ecosystem was-184 gC·m -2 .

长白山阔叶红松林CO_2交换的涡动通量修订

利用长白山森林通量站涡动相关实测数据,定量分析了超声风速仪倾斜修订、频率响应修订和平流损失修订对CO2交换计算值的影响.结果表明,对于超声风速仪倾斜修订,平面拟合坐标变换要优于流线坐标变换,后者会导致通量低估,低估量与仪器或下垫面倾斜度有关.日间,对CO2通量频率响应局限的修订量约为3.0%,对能量通量的修订量约为2.0%;夜间,两者修订量分别为9.0%与5.5%,修订结果与林内大气层结稳定性密切相关.在平坦下垫面条件下,CO2通量平流修订主要表现为晚间垂直平流损失,在忽略水平平流时其修订量约为18%.指出对复杂观测条件下的水平平流与湍流特征有待于进一步研究.

长白山阔叶红松林CO_2通量季节和年际变化特征及控制机制

老龄林碳代谢的长期测定对于预测其在未来气候条件下的碳收支状态,减小陆地生态系统碳收支的不确定性十分重要．本研究使用连续两个生长季节(2003和2004年)的涡度相关CO2净交换通量测定和常规气象资料分析平均林龄200年的长白山阔叶红松林生态系统(128°28′E, 42°24′N,中国吉林省)FNEE及其主要成分FGPP与Re的季节和年际变化特征及环境和生物因子对其的影响．通量数据进行了平面坐标旋转,储存项和μ*修正．叶面积指数和温度分别控制着该生态系统FGPP和Re的季节动态和年际差别．水汽压亏缺和气温在更小尺度上调节生长季节的生态系统光合生产,根部水分条件显著影响生态系统冬季维持性的碳代谢过程．2003年1月至2004年12月该生态系统累计截获碳-449 g C·m-2,其中2003和2004年分别为-278和-171 g C·m-2．这两年FGPP和Re分别为-1332,-1294 g C·m-2和1054,1124 g C·m-2．这显示老龄森林可以成为强的碳汇．受环境因子调控,长白山阔叶红松林生态系统的碳代谢表现出显著的季节和年际差异．冬季该生态系统存在弱的光合作用,但总体上向大气释放CO2．春秋季节碳代谢非常活跃,但生态系统吸收和释放几乎相同数量的碳,对全年碳截获贡献并不显著．夏季碳代谢对该生态系统全年碳收支意义重大．90 d的夏季分别贡献全年66．9,68．9％的FGPP和60．4,62．1％的Re．

长白山阔叶红松林CO_2通量与温度的关系

应用涡度相关法观测的通量数据和环境因子数据,在生态系统水平上分析了长白山阔叶红松林生长季温度与CO2通量之间的关系。结果表明:(1)在相同的光合有效辐射水平下,净生态系统CO2交换量(NEE)随温度Ta的变化趋势为,在Ta<20℃范围内,NEE随温度的增加而增加,在Ta=20℃附近有极大值,随温度的继续增加NEE呈下降的趋势,同时NEE还具有明显的季节变化,表现为7月>6月>8月>9月>5月>4月>10月。(2)应用MichaelisMenten方程计算得出最大光合速率Pmax和生态系统呼吸Re,分析其与温度的关系发现,Pmax随温度的变化呈S型曲线,Re则随着温度的升高而呈指数上升的趋势,曲线为:Re=0.0607exp(0.0666Ta),R2=0.96。夜间生态系统呼吸的Q10为3.15。(3)通过对NEE与环境因子的偏相关分析表明,温度对NEE的偏相关系数在生长季呈现先减小后增大的趋势,说明在生长季初期和末期升高温度比生长季中期对NEE的影响要大。

长白山阔叶红松林土壤CO_2释放通量

利用静态箱 /气相色谱法对长白山阔叶红松林林下土壤CO2 释放通量进行了测定。结果表明:土壤CO2 通量年变化具有明显的季节差异,在一年中温度最高的 7~8月份,土壤CO2 释放通量值最大,可达 770. 29mg·m-2·h-1,而在最冷的 1~2月份土壤CO2 释放通量最小,其通量仅为 33. 23mg·m-2·h-1。土壤CO2 通量的变化与大气、土壤表层、地下 5cm处温度的变化呈明显的正相关关系:CO2 释放通量随温度的升高呈指数函数上升;地下 5cm处温度与土壤CO2 通量的相关性最显著 (R=0.80,P<0.001,n=61);CO2 释放通量与土壤含水量之间也存在着正相关关系,但显著性不高。

长白山阔叶—红松林主要树种对高浓度CO_2的响应

以长白山阔叶—红松林主要树种为材料 ,盆栽于模拟自然光照和人工调节CO2 浓度4 0 0 μmol/mol、 70 0 μmol/mol下两个生长季节 ,高浓度CO2 下生长的 8种供试树种光合速度比对照组的幼树提高 2 9 4 0 %～ 58 39%。通过对高浓度CO2 下幼树光合作用动态变化的研究 ,发现经长期在高浓度CO2 下生长的供试 8个树种均表现出随时间的延长树木叶片光合速度失去原有在高浓度CO2 下出现的光合优势

长白山四种林分土壤CO_2释放通量的研究

对长白山地区 4种典型林分下土壤释放CO2 通量的研究表明 ,在较短的时间尺度上 ,4种林型在CO2 释放通量上有显著的差别 ,各林型CO2 通量的释放表现出明显的空间异质性 ,其释放顺序为 :山杨白桦混交林 >原始阔叶红松林 >白桦林 >山杨林 ,其中山杨白桦混交林对CO2 释放的贡献最大 ,而山杨林最小。 4种林分土壤CO2 通量的全日变化过程并不一致 ,除山杨白桦混交林和气温有较一致性的规律 ,呈较明显的单峰型外 ,其余并无明显的变化规律。凋落物对林地CO2 释放通量的变化有显著的影响 ,有凋落物覆盖的林地土壤CO2 释放量明显大于无凋落物覆盖的林地 ,其平均通量为 2 6 2 86～ 5 5 6 5 5mgC·m-2 ·h-1,而无凋落物覆盖林地土壤CO2 的平均通量为 2 0 5 85～ 395 6 9mg·m-2 ·h-1。凋落物排放CO2 量占林地总排放量的14 %～ 30 % ,并且改变了林地CO2 释放通量大小的排序。