厚壁毛竹光合作用对CO_2浓度倍增的短期响应

采用Li-6400P光合测定仪对比测定了大气CO2浓度和短期CO2浓度倍增下不同季节厚壁毛竹的光合特性,结果表明:CO2浓度加倍促使最大净光合速率、净光合速率、水分利用率、光合量子效率和光饱和点升高,年平均增幅分别为62.79%、48.74%、94.41%、8.70%和16.67%;CO2浓度加倍促使蒸腾速率、暗呼吸速率和光补偿点下降,年平均降幅分别为17.60%、37.25%和40.50%。不同季节厚壁毛竹光合生理特性参数在CO2浓度加倍后的增加幅度或降低幅度与叶片生理活性和气候变化密切相关。CO2浓度的倍增并未明显改变厚壁毛竹光合特性的季节变化规律,除光补偿点外,其它光合参数的季节大小顺序仍与大气CO2浓度下的相同。厚壁毛竹光合作用对短期CO2浓度升高的响应特征与C3植物光合作用对短期CO2浓度升高响应的普遍规律相符。     

水稻叶片光合作用对开放式空气CO2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 .     

大气CO2浓度升高对绿豆叶片光合作用及叶绿素荧光参数的影响

利用FACE系统在大田条件下通过盆栽试验研究了大气CO2浓度升高[CO2浓度平均为(550+60) μmol·mo1-1]对绿豆叶片光合生理和叶绿素荧光参数的影响.结果表明:与对照[ CO2浓度平均为(389+40) μmol·mol-1左右]相比,大气CO2浓度升高使花荚期绿豆叶片净光合速率(Pn)和胞间CO2浓度(Ci)分别升高11.7％和9.8％,气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)分别下降32.0％和24.6％,水分利用效率(WUE)提高83.5％;在蕾期,CO2浓度升高对绿豆叶片叶绿素初始荧光(Fo)、最大荧光(Fm)、可变荧光(Fv)、Fv/Fm和Fv/Fo没有显著影响;在鼓粒期,CO2浓度升高使绿豆叶片Fo增加19.1％,Fm和Fv分别下降9.0％和14.3％,Fv/Fo和Fv/Fm分别下降25.8％和6.2％.表明大气CO2浓度升高可能使绿豆生长后期光系统Ⅱ反应中心结构受到破坏,叶片的光合能力下降.     

光合作用的CO_2阶跃响应动态生化模型

针对CO2阶跃变化下光合动态响应的振荡现象,依据经典的光合系统酶触反应动力学,初步尝试构建了光合系统反馈控制动态生化模型。该模型以卡尔文环的核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶(ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase,Rubisco)接触反应的酶动力学进程作为核心,以磷酸甘油酸(phosphorylglyceric acid,PGA)还原和接续的核酮糖-1,5-二磷酸(ribulose-1,5-bisphosphate,RuBP)再生的多级过程高度简化为复合酶接触反应的酶动力学进程为反馈,构成反馈控制系统。采用经典的控制系统传递函数分析手段,将反馈控制系统表达为光合动态生化模型传递函数。据此模型将实测羧化速率Vc振荡动态进行仿真拟合,呈现出很高的拟合度(r=0.9377)。这表明,在卡尔文环或者光合系统反馈环中,因RuBP的消耗和再生补充不平衡引起的光合振荡现象,与光合系统酶接触反应动力学参数(k)造成各个中间产物再生的"滞后"效应有关。从而在机理上解释了Laisk和Walker(1986)的无机磷(inorganic phosphate,Pi)再生供应的光合动态生化模型中,需要假定代谢途径中蔗糖合成"滞后15～20s"才能表现出光合振荡效果的现象。     

氮素对高大气CO2浓度下小麦叶片光合作用的影响

通过测定小麦拔节期叶片的光合气体交换参数和光强-光合速率（P_n）响应曲线,研究了氮素对长期高大气CO₂浓度（760 μmol·mol^-1）下小麦叶片光合作用的影响.结果表明：在长期高大气CO₂浓度下,增施氮肥能提高小麦叶片P_n、蒸腾速率（T_r）和瞬时水分利用效率（WUE_i）;与正常大气CO₂浓度相比,高大气CO₂浓度下小麦叶片的P_n和WUE_i增加,气孔导度（G_s）和胞间CO₂浓度(C_i）降低.随光合有效辐射的增强,高大气CO₂浓度下小麦叶片的P_n和WUE_i均高于正常大气CO₂浓度处理,G_s则较低,而C_i和T_r无显著变化.高氮水平下小麦叶片G_s与P_n、T_r、WUE_i呈线性正相关,G_s与C_i在正常大气CO₂浓度下呈线性负相关,但高大气CO₂浓度下二者无相关性;低氮水平下小麦叶片的G_s与P_n、WUE_i无相关性,而与C_i和T_r呈线性正相关,表明高大气CO₂浓度下低氮水平的小麦叶片P_n由非气孔因素限制.     

CO_2浓度倍增对牟氏角毛藻生长和光合作用的影响

高浓度（５％)ＣＯ２对微藻光合作用特征和固碳机制的影响已有了广泛的研究,但ＣＯ２提高数倍对微藻的影响报道还不多。本文以牟氏角毛藻为材料,研究其在ＣＯ２浓度倍增条件下（７００ｕＬＬ－１）的生长和光合作用特点,以期了解ＣＯ２浓度的倍增影响微藻类的生理生化效应和机制。另外,牟氏角毛藻是常用的饵料藻种,含有丰富的多不饱和脂肪酸[１］,所以还有一定的实践意义。１ 材料与方法１．１ 材料与培养 牟氏角毛藻（ＣｈａｅｔｏｃｅｒｏｓｍｕｅｌｌｅｒｉｍｕｅｌｅｒｉＬｅｍｍ．）由中国科学院海洋研究所提供。对数生长期的藻…     

大气CO2浓度升高对绿豆叶片光合作用及叶绿素荧光参数的影响

利用FACE系统在大田条件下通过盆栽试验研究了大气CO₂浓度升高\[CO₂浓度平均为（550±60) μmol·mol^-1\]对绿豆叶片光合生理和叶绿素荧光参数的影响.结果表明： 与对照\[CO₂浓度平均为（389±40）μmol·mol^-1左右\]相比,大气CO₂浓度升高使花荚期绿豆叶片净光合速率(P_n)和胞间CO₂浓度(C_i)分别升高11.7%和9.8%,气孔导度(G_s)和蒸腾速率(T_r)分别下降32.0%和24.6%, 水分利用效率(WUE)提高83.5%;在蕾期,CO₂浓度升高对绿豆叶片叶绿素初始荧光(F_o)、最大荧光（F_m）、可变荧光（F_v）、F_v/F_m和F_v/F_o没有显著影响;在鼓粒期,CO₂浓度升高使绿豆叶片F_o增加19.1%,F_m和F_v分别下降9.0%和14.3%,F_v/F_o和F_v/F_m分别下降25.8%和6.2%.表明大气CO₂浓度升高可能使绿豆生长后期光系统Ⅱ反应中心结构受到破坏,叶片的光合能力下降.     

北京山区辽东栎林中几种木本植物光合作用对CO2浓度升高的响应

 为揭示我国暖温带地区辽东栎群落若干优势植物光合作用随CO2浓度升高而变化的特点,用自行设计的同化室装置对自然生长状态下的辽东栎(Quercus liaotungensis KOidz．)、大叶白蜡(Fraxinus mandshurica Rupr．)、蒙椴(Tilia mongolica Maxim．)、五角枫(Acer mono Maxim．),以及优势灌木六道木(Abelia biflora Turcz．)、毛榛(Corylus mandshurica Maxim．)等6种木本植物进行升高CO2浓度处理,测定了这几种植物净光合速率的变化。加倍CO2浓度对6种植物的光合作用有不同程度的促进作用,净光合速率增加的程度从37％到93％不等,以辽东栎受到的促进作用最大,六道木最小,平均增加75％。净光合作用随CO2浓度升高而增加的程度中乔木种类略高于灌木种类。在夏季和秋季进行的日动态测定都表现出加倍CO2浓度对6种木本植物净光合速率的明显的促进作用。     

灌溉条件下藏北紫花针茅光合特性及其对温度和CO2浓度的短期响应

利用LI-6400便携式光合作用测定仪, 测定不同灌溉措施下紫花针茅(Stipa purpurea)的光合特性对CO₂浓度和温度的响应, 探讨了土壤水分、温度和CO₂浓度升高对藏北高寒草地紫花针茅光合作用的影响。结果表明: 1)紫花针茅各项光合特性参数对CO₂浓度、温度和土壤水分的变化响应显著, 并表现出明显的交互作用; 2) CO₂浓度升高促进光合速率, 但CO₂浓度过高时光合速率反而下降; 温度升高抑制光合速率, 土壤水分增加对高温条件下的光合作用具有补偿作用; 土壤水分增加促进紫花针茅光合速率的升高; 3)随着CO₂浓度的升高, 胞间CO₂浓度逐渐增大, 蒸腾速率降低, 水分利用效率升高, 气孔导度逐渐减小, 且温度升高加剧气孔导度下降的程度。各光合参数在不同温度水平和土壤水分下表现不同: 气孔导度在20 ℃时达到最大值, 且土壤水分增加利于气孔导度的增大; 温度上升抑制了胞间CO₂浓度, 且在土壤水分充足的条件下更显著; 蒸腾速率随着温度的上升而加快, 蒸腾速率与土壤水分的正相关关系明显; 叶片饱和水汽压亏缺与温度成正比, 充足的土壤水分会适当降低饱和水汽压亏缺; 水分利用效率随着温度上升和土壤水分增多而减小。不同土壤水分条件下光合参数对温度的响应结果表明, 土壤水分的增加对较高温度下光合及其生理参数与温度的关系具有一定的补偿作用。     

高CO2浓度对大型海藻光合作用及有关过程的影响

大气CO2浓度升高对陆生植物的影响引起广泛的关注,相对来讲,人们对大型海藻类与CO2浓度升高关系的研究则要薄弱得多,但近年来在这方面仍有很大进展。高CO2浓度下,许多大型海藻表现出光合能力下降,对海水中HCO3^-利用能力下降,并使得光合量子产额下降;而另一些大型海藻则没有上述光合作用的下调现象。另外,高CO2浓度下,大型海藻的其它许多生理过程（如生长、呼吸作用、营养盐代谢、生化组成以及钙化作用等）,均发生了相应的变化。文章分析了影响高CO2浓度对大型海藻效应的主要因素,并对今后的研究作了展望。     

不同温度及二氧化碳浓度下培养的龙须菜光合生理特性对阳光紫外辐射的响应

为了研究不同温度及CO₂浓度下培养的大型海藻对紫外辐射的生理学响应,选取龙须菜(Gracilaria lemaneiformis)作为实验材料。实验设置两个温度梯度(20 ℃和24 ℃),两种CO₂浓度(390 μL/L和1000 μL/L)以及3种辐射处理,即可见光(PAR)处理(滤除紫外线A(UV-A)、紫外线B(UV-B),400-700 nm)、可见光加紫外线A(PA)处理(滤除UV-B,320-700 nm)、PAB处理(全波长辐射280-700 nm)。结果表明,酸化、升温以及紫外辐射处理都未影响大型经济红藻龙须菜的叶绿素a和类胡萝卜素的含量。然而紫外辐射处理显著降低了龙须菜的有效光化学效率,其抑制水平在酸化处理的藻体中更为显著,并且随着温度的上升而进一步加剧;酸化与温度耦合使藻体对紫外辐射的敏感性增加,导致其较低的修复速率以及较高的损伤速率。     

斯洛文尼亚典型岩溶区土壤剖面CO2冬季动态变化特征

土壤CO₂是岩溶作用的重要驱动力,也是陆地生态系统碳循环与岩溶碳循环的纽带。选择斯洛文尼亚典型岩溶区草地生态系统土壤剖面,开展大气与土壤CO₂、土壤水分与土壤温度等指标高分辨率监测,分析不同指标动态变化、分层效应及相互关系。结果表明,土壤温度、水分和CO₂含量变幅分别为3.8—12.9℃、26.9%—34.7%和(682—6760)×10^-6。土壤温度变化趋势与气温变化一致,上部土壤层随气温出现昼夜变化,响应敏感,下部土壤层则表现为多日变化;土壤水分变化主要受降雨控制,对降雨过程响应及时,不同深度分层效应显著,上部与下部含量较高,暗示草地根系有利于土壤水分保持,土岩界面的存在可能是下部保持较高水分的原因。土壤CO₂含量总体上受土温控制,随着深度增加逐渐升高。降雨过程中,不同深度土壤CO₂含量均有不同程度且较快速的升降现象,暗示雨水入渗土壤层后产生的活塞效应和随后的向下迁移是导致土壤CO₂含量陡升陡降的主要原因。从降雨过程大气CO     

杉木人工林不同深度土壤CO2通量

土壤CO₂通量具有明显的时间和空间变异性。土壤温度和含水量是影响土壤CO₂通量的重要因素,同时,不同深度的土壤CO₂通量对温度和含水量变化的响应差异较大,因此,研究土壤CO₂通量和影响因素随土壤深度的变化,对于准确评估土壤碳排放具有重要意义。选择福建三明杉木人工林(Cunninghamia lanceolata)作为研究对象,利用非散射红外CO₂浓度探头和Li-8100开路式土壤碳通量系统,并使用Fick扩散法计算了0-60cm深度土壤CO₂的通量,结果表明:(1)5种扩散模型计算的表层(5cm)CO₂通量与Li-8100测量结果均具有显著相关性(P<0.01),Moldrup气体扩散模型计算结果较好。(2)土壤CO₂浓度随深度的增加而升高,但60cm深度以下土壤CO₂浓度开始降低;不同深度土壤CO₂浓度的日变化均呈现单峰型;0-60cm土壤CO₂通量日通量均值变化范围为0.54-2.17μmol m^-2 s^-1;(3)指数拟合分析显示,5、10cm和60cm深度处土壤CO₂通量与温度具有显著相关性,Q₁₀值分别为1.35、2.01和4.95。不同深度土壤含水量与CO₂通量的相关性不显著。     

Gas exchange of Ginkgo biloba leaves at different CO2 concentration levels

One and a half year-old Ginkgo saplings were grown for 2 years in 7 litre pots with medium fertile soil at ambient air CO₂ concentration and at 700 μmol mol⁻¹ CO₂ in temperature and humidity-controlled cabinets standing in the field. In the middle of the 2nd season of CO₂ enrichment, CO₂ exchange and transpiration in response to CO₂ concentration was measured with a mini-cuvette system. In addition, the same measurements were conducted in the crown of one 60-year-old tree in the field. Number of leaves/tree was enhanced by elevated CO₂ and specific leaf area decreased significantly.CO₂ compensation points were reached at 75–84 μmol mol⁻¹ CO₂. Gas exchange of Ginkgo saplings reacted more intensively upon CO₂ than those of the adult Ginkgo. On an average, stomatal conductance decreased by 30% as CO₂ concentration increased from 30 to 1000 μmol mol⁻¹ CO₂. Water use efficiency of net photosynthesis was positively correlated with CO₂ concentration levels. Saturation of net photosynthesis and lowest level of stomatal conductance was reached by the leaves of Ginkgo saplings at >1000 μmol mol⁻¹ CO₂. Acclimation of leaf net CO₂ assimilation to the elevated CO₂ concentration at growth occurred after 2 years of exposure. Maximum of net CO₂ assimilation was 56% higher at ambient air CO₂ concentration than at 700 μmol mol⁻¹ CO₂.     

土壤CO2浓度的动态观测、模拟和应用

土壤CO₂浓度不仅是地上、地下生物活动的反映,其变化对未来大气CO₂浓度和气候变化也有重要影响.本文综述了国内外土壤CO₂浓度的原位测定方法及其优缺点,分析了不同时(昼夜、几天、季节、年际)空(剖面、立地、景观)尺度上土壤CO₂浓度的变化规律和影响因素,概括了现有土壤CO₂浓度的模拟模型和发展态势,并总结了土壤CO₂浓度梯度法在土壤呼吸研究中的应用和限制因素.最后展望了未来有待研究的4个领域：1)研发适于恶劣土壤环境(如淹水、石质土)的土壤CO₂气体采集、测定技术;2)探讨土壤CO₂浓度对天气变化的响应及其调控机理;3)加强土壤CO₂浓度空间异质性的研究;4)扩大通量梯度法在热带、亚热带土壤呼吸测定中的应用.     

大气CO2浓度升高对春玉米土壤呼吸的影响

为探讨春玉米不同生育期土壤呼吸速率对大气CO₂浓度升高的响应,以黄土高原旱作春玉米为研究对象,通过改进的开顶式气室（OTC）模拟大气CO₂浓度升高的环境,在田间条件下设置自然大气CO₂浓度（CK）、OTC对照（OTC,CO₂浓度同CK）与CO₂浓度升高（OTC+CO₂,OTC系统自动控制CO₂浓度700 μmol/mol）3种处理。研究了旱区覆膜高产栽培春玉米播前（V0）、六叶期（V6）、九叶期（V9）、吐丝期（R1）、乳熟期（R3）、蜡熟期（R5）及完熟期（R6）土壤呼吸速率对大气CO₂浓度升高的响应特征,以及大气CO₂浓度升高对土壤呼吸速率的温度与水分效应的影响。研究发现,OTC+CO₂处理土壤呼吸速率,与CK相比,在R3和R5期分别增加43%、104%（P<0.05）,与OTC相比,R3和R5期分别提升了63%、109%（P<0.05）;OTC处理与CK相比,在整个生育期对土壤呼吸影响不显著;3种处理条件下,土壤温度和水分随生育期变化趋势基本一致,土壤呼吸速率与土壤温度和水分分别呈指数相关和抛物线型相关;结果表明：大气CO₂浓度升高对土壤呼吸的影响因生育期而异,土壤温度和土壤水分是影响旱地农田土壤呼吸的重要因素,CO₂浓度升高会使土壤呼吸温度效应值（Q₁₀）降低,土壤呼吸对土壤水分响应的阈值提高。     

土壤CO2及岩溶碳循环影响因素综述

全球碳循环已成为全球气候变化的核心问题之一,岩溶作用对大气CO2浓度的调节以及其与土壤CO2的密切关系也受到了国内外普遍关注。岩溶作用消耗土壤CO2对大气碳库起到了重要的减源作用,对土壤CO2进行研究将有利于进一步揭示岩溶碳循环过程。因此从气候条件、土壤理化性质、土地利用类型等方面综述了土壤CO2的影响因素以及其对岩溶碳循环的影响,并提出其它酸参与到岩溶碳循环中将会减弱岩溶碳汇效应。由于各个因素之间往往相互联系,共同影响土壤CO2和岩溶碳循环,在研究岩溶碳汇时,需以地球系统科学和岩溶动力系统理论为指导,综合考虑大气圈、水圈、岩石圈、生物圈中各种因素的影响。     

典型岩溶槽谷区土壤CO2浓度变化对隧道建设的响应——以重庆市中梁山岩溶槽谷为例

为了解重庆市中梁山岩溶槽谷区隧道建设对土壤CO₂浓度变化特征的影响,于2017年12月1日至2018年11月25日对中梁山岩溶槽谷区的隧道影响区和非隧道影响区典型的白蜡树林（FC）和于2017年3月22日-2018年1月18日对耕地（CU）、灌丛（SH）、竹林（BA）下土壤CO₂浓度及其相关的环境因子进行研究,探讨了隧道影响和非隧道影响的岩溶区土壤CO₂浓度变化规律及其影响因子。研究表明：隧道影响区（A区）土壤CO₂浓度低于非隧道影响区（B区）,A区A-CU、A-SH、A-BA和A-FC土壤CO₂浓度的平均值分别为4479.26、6053.10、8152.70 mg/m³和17162.47 mg/m³,B区B-CU、B-SH、B-BA和B-FC分别为6244.67、6647.01、9422.94 mg/m³和18396.09 mg/m³。但隧道影响区和非隧道影响区的土壤CO₂浓度具有相同的垂直和季节变化趋势,在垂直方向上,土壤CO₂浓度随土壤深度的增加而增加,在季节变化上,雨季（夏季和秋季）土壤CO₂浓度大于旱季（冬季和春季）。经相关分析发现土壤温度是影响土壤CO₂浓度变化的主控因子,土壤CO₂浓度随土壤温度的升高而升高,降水较多时土壤含水率过高,会抑制土壤CO₂的生产,同时,土壤理化性质也对土壤CO₂浓度具有一定的影响。隧道影响区土壤CO₂浓度的变化受外界环境变化的影响大。     

华北平原农田CO2浓度变化特征

旨在了解农田CO2浓度长期动态变化特征、趋势、浓度增量分布模式等,收集了2007—2018年中国气象局固城生态与农业气象试验站开路式涡相关CO2浓度观测数据。研究了华北平原农田CO2浓度的年际、年内、昼夜和CO2通量等动态变化特征,对比分析了华北平原农田CO2浓度与城市站和大气本底站CO2浓度变化趋势及差异。结果表明,近十多年来华北平原农田CO2年平均浓度显著升高31.0 μmol/mol（r=0.263, P<0.01）,年均增幅(2.58 μmol/mol)与全球和瓦里关本底站大气CO2浓度增幅接近,但农田CO2浓度年际和年内季节变化波动巨大,日平均浓度和逐时平均浓度标准差分别为33.7和33.5 μmol/mol。夜间CO2平均浓度395.8 μmol/mol,比白天高36.2 μmol/mol（10.1%）,8月最高差值达到74.4 μmol/mol（20.6%）。在作物生长季节,5月和8—9月白天CO2浓度出现的两个谷值准确地对应了CO2通量动态变化的两个峰值,表明4—9月昼间CO2浓度和通量动态变化很好地反映了华北平原冬小麦和夏玉米生长过程、农事活动和农田碳交换的关系。农田CO2浓度动态变化与城市、湿地和大气本底站的变化特征不同,表明其动态变化的形成机制有差异。农田CO2浓度昼夜及季节变化特征为研究和评估CO2浓度升高影响作物生长和产量提供指导依据。     

岩溶区不同土地利用方式下土壤CO2排放模拟研究

土地利用变化作为全球气候变化研究的重要内容之一,对土壤CO₂的排放具有重要影响。岩溶区石漠化治理过程中植被恢复伴随着土地利用方式的转变,其对土壤CO₂排放的影响有待进一步研究。基于控制性实验,以土壤、岩溶含水介质初始条件相同,仅土地利用方式不同的贵州普定沙湾模拟试验场为研究对象,通过1年的土壤CO₂浓度和通量数据,研究岩溶区不同土地利用方式下土壤CO₂的排放规律及其影响因素。结果表明：(1)土壤CO₂的浓度和通量具有明显的季节变化规律,不同季节下的土壤CO₂通量呈现昼夜变化规律,温度和降雨影响着土壤CO₂的排放,前者可促进排放量,后者可抑制排放量,且不同土地利用方式受影响的程度不同;(2)耕作活动也会影响土壤CO₂的排放,耕作使得土壤变得松散,加上岩溶区下伏基岩的溶蚀作用,增加了土壤CO₂向含水层的扩散,导致春季耕地表现为负通量;(3)不同土地利用方式下土壤CO₂的年排...